无人机航测在土地整治项目核查验收中的应用

赖 云，祁 琼

（1.湖北省土地规划勘测院，湖北 武汉 430071）

无人机遥感技术为国家应急救灾、国土资源监察、数字城市建设提供了便捷高效的数据获取手段。为进一步探索无人机系统在国土资源管理工作中的应用潜力和模式，本文以无人机航测系统在土地整治项目核查验收中的应用为研究对象，探讨在时间相对有限的核查与验收工作中，在保证一定精度的条件下高效率完成内、外业检查任务的可行性，为土地整治项目实施效果的科学判断提供依据。

1 无人机航测技术特点与发展现状

无人机航测遥感技术是继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术[1]，是大飞机航测的补充。具有机动灵活、低成本、可实现快速响应的特点，在越来越多的领域得到广泛应用。相对于传统的全野外数字化测图，具有测图效率高、外业成本低、作业人员少等优势，但也存在影像航向重叠度和旁向重叠度不规则、像幅小、影像数量多、影像有明显畸变等问题[2]。这些都对现有航测技术提出了挑战。

随着土地整治工作在湖北省持久深入地开展，每年都有大量土地整治项目需要核查或验收。由于土地整治项目建设规模较大，大部分项目区面积在1万亩以上，且部分项目片块地处交通不便、农村路网复杂的区域，为项目的核查与验收带来不便。通过无人机航测系统，可以克服交通条件的限制，在较短时间内对项目区进行全部或局部航测，获取直观的影像图片，掌握土地整治工作完成的情况。同时可较方便地对比叠加实施单位提供的竣工图，判断其图件和数据的真实性。

2 TRIMBLE UX5 无人机航测系统的性能与特点

无人飞行器（unmanned air vehicle）是指利用无线电遥控设备和自备程序控制装置的无人驾驶航空飞行器，包括无人固定翼飞机、无人旋翼飞机（即无人直升机）和无人驾驶氦气艇等，以下简称“无人机”[3]。无人机航摄系统包括飞行平台、飞控系统、地面监控系统、任务设备、数据传输系统、发射与回收系统、地面保障设备[4]。TRIMBLE UX5是目前较先进的一款无人机航摄系统，已开始应用于国土资源管理领域。

2.1 主要参数

TRIMBLE UX5无人机机身为聚丙烯泡沫塑料，翼展1 m，重量约2.5 kg，配备6 000 mA锂电池一块，安装1 600万像素、定制镜头的索尼微单相机一台。本款无人机由弹射器发射起飞，起飞后自动飞行，续航时间50 min，巡航速度80 km/h，着陆范围50 m×30 m。

2.2 拍摄条件

和卫星遥感比较，TRIMBLE UX5无人机航高较低，为75～750 m。航拍时可在云下飞行，一般可抗3～5级风，甚至可以在小雨中作业，对天气的要求相对较低。和普通有人机航拍相比，无人机航拍具有操作方便、易于转场、起飞降落受场地限制较小等优点。

2.3 拍摄精度

TRIMBLE UX5无人机航拍的精度较高，影像图空间分辨率可达5～24 cm（取决于飞行高度及照相机像素），成图比例尺一般在1∶1 000～1∶5 000之间，可以满足地形测绘和区域土地规划以及铁路、公路等项目的勘测定界需要。同时，其航拍精度对于土地整治项目的核查与验收、各项工程施工进展情况监测，均能提供强有力的支撑和保障[5]。

2.4 拍摄能力

TRIMBLE UX5无人机配备锂电池，续航时间有限，不适合大面积区域的遥感数据获取。即使采用最新的大型长航时无人机（续航能力可达10 h以上），配备大幅面相机，比起普通有人飞机航拍和卫星遥感，在获取数据能力方面仍存在明显差距。

3 研究案例

3.1 研究区概况

研究区地处十堰市某县城东郊，汉水北岸、丹江库区腹地，属秦巴山脉交汇东延余脉，山地、丘陵、盆地交错，海拔在170 ～310 m。

研究区属于低丘岗地项目的一部分，位于项目区南端，面积约3 km2。该区域包括已改造的梯田、开发的新增耕地、农村道路与居民点、坑塘、林地等典型地类，具有一定的代表性。

3.2 外业作业情况

作业当日天气晴朗，能见度较高，风力约3级，适宜航拍。利用无人机地面操控手簿将无人机航高设定为300 m，航向重叠度80%，旁向重叠度75%。完成系统设置及起飞准备工作时间约需1 h。无人机起飞后按照既定的路线进行航拍，历时大约37 min，航摄约3 km2，总计拍摄510张照片。整个航拍过程自动完成，无需地面人员干预。外业组在航飞区域内借助项目区竣工图抵达满足像控点布设要求的地点，选取明显地物点进行测绘，并尽量使像控点均匀分布在航飞区域。6个像控点的野外实地选取与RTK测量，花费时间约1.5 h。外业测量结束后，内业将像控点和所拍照片导入TBC软件，经约5 h的影像自动处理后，制作完成了该低丘岗地项目区3 km2区域的1∶2 000正射影像图。内业、外业整个过程仅需要2～3名专业工作人员。

3.3 内业数据比较

利用本次低丘岗地改造项目区无人机正射影像图，能较容易识别出不同的地类与线状地物。经与全野外数字测量的竣工图、新增耕地图套合叠加，掌握2者的吻合程度，分析差异原因。

从图1可以清晰地看到，经过土地整治，项目区面貌一新，耕种条件得到极大改善。影像上的田坎线(绿色为田坎线）、道路(红色为生产道路线)、地类界与全野外数字测量竣工图高度吻合，说明正射影像图精度较高，满足核查与验收对测绘精度的要求。

将比例尺1∶2 000的图1局部放大至比例尺1∶500，可以清晰地看到各田块耕种情况以及配套水池和路面行驶的拖土货车，如图2所示。

图1 低丘岗地坡改梯影像图与竣工图叠加后的截取示意图

图2 低丘岗地坡改梯影像与竣工图叠加后的截取放大示意图

图3 中新增耕地地块020范围线内（山顶部分）存在不是耕地的情况，说明项目实施未完全到位，且新增生产路I-21、I-22、I-23未见实施，有临时建筑物（蓝色屋顶）占用了部分新增耕地。

通过以上图片叠加对比，我们可以快速地找出问题所在，具体地块的位置与范围也一目了然。若经过内业进一步处理，可得到相关面积、长度等数据。

4 结 语

4.1 优 势

1）无人机航测技术成果主要指标能够满足土地整治核查与验收的需要。利用高像素数码相机以及GPSRTK技术测绘得到的像控点，结合功能强大的后期处理软件，使得正射影像图空间分辨率和平面位置中误差能够达到1∶2 000比例尺地形图测绘精度的要求，满足土地整治项目测绘的需要。若无人机降低拍摄高度，提高数码相机像素，影像图分辨率将还提高，从而进一步提高航测精度。无人机航测成果可以与全野外数字化地形测绘成果进行相互校核。

图3 正射影像图与低丘岗地项目区新增耕地图叠加截取图

2）能直观反映土地整治项目的实施成果。在较高分辨率的正射影像图中，平整工程、道路工程、水利工程等完成情况清晰可见，既可缩小影像图了解项目全貌，也可放大影像图着重检查单体工程的具体情况。

3）为土地整治核查验收组高效工作提供了新的手段。由于是为项目核查与验收提供相关依据，航测后只需要制作正射影像图，节省了制作数字线划图所需的大量时间，使得整个航测内外业时间与通常所需时间基本相同，但通过影像图不仅可以为核查验收组迅速确定实地抽查地块提供参考，而且为内业量取新增耕地面积、测算硬化道路和沟渠长度、统计泵房和水池数量等提供了可能，检查验收工作质量大幅提高。

4）能准确判断出新增耕地面积等关键数据是否真实。利用高分辨率正射影像中地类、地物界线与实施单位提供的竣工图、新增耕地图进行叠加对比，可以较容易地判断出新增耕地图中新增耕地范围线是否准确，通过进一步量算可以得出新增耕地的差值。

4.2 局限性

1）无人机对起降场地有一定要求。降落场地需50 m×30 m平整区域，且空域良好。如果受验项目区处于地形复杂的山区或树木、建筑、电力线较多的区域，则选择起降场地将增加一定难度。除采用弹射装置起飞外，还可考虑降落伞回收无人机或直接使用旋翼无人机来降低对起降场地的要求。另外，能见度、风力和空中管制等因素也对无人机航测带来一定影响。

2）内业处理需一定时间，对计算机硬件要求较高。本次航测飞行一个架次，飞行高度300 m，拍摄约3 km2共计510张照片，测绘像控点6个，导入计算机自动处理成正射影像图约需5 h。若提升航拍高度将提高航拍效率，减少航拍单位土地面积的像片数量，减少内业处理时间，但同时会损失航测精度。因此，内业处理需要高速CPU、大内存的高性能计算机来完成。

3）对土地整治项目的航测并不能完全替代传统的实地勘察工作。如硬化工程的质量细节、隐蔽工程与水下工程的实施情况，通过影像图无法较好地识别，仍需派员实地勘察。

[1]王聪华.无人飞行器低空遥感影像数据处理方法[D].山东：山东科技大学，2006

[2]中国无人机遥感应用网.无人机航测遥感系统技术集成方略[EB/OL]. http://www.uavrs.com/index.php?m=content&c=ind ex&a=show&catid=13&id=395,2014-06-01

[3]李军，盛新蒲，夏志宇，等.无人飞行器低空摄影技术探讨[J].测绘科学，2011，36(4)：145-147

[4]CN/Z 3002-2010.无人机航摄系统技术要求 [S].

[5]邵金强，罗斐，张磊.无人机在土地整治项目中的应用探讨[J].科技视界，2014(1):405-406

[6]汪晗，聂鑫，张安录.低丘岗地改造项目的时空配置研究 [J].国土资源科技管理，2009，26(4)：16-21

[7]湖北省国土资源厅. 湖北省国土资源厅关于印发土地整治相关管理办法的通知[EB/OL]. http://www.mlr.gov.cn/zwgk/flfg/dfflfg/201105/t20110510_863412.htm，2011-05-10

[8]湖北省郧县地方志编纂委员会.郧县志[M].武汉：湖北人民出版社，2001

[9]CJJ/T 8-2011. 城市测量规范 [S].