无人机遥感影像在湖南省第三次国土调查中的应用研究

左美蓉

（湖南工程职业技术学院，湖南 长沙 410151）

0 引言

湖南省第三次国土调查的目标，是在第二次土地调查成果基础上，全面优化完善湖南省土地数据信息，翔实准确掌握土地利用现状和土地转化现状。与第二次土地调查相比，适当的细化是第三次国土调查的关键特征。高精度攻关是第三次国土调查的基本要求，同时，工期紧、工作量大也是其突出问题，所以调查过程中必须采用专业的攻关技术和方法。2017年第三次土调工作以来，湖南利用了卫星遥感、信息云计算平台服务平台共享数据、现场勘验等技术，其中无人机遥感技术在其中发挥了重要作用，其机动性、协同能力强、效率高、成本低等特点，特别适用于湖南省第三次国土调查中的工作。

无人机遥感影像技术具备快速、动态、综合等优势，能够为我国农业生产、资源调整及环境检测等方面的研究提供新型的探测手段，将该技术运用于国土调查中，有助于合理规划土地和资源管理。但是，具有分辨率高的无人遥感影像机通常价格比较昂贵，随之也增加了土地调查的成本。近年来，随着遥感技术的快速发展，有效解决了以往遥感影像获取影像分辨率低的问题，我国借鉴了国外一些相关成功经验，使用微型无人机遥感影像系统对土地利用的实时状况进行调查。

1 无人机遥感影像在国土调查中的优势

1.1 技术适应性强

现场核查办公环境复杂，在当地工作人员无法到场的情况下，可以利用无人机遥感影像技术，确保画面清晰可辨，拍摄成果符合国家审核标准。此外，无人机遥感影像系统可以使用更多种类的程序控制器，因此具有较高的适应性，可以根据具体的工作标准，使用不同的程序控制器，进一步提高了技术的适用性。

1.2 覆盖范围广且精准

5G技术和RS技术以无人机遥感影像系统为核心，可以生成优秀的数据监测实体模型，能够全方位、快速地收集整理各类相关数据信息。通俗地说，RS技术应用于系统软件，能够快速采集信息，并与5G技术紧密结合，将图片、信息等领域快速传输到移动智能终端，完成数据信息的自动存储。

1.3 技术灵活多变

在国土调查中，可以利用无人机遥感技术更方便地调整测绘方位和平均海拔，合理补齐传统人工拍摄的短板。从综合拍摄、经济适用房、高空等角度出发，可以建立色点的整体情况和附近情况。如此一来，工作人员可以更准确地掌握用地情况。此外，无人机遥感技术还包括能够精准采集照片坐标的POS系统软件，更有利于保持数据信息的整体性和真实性。

2 无人机遥感影像在湖南省第三次国土调查中的应用类型

2017年，我国启动了第三次全国国土调查试点工作，对全国土地展开了调查，彻底查清土地利用现状和权属，此次国土调查中，运用了各种技术手段，如信息数据平台共享、卫星遥感、登门实地走访核实等。第三次全国国土调查是依据《土地调查条例》，对全国范围内每一块土地的利用现状和实时使用状况进行全面清查，并获取国土资源管理的相关数据。与此同时，针对自然生态状况、耕地调查质量评价及建设用地等情况开展专题分析和报道。湖南省是从2018年9月开展部署第三次全国国土调查工作，预计在2020年底完成省级成果检验及验收等工作。根据部署安排，在国土调查中利用分辨率高优于0.2 m的航空影像，结合国土调查结果，对城镇土地利用现状给予调查，对于农村道路、湿地利用重新进行分类，彻底查清湖南省范围内各市县住宅用地、商服用地、空闲地、工矿仓储用地等各种土地分布状况和土地利用现状。

2.1 EBEE RTK无人机

EBEE RTK无人机具有体积小、操作简单、易学而且安全可靠等特点，起飞时无需起落架，只用手抛即可完成起飞，更不需要专业的操控人员。无人机机身设计均以模块化形式为主，并且所有部件均可以自由拆卸，在整个过程中可实现全自动操作。而且无论对测量模块、航速模块还是GNSS空三模块都可进行持续的实时分析。航程规划软件更加直观、简单，通过对鼠标的拖拽即可控制并模拟和规划飞机起飞和具体航行轨迹，与此同时，可控制多台无人机同时作业，当大机降落后，可根据飞机航程记录和带有地理坐标的航像获取相应的数据。

2.2 无人遥感影像数据获取及处理

由于测绘无人机可进行分辨率为5 cm的全覆盖航拍，通过选取地面控制点进行纠正，提高影像的精度，制作出精度高的比例尺，包括1：500～1：2000的影像图。因此在本次国土调查项目中，测绘无人机航拍摄影技术成为了获取合适比例尺影像图的重要手段。

2.3 航摄范围的确定

对湖南省范围内经济条件较好，调查结果要求较高的城市近郊区、风景名胜区等，以及情况复杂的集体用地情况，可采取解析法实测或者图解法开展权籍调查。对于经济条件较差，没有1：2000高精度数据成果、偏远地区、独立住宅和集体建设用地，可采取图解法、勘丈法等简便易行的调查方法。使用无人机技术时，根据选定调查区域范围，在对应的SPOT影像上，标明并确定摄影范围和调查范围。对国土调查范围的航摄标准以调查范围区域向外超出1000 m为准，确保最终的成图效果，以防出现漏测情况。

2.4 航摄仪和摄影比例与航高的确定

利用无人机遥感技术来获取土地调查区域的真彩色数字影像，具体航飞设计以0.2 m地面分辨率作为标准。航线敷设按图廓中心线进行设计，航线重叠应控制在60%～80%之间，旁向重叠应控制在15%～60%之间，航片倾斜角度不超5°。数码相机旋偏角的倾斜角度应低于15°。航摄比例以国土调查区域所需精度要求和地形比例要求为准，根据大比例尺测图特点，同时结合航摄区域的地形条件、所用仪器的性能、成图方法等多种因素综合考虑，在保证测图基本要求条件下，本着降低调查成本、缩短成图周期的原则，选择将航摄分辨率设定为0.16 m，飞行高度设置为600 m。

2.5 航拍时间的选择

首先，选择航拍时间时要尽可能选择有利于航摄的气象条件，同时还需要考虑空气污染程度、风力、视野情况等，在气流较为稳定且光线充足的条件下为最佳航拍效果，尽可能避免由于天气因素给航摄带来的不良影响，确保航片的真实性。其次，选择航摄时间时，既要保证有足够的光照度，又要避免出现大的阴影现象，通常可根据摄区太阳高度角来选定。为了保证足够的光照度，同时不出现大的阴影，应选择代表性的航拍时间段，确保航片的获取质量。

2.6 摄影质量要求

正确选择镜头，准确设置曝光时间，确保影像清晰、色彩丰富、彩色平衡良好；观察相片中的缺陷，如有划痕、静电斑痕、脱膜、折伤等；应该能够分辨出与航摄比例尺相对应的地物细小影像。

2.7 航摄成果质量检查

当无人机航摄完毕之后，将无人机飞行的各项数据下载至地面的控制站。根据无人机航摄记录航片所曝光的具体位置，影像的现场拼接效果及相关姿态数据显示效果，即可检查出该次航线的直线性、航片的清晰度、航片的外方位角元素是否超标、航片比例尺是否一致以及航向重叠、旁向重叠是否符合航摄要求。

3 关键技术

3.1 无人机航空摄影

根据低空数字航空摄影规范要求，各地区应根据不同地形情况采用不同类型的测绘无人机进行数据采集。在航拍过程中对于高差相对较大的可采用ZKYG-2无人机，而对于一些地形较为平坦，与周边其他地区相比高差较小，可以采用EBEE RTK无人机实现航拍。比如，对湖南省某市区域地面分辨率进行综合分析，其中城镇地区为0.08 m，郊区为0.12 m，航高分别设定为280 m和1000 m。在该市区共飞行18架次，平均飞行时间为28 min，共拍摄照片2600余张。城镇地区无人机共飞行3个架次，平均飞行时间为50 min，共拍摄照片700余张，使用处理软件为Pix 4Dmapper Pro，处理一个航次的图像，平均时间最低为2 h，最高不超3 h。每次航拍任务结束后，需对所有航空影像逐个进行检查、对导出POS数据、相片重叠度、影像质量一一检查，确保航拍影像对调查区域的全覆盖，不出现漏拍等问题。为防止影像出现偏转、扭曲等现象，应对影像实施预处理，如发现影像有云雾笼罩、漏拍、错拍等问题时，应及时补拍，最大限度地保障数据的完整性。经检查发现，此次航向重叠度在65%～75%之间，旁向重叠度在40%～45%之间，相片倾斜度小于3°；无漏拍现象发生；航摄影像无云遮盖，色彩清晰，满足调查要求。在空中三角测量时应对地面控制点坐标进行合理布设，依照相关计算模式，对平面坐标和高程计算出具体的加密点位以及各张不同航空影像所涉及的外方位元素。基于无人机倾斜摄影测量下，所构成三维模型称之为白膜。而在白膜中只显示地形数据，并无相关的纹理信息。所以这种经过自动空三加密并匹配后的模型，无法直接应用于国土调查，必须先进行纹理映射，从而与之相匹配的影像数据才能生成实景三维模型。

3.2 无人机遥感影像优势

无人机遥感技术正以其高机动性、高性价比、高安全性服务于经济社会发展的各个方面，其应用于农村土地确权工作技术已经相当成熟，成果精度远远高于传统的测量方式，投入的人力物力减少，耗费的时间大大缩减，大大减轻了基层一线调查人员的工作量，本研究主要选取固定翼无人机、EBEE RTK无人机以及ZKYG-2无人机进行阐述。

固定翼无人机进行国土测绘时平飞速度较快，续航时间比较长，可快速获取土地调查中所需的资料和相关数据，对无人机起飞场地有特殊的要求。首先，EBEE RTK无人机的优势在于飞行高度低、操作简单、便捷并且质量较轻。在实际应用中，如何恰到好处地利用不同类型无人机的优势，使其发挥最佳效果，成为我们关注的问题之一。当国土调查区域较小时，可采用EBEE RTK无人机进行航拍。当调查项目较大，但项目比较规整时，同样可采用EBEE RTK无人机航拍。而当调查项目较大且海拔较高时，可采用ZKYG-2无人机航拍。总之，可根据实际情况做出正确选择。其次是EBEE无人机组合的优势。EBEE RTK的软件系统中，已经对地面精度参数进行了合理设置，以7.6 cm/PixeL为准。这个参数的设置，能够确保无人机获取高质量的影像图，并且重叠率为72%，这一数据足以满足湖南地区的国土调查要求，同时也能够将无人机飞行时间尽可能控制在电池的安全使用范围之内。而多架EBEE无人机进行协同合作时，可实现空中自动避让，同时记录无人机的飞行轨迹等参数。在对湖南国土调查中，外业组同样采用了这一方法，多架无人机同时起飞，极大地减少了外业组的工作量。

4 土地利用信息提取

4.1 技术要求

采取实事求是的原则，使调查数据、图件与实地保持一致。国土调查中严格执行无人机遥感技术的相关规定，在以往土地调查成果的基础上，运用现代信息技术，最终完成底图制作、实地调绘、信息数据汇总等，实现国土调查成果的准确、规范性。

4.2 技术方法

严格执行相关技术标准和规范，运用已有资料、遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等等，国土调查方法采用内业解释和外业调绘的实际情况相结合方式，形成数据处理与调查流程集于一体的技术流程，获取并统计湖南省区域内的土地利用现状与权属的实时数据。在熟悉影像后，能够对国土调查区内地物影像图上与各类农作物等相对应的色彩、形状和纹理等不同类型的特点，进行正确识别并加以判读，利用信息系统软件开展信息处理。外业调查，主要是针对影像上识别土地类别不够明确的，协同有关人员到现场实地考察，核实正确的土地信息。国土调查区内重点水工建筑物的调查内容包括建筑物的种类、具体位置以及数量等多方面的信息。对国土调查区内的各级、各类面积统计前，事先进行拓扑检查，确认无误后，再进行图斑面积计算和面积统计汇总。

5 结语

通过以湖南国土调查为例，将无人机遥感技术运用到第三次国土调查中发现，无人机遥感影像所获资料数据完整、色彩清晰，便于后期工作人员进行人工解译和影像技术处理，能够满足未来国土调查需求。