无人机遥感技术在城镇土地集约利用监测评价中的应用

雷双友，尹向红，李轩宇

(1.湖南省测绘科技研究所，湖南长沙410005;2.湖南省国土资源信息中心，湖南长沙410008)

无人机遥感技术在城镇土地集约利用监测评价中的应用

雷双友1，尹向红2，李轩宇1

(1.湖南省测绘科技研究所，湖南长沙410005;2.湖南省国土资源信息中心，湖南长沙410008)

以某城镇区域为例，探讨利用无人机遥感技术手段获取区域高分辨率影像，并对影像进行技术处理后，应用于土地集约利用监测评价的一系列技术方法、指标体系，为土地集约利用监测评价工作提供一条新的技术路径。

无人机遥感;土地集约利用;评价指标体系

一、引 言

土地集约化利用，是我国经济社会可持续发展的客观需要。城市土地利用集约化程度的确定，需要利用土地集约评价理论、指标体系等方面对土地进行综合科学评估来完成。传统城镇土地集约利用评价大多采用各类基础数据的人工统计方法，不仅需要大量的人力物力，而且评价周期长，易受人为因素干扰。因此，其评价结果的现势性和准确性值得怀疑。

当前遥感技术的迅猛发展，为土地集约利用监测评价工作带来了新思路。遥感影像在时效性、现势性和直观性方面具有明显优势，特别是近年来无人机遥感技术发展迅猛，其机动灵活、快速获取并处理高分辨率遥感影像的能力越来越得到社会各界肯定。如何利用无人机遥感技术用于土地集约利用监测评价，使评价结论更加客观可靠，及时满足政府部门土地规划和宏观决策需要，已成为相关技术部门研究的重要课题。

二、应用的技术基础

无人机遥感技术以航空摄影测量理论为基础。航空摄影测量是在飞机平台上，利用航摄照相机对地面按规定的航高和设计方向呈直线摄取像片，结合地面控制点测量和像片调绘，通过航空摄影测量方法进行影像匹配、空三解析等手段生成数字正射影像图(DOM)和数字高程模型(DEM)，同时，可加工生成数字线划图(DLG)。无人机系统作为飞行平台的一种，继承了传统航空摄影测量的理论和方法，将非标准传感器数据变换成透视图像，并用专业软件进行处理，具有数据获取和处理的能力。它综合利用了先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥控程控技术、通信技术、GPS差分定位技术，是继卫星遥感和普通航空摄影测量技术之后发展起来的一种新型航空遥感技术手段。

三、技术思路及方法

1.技术思路

笔者立足于试验区实际情况，通过分析国内外城镇土地集约利用研究成果，在调查、分析和研究试验区土地集约利用情况的基础上，参考国内发达地区相关标准，运用理论分析和实证研究相结合的手段，建立试验区城镇土地集约利用评价指标体系。然后对试验区进行无人机航拍，对影像进行处理，在MapGIS平台上对获取的无人机正射影像进行解译，得到相关的指标值。最后结合相关资料，综合分析与评价试验区土地集约利用的限制条件、利用程度与土地利用发展趋势，得到评价结果，并分析土地利用现状特点的成因。

2.研究方法

①实地调研，收集文献资料、基础资料和相关数据，进行评价区域分析。② 采用定性与定量研究、横向比较与综合分析相结合的方法，运用多学科融合的分析手段，探讨实现城镇土地集约化利用模式，提出集约化综合评价的目标、原则及内容，构建评价指标体系。③ 在既定的城市土地集约利用评价指标体系下，对利用无人机遥感技术获取的试验区影像解译，结合基础资料、数据对研究区域进行评价，剖析城镇土地集约利用现状的原因。

四、技术实施过程

1.无人机遥感影像获取

明确任务目标，做好前期工作准备，包括收集地形图等基础资料，确定成图比例尺和飞行日期，设计航线等。进行实地踏勘、现场航飞作业、影像检查、飞行总结，获取航拍原始影像。

1)航摄准备。根据成图比例尺和试验区地理特点，参考航高、相机焦距等相关参数，制订合理飞行方案。本次试验飞行绝对航高1 000 m，航线6条，方向西北至东南;航摄仪采用佳能400D，焦距24 mm，UV滤光镜，光圈自动曝光间隔3 s;航向重叠85%，旁向重叠55%。

2)航摄作业。航飞安排两架次，按设计航线飞行，有效相片总数636张。根据POS数据，摄区内最大最小航高差29.49 m，小于设计航高的5%。各像片类标志齐全，飞行质量符合要求，影像分辨率高(达0.1 m)、色调柔和、层次丰富，满足航内作业要求。

2.外业控制测量

根据像片控制点布设原则，把影像控制点全部布设成平高点，高程点视精度检测需要布设。采用区域网布点方案，根据1∶2 000加密成图比例尺的要求间隔一定基线布设控制点，沿周边布设6个或8个平高点，航线方向间隔4～6条基线。根据《无人驾驶飞机摄影测量项目1∶2 000数字测图外业技术实施方案》要求，组织外业人员进行RTK控制点测量，建立两次基准站，选取城镇内均匀分布的4个一级点为基础控制点，选取相对均匀的9个平高点作为像控点进行联测，解算出像控点坐标。

3.内业处理

1)正射影像生成。在航天远景软件支持下对航拍影像进行空三解析，利用控制点做绝对定向，生成数字高程模型，生成正射影像图。

2)遥感影像解译。各种城镇土地利用类型表现出的影像色调(灰度值)、图形结构与纹理特征不同，清晰可辨，有利于分析判读。

3)正射影像图矢量化。结合实地调查资料，通过目视判读解译法，在MapGIS6.7平台上对正射影像进行解译，得到试验区土地利用现状图，进而得到以下10项土地利用类型指标值，为分指数指标实际值的确定提供基础，如表1所示。

表1 土地利用类型指标解译后的统计值

4.试验区土地集约利用评价分析探讨

1)评价实际值的确定方法。根据试验区土地集约利用影响因素的综合性和全面性特点，建立由1个目标层、4个指数指标和12个分指数指标构成的评价指标体系，见表2。

表2 分指数指标标准化值统计表

2)评价指标权重的确定。以特尔菲法确定权重。

3)指标合理值的确定。指标合理值的选取标准主要根据国家有关的标准及政策确定，如“人均城镇用地”、“土地利用率”、“生产/生活用地比”等;部分没有标准的则采用相关的均值代替，如“容积率”、“单位面积固定资产投入”、“地均财政支出”、“地均GDP”等。

4)评价指标标准化处理。根据确定的实际值和合理值，将土地集约利用度评价指标实际值进行标准化处理，基本公式为

式中，Si是i项指标分值;ti是i项指标集约利用合理值;ai是i因子指标实际值。

5)土地集约利用综合指数值测算。根据土地集约利用度总体评价指标标准化值，计算城镇土地集约利用综合指数值λ，基本公式为

式中，βi是第i因子指标权重，所有指标的权重值和为100;Si为对应的指标标准化值。综合指数λ表示整个城镇土地利用状况接近合理的集约化利用程度，λ越大，表明实际相关指标距离标准值越远，土地利用越不集约。

6)试验区土地利用集约度分析。在计算各评价指数指标层的基础上，得出试验区土地集约利用评价的集约度综合指数为40.8%，属于“一般集约”，集约潜力较大。就具体指标而言，土地利用程度高，容积率较高，基础设施比较完备，社会生态效益较好。但是土地的经济投入不足，土地利用的经济效益处于中等水平，城镇内部还有少量闲置地或未完全利用土地以及需要深度开发的土地，城镇土地集约利用还有一定潜力可挖。

五、结束语

城镇土地是城市社会经济活动的载体和基础，为了更好地指导城镇发展，要求不断加强城镇土地集约利用研究。笔者以试验区为对象，以集约用地理论为指导，运用无人机遥感技术，获取高分辨率正射影像数据，结合地理信息技术、测量技术，通过影像的解译和快速处理，获取研究区的集约用地评价相关指标值，然后采用理论与实际、定性与定量、横向比较与综合分析相结合的方法，探讨了在无人机遥感技术支持下的城镇土地集约利用评价方法和评价指标体系，证明该技术在城镇土地集约利用评价中的可行性和实用性。

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Application of UAV RS to Monitoring and Evaluating of Intensive Land-use

LEI Shuangyou，YIN Xianghong，LI Xuanyu

0494-0911(2011)07-0034-03

P237

B

2011-03-31

雷双友(1972—)，男，贵州铜仁人，高级工程师，研究方向为无人机遥感系统应用、土地管理与利用等。