无人机航空摄影测量在土地整治项目中的应用——以唐山市丰润区刘家营乡土地整治项目为例

于立民

（河北省地矿局第二地质大队，河北 唐山 063000）

无人机航空摄影测量在土地整治项目中的应用
——以唐山市丰润区刘家营乡土地整治项目为例

于立民

（河北省地矿局第二地质大队，河北 唐山 063000）

随着国民经济的快速发展，土地供需矛盾日益激化，土地整治项目作为补充耕地的重要手段，对缓解人地矛盾，实现耕地占补平衡发挥着重要作用。野外数据采集作为土地整治项目的基础，测量数据的精度和采集速度等都不同程度的影响项目规划设计的质量，无人机航空摄影测量作为一种新的测量手段，具有传统测量所不具备的很多优势，本文通过实证研究，具体阐述无人机航空摄影测量在土地整治项目工作当中的诸多优点，以后其他类似项目的开展具有一定的借鉴意义。

无人机；航空摄影；TRIMBLE UAS；土地整治

1、引言

近年来，随着社会人口的不断增加和经济发展步伐的不断加快，人地矛盾日益尖锐。土地整治项目已成为协调人地关系、实现耕地保护、促进土地合理利用,同时改善农村生产条件、加强生态环境建设和促进农业、农民增收的重要措施[1]。本文以唐山市丰润区刘家营乡铁城坎村、小营村土地整治项目为例，通过利用TRIMBLE UAS系统对项目区野外地形数据进行测绘，并用采集的野外数据与传统测量数据进行对比分析，对无人机航空测量在土地整治项目应用进行探索。

2、国内外研究进展

目前，国内已经有多家研究机构从事基于无人机平台的民用遥感技术研究，并有部分实现商业化。国内无人机航空摄影测量正处于高速发展时期，国民经济发展的诸多方面如新农村建设规划、城镇信息化、城乡土地利用动态监管、大比例尺地形图修测、工程场地评价、电力交通选线、森林动态监测、水利工程前期规划设计、地质矿产勘测定位、生态环境监测、文物保护、旅游风景区建设管理、突发性灾害应急等都有着巨大的应用需求。而相关软件的开发显然还落后于无人机硬件系统和行业的发展，现实应用中仍存在着的大量手工作业，在很大程度上限制了无人机遥感应用的开展。

最近小型无人机也是国内的一个研究热点，到目前为止，我国已公开亮相的小型无人机就有十多种，如在“2011北京国际指挥调度暨军民结合技术装备展览会”上亮相的“瞭望者”小型无人机，该机以燃烧乙醇为动力，活动半径30公里，航程150公里，升限3.5公里，可搭载摄像机、热像仪、航拍相机、通讯中继机等设备，可执行遥感测绘、区域监控、抢险救灾、航拍等任务；“蜂王-8”小型无人机是国防科学技术大学研制的蜂王无人机系列之一，该机全长2m，翼展2.7m，重量仅6kg，可通过母机投放飞行，飞行升限3000m，飞行速度40km/ h～79km/h，超过60min的巡航时间，在军事侦查方面具有广泛的应用前景。但是，国内小型无人机的研究发展同发达国家相比仍有较大差距，在无人机总体设计、飞行控制系统、数据通信链路、传感器技术等诸多领域还需要技术上的突破。[1]

无人机低空遥感技术作为航空遥感中的一支新生力量，刚刚从军用领域扩展到民用产业，是一种新型的低空高分辨率遥感影像数据快速获取系统，具有高机动性、低成本、小型化、专用化、快速、实时对地观测众多的优点，可弥补卫星遥感受气候条件影响大、影像获取周期长、影像分辨率不够等弊端，有望进一步拓展应用到土地综合整治项目的各个环节[2,3,4]。

国外方面，由无人机低空遥感平台获取的高分辨率影像被用于黄石国家公园温泉区域的成图；迷你型的无人机平台摄影测量系统被用于获取秘鲁alpa地区附近的航空遥感影像，该工程的实施表明无人机低空遥感在文化遗产调查和保护方面与传统方法相比具有明显优势；Szendro的消防部门利用无人机火灾检测系统进行了数次火灾检测，在无人机遥感技术的协助下，大大降低了风险和提高了消防安全；也有文献报道了无人机遥感技术应用于植被检测、农牧场管理等方面的研究；最近美军利用无人机对日本受地震重创的福岛第一核电站的基础设施和核泄漏情况进行了监测。

3、无人机航测的特点

无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机，无人机航空摄影与传统航空摄影手段相比，最大的特点是飞得低"飞得慢"精度高灵活方便，如无人机在距离地面200m的高空以每小时20km的速度飞行，拍摄的影像可以将地震灾区房屋倒塌损毁情况，甚至墙面细小的裂缝都能看得非常清楚！而卫星遥感和常规航摄技术由于周期长“费用高，无法及时有效地满足应急测绘”小面积高分辨率地理信息数据的需求。无人机航摄技术的发展弥补了传统航摄技术的不足，成为传统航空摄影测量手段的有力补充，在小区域和飞行困难地区的高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，特别是在小范围"道路阻断"能见度差的情况下，无人机能充分发挥全自动无人飞行"低空作业的高技术优势。[5]

无人机航空摄影测量规划与导航系统是一个基于GPS和GIS的无人机航测遥感作业软件。主要完成航带规划设计、导航、轨迹回放、漏拍区分析等功能。系统设计功能包括：在执行航拍任务之前，按照作业需求自动完成飞行计划的制作；在飞行过程中，实现拍摄作业的实时可视化操作；在飞行作业完成之后，可以在电子地图上重现飞行过程、分析漏拍等。该系统具有高度自动化、高效率、高精度和低成本的特点，在应用上具有广阔的市场优越性。

低空无人机航空摄影测量是继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术"它的特点主要体现在如下几个方面：无人机起降方便；效率高；无人机运输方便；成本低；内业成图快速[6]。

4、实证研究

4.1 项目概况

唐山市丰润区刘家营乡铁城坎村、小营村土地整治项目为区占补平衡项目，该项目涉及刘家营乡铁城坎村、小营村集体土地2个行政村的集体土地。项目区四至：东至铁城坎村地，西至小营村地，南至铁城坎村地，北至铁城坎村地。项目建设总规模13.6539hm2，新增耕地13.0338hm2，新增耕地率为95.46%。项目总投资155.7283万元，全部为区级耕地开垦费资金。

4.2 外业数据采集

项目区为丘陵半山区盆地地貌，地面高程为46～87m左右，平均坡度为9.32°左右。相对于山区来说地形坡度较为平缓，但由于自然和人为因素，局部地区存在微地貌。下面分别从传统外业测量和航测两个方法介绍采集数据。根据技术规程要求，土地整治项目的勘测定界比例尺不得小于1∶10000，最好在1∶5000以内，为了更好的满足规划设计要求，本项目测量数据比例尺定为1∶1000。

4.2.1 传统野外数据采集

本项目采用GPS接收机进行野外采集，坐标系统采用1980西安坐标系，3度带，中央子午线117度00分。控制网布设采用唐山城市GPS控制，首级控制为唐山市国土资源局提供的C级GPS控制网成果LA46、LA47点(秘密)，加密控制为E级。

4.2.2 无人机野外数据采集

本项目根据测区范围（DWG文件），3度分带，中央经线117度。依据《无人机航摄安全作业基本要求》(CH/Z 3001-2010)、《无人机航摄系统技术要求》(CH/Z 3002-2010)等行业规范的要求，本次航摄技术路线如下：

a）航空摄影：本次航摄资料利用无人机搭载高分辨率数码相机拍摄。b）空中三角测量：量测、计算采用全数字摄影测量工作站进行匹配、量测，用光束法平差软件进行空三计算。c）正射影像图（D0M）利用专业软件进行微分纠正，匀光、镶嵌生成图幅D0M。

4.3 数据对比分析

根据两种不同方法采集的野外数据，由于工作技术路线不同，采用的技术手段存在较大差异，对比分析结果如下：

a、工作效率对比

通过上表数据显示：本项目传统野外测量需要12天的时间，而采用无人机低空航摄技术则只需要大概6天的时间，工作量大大减少，从利益最大化的角度出发，采用无人机低空航摄技术更符合市场规律。

b、数据质量对比

根据航摄技术路线要求，最终形成成果规格为：正射影像图地面分辨率为1∶500比例尺，成图航片地面平均分辨率为0.05m；采用相机焦距：0.035mm，像素大小：4.88um；和传统外业采集数据相比，同样能够达到土地整治项目的设计要求。

4.4 在整治项目竣工验收和动态监测中的应用

作为现代化的测绘手段，和传统的测绘手段相比，具有“三高一低”（高机动性、高分辨率、高度集成、低成本）的特点， 为以后土地整治项目竣工验收和动态监测提供了强有力地技术手段。

通过无人机航测可以在较短的时间内实现对项目区竣工情况的数据收集，能为整治项目前后提供对比分析，更加直观的反应工程的施工情况，为国土部门验收提供了更为全面的数据支撑。

无人机航空遥感在区域土地利用动态监测中的应用是一个全新的领域，它完全突破了以往传统方式的束缚，具有很多优势，为各地区土地整治项目以及国土执法监察等领域提供了更好的技术手段，为今后的土地整治项目后期管护、监测提供了较大便利。

5、小结

本文通过查阅资料法和对比分析法等方法，并结合具体项目实例，具体阐述无人机航空摄影测量在土地整治项目工作当中的诸多优点，在土地整治项目实施的各个阶段，无人机航空摄影测量都能发挥较大的优势，为今后土地整治项目工作具有很好的借鉴作用。

[1]Bill Vaglienti,Ross Hoag,Tyler Miller. Piccolo Aircraft Intergration Guidelines [EB/0L]. www.uavautopilots.com.REV1.1 Update February 2004.

[2]孟宪素,李少帅.遥感技术在土地综合整治复垦开发项目监管工作中的应用实践[J].资源与产业，2009.4,11（2）:66-70.

[3]高世昌,王长江.中国土地开发整理监管工作回顾与展望[J].资源与产业, 2009.8,11(4):51-54.

[4]刘晓丽,王丹.3S 技术在土地开发整理项目监管中的应用[J]. 吉林农业,2010,(11):147-148.

[5]任向红,《微型无人机航空摄影测量技术在宁夏土地整治中的应用》[J]测绘与空间地理信息. 2013.36(9):168-169.

[6]邵金强,罗斐,张磊.无人机航测技术及其在土地整治项目中的应用探讨[J].科技视界,2010:405.