无人机测绘技术在土地执法测量中的应用

2023-03-21郑贵虎

中国科技纵横 2023年22期

郑贵虎

（贵州省地矿局区域地质调查研究院，贵州毕节 551700）

0 引言

应急救援、土地规划、资源开发等方面都涉及测绘工作，为获得完整且准确的测绘结果，测绘技术十分重要。信息时代陆续出现了许多数字化测绘技术，如无人机测绘的优势明显，其灵活性、抗干扰性、便捷性较强，使其拥有较大的发展潜力。土地执法测量对减少违规用地、占地问题非常有效。当前，很多单位都开始用无人机测绘技术辅助土地执法测量，但在具体的实施中需根据测量区域情况，优化技术应用流程，合理设定参数。

1 无人机测绘技术在土地执法测量中的优势

土地执法监管工作的难度较大，单纯的人工监管方式面临较多问题，可能存在监管不到位、效率偏低等情况。而无人机测绘能克服传统人工工作的诸多不足，为相关部门监管土地违法行为提供技术支持。当前技术条件下，无人机控制、数码航摄、影像处理等技术飞速发展，使无人机测绘技术的优势更为明显，应用范围持续扩大。目前，土地执法测量中无人机测绘技术的优势具体表现在以下方面。

1.1 快速高效

土地执法测量的目的是获得违法用地面积的数据，利用无人机倾斜摄影测量能高效获得相关数据。具体来说，无人机携带专业的测量摄影相机，在无人机飞行时精准获取测量区域内的违法情况，得到相关数据、影像图片等资料，这一过程中测量具有自动化特点，只需要设定好飞行路线等相关参数，几乎不需要人工参与。土地执法测量中利用无人机开展外业测量时，操作员与无人机设备可同车前往，无需分开，因为无人机的拆卸、安装相对便捷，到达测绘区域时有关人员能在短时间内完成组装与调试，使无人机快速进入测量阶段。无人机的体积、结构等对起降地点无严格要求，只需在平整的地面实施即可，操作便捷[1]。此外，无人机测绘时受天气因素的干扰较小，能通过低空飞行得到违法地块的清晰影像。航测得到影像数据后，再由专业软件自动生成3D 模型。土地执法测量中无人机测绘技术的测绘效率较高，短时间内可得到完整的测绘数据、清晰的影像，为测绘、执法相关工作提供便捷。

1.2 性价比较高

目前，市场上有多种土地违法行为，如违规违建、非法占用耕地等，一般土地违法行为所在地区的地形条件复杂，且具有高度的隐蔽性，单纯通过人工取证，很难获得完整的信息，还会耗费较长的时间，而无人机测绘技术可有效解决这些问题，实现动态化监管土地违法行为[2]。无人机搭载专业化设备可自主巡查、主动测量被测区域的情况，当前无人机技术发展迅速，市场上陆续出现了多种型号和类型的无人机，这些无人机的性能、价格等各有差异，一次购买可多次使用，只要无人机在飞行过程中不出现重大飞行事故导致无人机损坏，几乎不会产生额外的费用。因此，无人机在土地执法测量工作中拥有突出的成本优势。

1.3 测量效果好

有关部门在进行土地违法调查取证时，必须获得准确的违法用地面积数据，方便后续以此为基准开展监督与管控工作。传统的航空摄影测量技术存在一定的劣势，而无人机测绘技术发展到今天，显然可以克服这些劣势，无人机全方位可以快速拍摄所测区域，利用三维数据准确反映测区内的真实地貌。

2 无人机航测系统的组成

信息时代下无人机技术水平显著提高，无人机在社会生产生活的方方面面都得到了应用。土地执法测量中引入无人机航测技术，不仅能完整地采集土地的违法信息，还能高效、自动实现数据处理与分析，促进土地资源的合理利用与分配。土地执法中采用无人机航测系统，利用无人机摄像头完成数据采集、影像获取的任务，完整、准确地得到测区的土地资源信息。但利用无人机进行航测前，相关人员必须进入测区展开前期调研，了解当地的气候、地理等情况，由专人根据这些情况设计航线、飞行参数[3]。另外，通过引入GPS 技术还能提高定位的精度，在其前提下收集的影像数据，经由专业化处理可得到高分辨率的DOM 数据，此数据与航测影像数据对比后，可获得土地利用、规划、地面审批、违法占用等情况。无人机航测系统的构成简单，主要包含飞控、地面站、航测3 个子系统。

2.1 飞控系统

无人机航测系统中飞控系统负责控制无人机，可根据测区情况合理调整无人机的飞行路线、飞行高度等参数。根据无人机测绘技术的有关经验，低空航测无人机有基本的操作要求。第一，总载重在2kg 以上、续航在1.5h 以上。第二，巡航速度为60 ～160km/h。第三，航测器材仓尺寸高于0.25m（L）×0.2m（W）×0.25m（H）[4]。

2.2 地面站控制系统

地面站控制系统安装于计算机或者移动终端，在数字无线电与飞行控制系统之间建立通信通道。在无人机飞行过程中地控软件能动态可视化显示测区的电子地图，可根据航测实时跟踪飞行器的飞行轨迹、位置与航向等有关参数，采取专业化方式处理采集的数据，以数据为基准开展相应工作。地面站内有多个操作人员，这些人员可依据采集的数据，控制无人机飞行的过程。数据处理系统负责处理数据与图像信息，借助数字摄像测量网络构建DLG 矢量图形。

2.3 航测系统

航测系统内包含各类相机，由于在无人机测量过程中有明确的分辨率、功能等要求，为满足这些测量要求，系统内必须配备高分辨率相机、多光谱相机和高光谱相机，在不同设备的相互配合下得到测区内完整且高清的影像。无人机摄影测量图像采集前，相关人员需开展前期准备工作，获取测区内的相关数据，必要情况下进行测绘，分析周边的特殊区域，合理规划航线，下载航路规划结果，进行检查与验证。在技术仰角点要求下，光控测量一般应在波动异常小的位置，如区域情况相对特殊，需采取人工地面标记法。

3 土地执法测量中无人机测绘技术的具体应用

3.1 土地违法测量中无人机测绘外业数据有效采集

土地违法监管中，测绘工作作为重点，需要用先进的测绘技术获得违法使用或占用土地面积的情况后，有关部门依据测绘结果给予有效惩罚。目前，无人机测绘中的倾斜摄影测量技术，可高效、高质量完成测量任务。土地执法的外业测量中的无人机倾斜摄影测量技术，在获得相关数据时，需在无人机低空飞行中搭载多个高性能专业测量摄影相机，这种无人机与摄影相机相结合的采集方式，具有极高的灵活性、便捷性、抗干扰性，可以按照行业规定高效完成测绘任务。在实际的工作中，要高效完成测绘任务，获得更有价值的结果，相关部门需选派专业的外业测量人员，在无人机测量前，由专人进入现场展开一系列调研，依据地形等基本情况合理布设影像控制点。通常情况下，利用红色或者白色油漆标记像控点，当按规定布设完像控点后，应由无人机试飞，审核与检验像控点的布置是否合理，只有通过试飞，才能正式开始航测。

3.2 快速高效对采集数据进行处理

土地执法测量中可能遇到测区地形条件恶劣的情况，如采用人工测量法很难克服地形条件的限制，而通过无人机倾斜摄影测量技术，可得到相对完整且准确的结果。在获取测区许可时，由无人机搭载多个摄影相机，在违法地块低空飞行，从多个角度与方位拍摄影像，获得采集数据。无人机倾斜摄影测量与传统航测技术的数据采集过程相比，后者在获取数据时需与人工方式相结合，需要人工加工和处理所得数据，人的介入不利于保障数据处理的工作效率与准确度，易出现数据偏差。而无人机倾斜摄影测量技术在外业工作全面结束后，由系统将图像或者数据导出，进入内业处理环节。数据处理过程主要包含以下方面。

（1）检查前期采集到的影像或者数据，评估外业航测无人机的飞行质量、航摄的影像图片，如影像重叠度、像片倾角与旋角、航线弯曲度、影像清晰度等，还要检查测量结果与内业规范、作业要求等是否不一致，若不一致，需重新根据违法地块情况进行补飞、重飞[5]。（2）采集的数据需通过空三加密，以提高数据的安全性。（3）由专业的内业处理软件进行数据处理，基于原始影像、空三加密技术生成三维模型、DOM、DSM、数字点云等，再利用像控点、检查点等评估模型的精度，当模型精度符合实际测量要求时，由数据采集平台提取违法土地的相关信息，获得关键信息，用于指导土地违法处理决策。

3.3 图斑提取

3.3.1 基于影像变化信息界定

对于前时像影像为耕地、非耕农用地、未利用地，后时像影像为建设用地，可判定为新增建设用地，按照基本肯定图斑进行界定。针对前时像影像为耕地、非耕农用地、未利用地，后时像有动土痕迹的，不能直接判定为新增建设用地，将其界定为可疑图斑。如果前时像影像有动土痕迹，后时影像为建设用地，那么不能直接判定为新增建设用地，应以可疑图斑界定。对于域内或村庄内部面积较小变化的图斑，严禁将其作为新增建设用地。对于前时像影像为建设用地，后时像改建的情况，不得将其作为建设用地。对于山地、采矿用地等应结合其在影像中的具体边界进行合理界定。

3.3.2 基于土地利用现状图或数据库界定

如在测量过程中存在不一致的图斑，应逐一沿边界进行勾界。数据库属性若为耕地、非耕农用地、未利用地，后时像影像为建设用地，那么应将其判定为新增建设用地，以基本肯定图斑精准界定。若数据库属性为耕地、非耕农用地、未利用地，后时像存在动土痕迹，不得将此直接判定为新增建设用地，而应该根据可疑图斑的情况进行界定。图斑边界较差超过图上1mm 的情况下，参考影像图斑重新描绘；图斑边界较差小于图上1mm 的情况下，则直接参考土地利用现状图或数据库界定。

在违法用地的监测项目中，有关人员需对比两期间隔拍摄的无人机正射影像，或将无人机正射影像与上一年度年底获取的高分辨率卫星影像进行对比，准确定位变化区域，得到两期影像的变化图斑。

3.4 土地执法无人机日常有效巡查

传统技术相对落后，无法全面了解土地的违法行为，很多个体或者单位随意占用土地的现象普遍，虽然有关部门加大了土地监管力度，但因为人工测量、传统测绘方式，受地形地貌等的影响相对较大，很难在违法地块内进行取证，工作效率较低，获取的测量结果与实际存在较大偏差。另外，一些违法土地的隐蔽性强，依赖人工巡查很难发现，违法土地监管工作不到位。目前，已经进入全新的发展阶段，在违法土地监管过程中可采用的技术相对较多，扭转了传统的巡查、测量局面[6]。无人机的出现能有效发挥其功能优势，为土地违法测量提供技术支持，且利用无人机开展各种测量任务时，受时间、地点等因素的干扰较小。应用无人机倾斜摄影技术后，测量范围显著扩大，且能低空飞行。在飞机飞行的过程中，无人机搭载的摄影相机可以实现全方位拍摄，有效采集违法地块的相关情况，有利于得到更完整的数据[7]。因此，土地违法日常巡查阶段，要采用无人机技术高效采集区域内的相关数据，减少在违法土地测量中的人力、物力等投入，提高违法土地数据、影像取证的便捷性和高效性。利用3D 建模技术及时分析获得的航拍影像数据，将此数据与原始测绘图像对比，计算得到违法使用或占用的土地面积数值，将这些结果作为有关部门确定行政处罚力度的有效参考，使社会大众意识到违法占用土地的危害，积极参与土地保护、土地执法监管等各项工作，能够有效遏制土地违法活动。