无人机航测技术在国土资源管理中的应用

2022-07-10曹琴

甘肃科技 2022年2期

曹琴

（天水三和数码测绘院有限公司，甘肃天水 741000）

我国国土资源丰富，但是国土资源管理技术比较落后，效率低。在第二次全国土地调查时，使用的遥感影像分辨率偏低，因此对国土资源调查并不充分，然后每年都需要进行年度变更调查，对土地使用性质发生变化的地块，重新进行属性的赋值。在这过程中，可以发现部分违建建筑物，但是周期较长，执法难度较大，损失较严重。在全国农村土地承包经营权项目中，全国绝大多数企业将无人机摄影测量技术用于该项目中，获取了我国农村地区高精度、高分辨率的正射影像成果，成为了重要的基础数据。在第三次全国国土调查的时候，对于疑似图斑外业举证，也采用了无人机摄影技术，利用无人机获取疑似图斑的实地照片，通过在线传输到内业，内业图斑核查人员对实地照片进行分析，对疑似图斑进行定性。在“智慧城市”“数字城市”“实景三维中国建设”“美丽乡村建设”等国家大型测绘项目中，都利用了无人机摄影测量技术。本研究主要对无人机摄影测量技术进行简单介绍，结合实际项目，对无人机摄影技术在国土资源管理中的应用进行分析，有助于提升国土资源管理水平。

1 无人机航摄技术介绍

1.1 无人机系统组成

无人机系统组成大致可分为5个部分，分别是动力系统、地面站系统、飞控系统、任务载荷系统、通信导航系统。动力系统主要是为无人机提供能量，用来完成无人机的航飞任务；地面站系统负责数据采集前的航线规划、任务提交，用于在航飞过程中无人机飞行状态的监测和航飞成果质量的检查；飞控系统主要负责无人机按照提交的任务进行有续飞行；任务载荷系统主要是根据不同需求搭载不同的数据采集设备；通信导航系统负责飞机在飞行过程中的定位，负责GPS信号等的发送与接收[1-3]。目前，主流的无人机都搭载高精度的定位系统，可以达到米级的精度，对于装载了后差分或实时差分设备的无人机来说，定位可以达到厘米级，完全可以满足绝大多数项目的需求。

1.2 无人机垂直摄影

垂直摄影是指飞行平台搭载垂直向下的相机进行数据采集，这种作业方式效率高、精度可满足部分项目需求。主要依据共线方程对数据进行解算，涉及到的主要环节有影像金字塔创建、特征点检测与提取、特征点匹配与平差、像控点转刺与平差、数字表面模型匹配与编辑、单张影像纠正、影像镶嵌与输出。

1.3 无人机倾斜摄影

倾斜摄影是相对垂直摄影来说的，是指在飞行平台上搭载多台影像传感器，完成对地物多角度全方位的数据采集，生成测绘产品。常见的搭载的有大势智慧的摇摆2镜头，飞盟的扫摆9镜头和主流的5镜头。其中5镜头常见的是由1个垂直镜头和前、后、左、右4个侧视镜头组成，垂直镜头主要从顶部进行采集，侧视镜头主要采集建筑物侧面影像信息。基于倾斜摄影技术生产的成果主要为实景三维模型，传统的4D产品可基于实景三维模型进行生产。实景三维模型生产主要的环节有多视影像联合平差、多视影像密集匹配、密集点云生成、不规则三角网构建、立体白膜生产和纹理映射贴图输出，该技术较垂直摄影测量，生产的产品包含的信息更加丰富，精度更高，更能满足人们对测绘产品的需求。

1.4 无人机生产4D产品流程

无人机生产4D产品的流程主要包括航飞之前的测区勘察、空域申请、航线规划、数据采集、数据预处理、空中三角测量、4D产品、实景三维模型产品生产和成果分析应用，具体如图1所示。

图1 无人机生产4D产品流程

2 无人机在国土资源管理中的应用

本研究以天水三和数码测绘院有限公司承接的一些国家、省市大型项目为例，对无人机技术在土地确权登记、房地一体确权登记、土地开发整治、土地利用动态监测、地质灾害监测、美丽乡村建设和罂粟种植巡查中的应用进行分析。

2.1 土地确权登记

土地确权登记是指对土地的所有权、使用权和其他权利进行确认和确定，并登记在册。在我国农村，土地是以承包的形式划分给农民的，农民在不改变土地性质的前提下，可以对土地根据自身需求进行使用。在第三轮土地确权登记的过程中，天水三和数码测绘院有限公司使用了无人机摄影测量技术，对大面积的土地进行整体航拍，然后采集像控点，利用影像数据处理软件，生成满足精度需求的正射影像图，然后结合ArcGIS软件，按照坎子、道路等对地块进行矢量化，将矢量化成果套合在影像图上输出，然后按照图纸进行入户确权登记。相比传统的利用RTK进行地块采集，效率大幅度提升，节约了大量的人力、物力和财力。对于国土资源管理来说，所有数据都有纸质版和电子版，留下了签字的凭证，也便于对海量数据进行查询与遍历，提高了数据管理水平和服务质量。

2.2 房地一体确权登记

房地一体确权登记，传统的作业方式是使用全站仪、RTK和卷尺，对房角点坐标进行采集，对房屋边长进行拉距离，对于隐蔽点，利用周边点位坐标进行交会解算，这种作业方式效率低、成本高、风险高，大量的外业工作，费时费力。随着无人机倾斜摄影技术的出现与迅速发展，倾斜摄影测量已经被成功地应用于房地一体确权登记项目中。通过对任务区进行航拍，采集像控点用于控制精度，利用建模软件自动化建模，利用三维裸眼采集软件对模型进行采集，得到房屋矢量数据。这种作业方式将外业工作转为内业，降低了工作的风险性，且和传统作业方式对比，在精度满足规范要求的前提下，效率也大幅度提升。河南省在颁发农村房地一体不动产证书的时候，率先将实景三维模型打印于证书上，更具有真实性。对于国土资源管理人员来说，拥有实景三维模型数据，可以更好地了解土地的使用情况，对于后期违建、矿建、改变土地使用性质的行为，可以更容易发现，更利于执法。

结合天水三和数码测绘院有限公司承接的多个房屋拆迁项目，都是在拆迁前对拆迁区域进行倾斜摄影建模，获得拆迁前的一手资料，有助于入户调查，拆迁费用评估以及后续抢建情况说明，也有助于城市规划部门更好地规划土地资源。

2.3 土地开发整治

为了提升土地的质量，我国每年都在对大面积的土地进行开发与整治。无人机航测技术主要负责完成影像数据的航拍，然后利用航拍成果进行正射影像图和数字线划图的生产。正射影像图可以用来规划线路，便于在开发整治的过程中少走弯路；数字线划图主要提供等高线和高程点，便于在整治前，对土方量、坡度等进行计算，然后估算成本费用以及工期，根据计算数据给出最优的实施方案，有助于提高工作效率，节约开支。整治完成后，基于数字化成果，有助于后期对土地进行动态管理[4]。

2.4 土地利用动态监测

国家每年都会对土地的性质进行核查，通过对2个时间节点的影像对比分析，找出土地使用性质可能发生变化的部分，被确定为疑似图斑，下发到每个地方，然后通过实地举证进行说明。在全国影像获取方面，主要依靠高分辨率的遥感影像，在举证的时候，可采用无人机从远景、近景进行航摄，获取土地真实使用性质的举证图片，用来对图斑的用途进行说明。在国土三调外业举证期间，对于部分困难地区，就采用了无人机举证，有效的提升了外业效率，且减小了外业风险，提升了数据获取的质量。对于国家部门核查图斑人员来说图斑证据更有利于对图斑的使用性质进行定性[5]。

2.5 地质灾害监测

地质灾害每年频发，严重影响着人们的财产和生命。地质灾害发生具有随机性、不定时性，采用传统的人工核查，可能会对核查人员带来安全隐患，寻求一种安全高效的核查方式迫在眉睫。利用无人机搭载垂直镜头可以获取地质灾害裂缝，但是不具有三维场景，不利于分析。近年来兴起来的倾斜摄影技术和贴近摄影测量技术采集影像数据，利用三维建模软件获得实景三维模型，将模型导入第三方平台，利用平台中地质灾害模拟的功能，对灾害发生的诱因进行分析，从而对发生灾害后带来的损失进行评估。结合多期数据，监测裂缝裂开速度，监测灾害点水平和垂直位移，尽早预测灾害，撤离群众，减少损失。专业人员对各种数据的深入分析，可以提高预测灾害的成功率，将可能发生灾害带来的损失降到最低。

2.6 美丽乡村建设

美丽乡村建设作为国家一个大型项目，具有全国性的特点。每个地方对美丽乡村建设需要做的任务并不统一，结合国家政策，可将无人机摄影测量技术用于美丽乡村建设。无人机搭载摄影仪，可对乡村风貌进行多角度摄影，将摄影成果制作为宣传片，利用目前主流的媒体进行播映，可以对乡村进行宣传。无人机搭载非量测数码相机，可对乡村整体进行影像采集，对个别风景区、古建筑等具有代表性的建构筑物进行贴近摄影测量，然后多源数据进行融合建模，将建模成果对外展示，增加人们对乡村的认识，提升乡村的知名度。每年对乡村进行建模，将建模成果保存下来，通过多年的数据，可以见证乡村发展的脚步，有助于提升乡村的厚重感。对于国土管理来说，基于实景三维模型，可以更好地对村庄进行规划，提升整体规划水平，促进农村建设的快速发展。

2.7 罂粟种植巡查

罂粟作为一种违禁品，是不允许种植的，但是为了金钱利益，种植罂粟的情况屡禁不止。我国国土资源丰富，管理本来就很困难，加上不法分子近年来，都在偏僻的地方进行种植，给执法又带来一定困难。利用无人机摄影技术，通过从空中对地面进行低空摄影，执法人员可以通过视频发现违禁品，并对此进行打击；也可采用多光谱相机对地面进行拍摄，利用专业软件对影像进行处理，分析各波段的差异来发现罂粟的种植，有助于执法人员精准执法；也可用于日常巡查，及早发现问题，将问题解决在萌芽之中。对于国土资源管理人员来说，可以更好地了解土地的使用性质，提升对土地资源的管理水平。