无人机遥感技术在数字乡村建设中的应用

冀 龙

（山西省测绘地理信息院，山西太原 030001）

0 引言

数字乡村建设旨在通过信息技术的应用，提升村民生活质量，促进农业可持续发展，推进乡村现代化。在数字乡村建设中，高精度地图的制作是非常重要的一环，而无人机遥感技术可以提供高分辨率、高精度和高时效性的地图数据，因此被广泛应用于数字乡村建设中。通过两年驻村帮扶工作中的实践经验总结，对此课题进行了深入研究，将以无人机遥感技术在数字乡村建设中的应用为研究对象，探讨其在地图制作、数字化乡村规划等方面的应用，并结合实际案例对其效果进行评估和分析。通过此研究，可以更好地理解无人机遥感技术在数字乡村建设中的应用价值和未来发展方向。

1 数字乡村建设

1.1 数字乡村建设的概念和意义

数字乡村建设是指利用信息技术手段，对农村地区进行信息化改造，推进农村现代化和乡村振兴的过程［1］。数字乡村建设的目标是提高农村地区的信息化水平，促进农业生产和村民收入的提高，推动乡村振兴和农业农村现代化。

1.2 数字乡村建设的发展现状和趋势

当前，数字乡村建设已经成为国家政策的重要内容，各地也纷纷制定数字乡村建设的实施方案，推进数字化技术在农村地区的应用推广。其发展趋势是以智能化、信息化、绿色化、生态化为主要方向，推动农村地区的现代化和乡村振兴。

1.3 数字乡村建设的关键技术和应用场景

1.3.1 物联网技术

物联网技术是数字乡村建设的重要支撑技术之一，它通过将各种物理设备、传感器等连接到互联网上，实现对农业生产、水资源、气象等方面的实时监测和数据采集［2］。

1.3.2 云计算技术

云计算技术是数字乡村建设的重要技术支持之一，它通过网络技术和分布式计算技术，实现对大规模数据的存储、处理和分析。

1.3.3 大数据技术

大数据技术是数字乡村建设的重要技术支持，可以实现对农业生产、资源利用、环境监测等方面的大规模数据采集、处理和分析。

大数据关键技术涵盖数据存储、处理、应用等多方面，根据大数据的处理过程，可将其分为大数据采集、大数据预处理、大数据存储与管理、大数据分析及挖掘、数据可视化等，如图1 所示。

图1 大数据五大关键技术

大数据技术推广也是无人机遥感技术在数字乡村建设中的重点应用方向，本文将具体说明使用无人机航拍技术对国土资源进行数据采集、数据处理和分析、数据可视化及三维建模等方面的应用。

1.3.4 应用场景

数字乡村建设的应用场景包括智能农业、智慧交通、智慧医疗、数字教育等。

2 基于无人机遥感技术的高精度地图制作

2.1 基于无人机数据采集

基于无人机获取影像数据具有精度高、作业效率高等特点，因此在小范围内该方法是目前主流的影像数据采集方法。

首先，无人机的飞行高度可以根据需要进行调整，可以在不同高度下获取不同分辨率的地图数据。其次，无人机可以在短时间内完成大范围的数据采集，从而提高采集效率。再次，无人机可以应用多光谱遥感技术，通过多光谱传感器获取更全面、更准确的地图数据［3］。

在无人机采集过程中，需要注意保证飞行安全和数据质量。例如，需要选择合适的天气条件进行飞行，以避免风力和降水等天气因素对数据采集造成影响［4］。同时，还需要选择合适的摄像头和传感器，以确保获取的地图数据具有高精度和高可靠性。

2.2 科学编制测量地图

科学编制测量地图是指在无人机采集到的高精度地图数据基础上，进行数据处理和分析，最终生成高精度的数字化地图。以使用大疆精灵4 RTK无人机为例，操作流程和航拍高清影像示例如图2所示。

图2 无人机航拍测绘流程及高清乡村地图实例

具体来说，在数据处理阶段，首先需要对采集到的原始数据进行初步处理，如去除噪声、调整色彩等。然后进行地面控制点的勘测，获取地面控制点的坐标信息。最后，进行校正和配准，将无人机采集到的数据与地面控制点进行匹配，以获得更高的地图精度。

在拼接阶段，将多个小区域的地图数据拼接成一个完整的大区域的地图，并进行重叠区域的处理，以确保地图的连续性和准确性。最后，对地图进行标注，添加地名、道路、建筑物等信息，以增加地图的可读性和实用性。

2.3 实景三维建模流程

利用无人机获取影像数据后，后续的数据处理流程如下：1）将倾斜影像进行空中三角测量，获得所有影像的高精度外方位元素；2）基于畸变校正后的倾斜影像和高精度的外方位元素通过多视影像密集匹配，获得高密度三维点云，构建地形3DTIN模型；3）根据3DTIN 每个三角形面片的法线方程与二维图像之间的夹角选择相对应的最佳纹理信息，实现纹理的自动关联；4）输出并获得地形三维模型成果。上述流程可以在Smart3D 等软件中自动计算，最后生成三维场景。流程如图3 所示。数字模型如图4 所示。

图3 影像数据的三维建模处理流程

图4 三维地形场景

在整个编制测绘地图的过程中，需要注意数据的准确性和一致性，以确保生成的地图可以满足数字乡村建设中的需求，为数字乡村建设提供有力支持。

2.4 数字化乡村科学规划

无人机遥感技术可以为数字乡村建设提供高精度、高效率的地图数据，从而为其提供有力支持。基于此高精度地图数据，可以进行数字化乡村科学规划，包括农村土地利用规划、农业生产规划、农村旅游规划等，从而为数字乡村建设提供有力支持，全面实现乡村振兴伟大战略。

3 基于无人机遥感技术的数字乡村建设实践

3.1 概述

基于无人机遥感技术的数字乡村建设实践是指利用无人机遥感技术，对农村地区进行数据采集、处理和分析，从而为数字化乡村建设提供有力支持。具体包括高精度地图制作、农业生产管理、农村环境监测等方面的应用。在实践中，需要结合实际情况，选择合适的无人机和传感器，制定科学的数据采集和处理方案，以确保实践效果的有效性和可靠性。

3.2 实践与应用

首先，高精度地图制作。通过无人机采集高分辨率影像数据，并完成高精度地图制作，为数字化乡村建设提供了有力数据支持。

其次，农业生产管理。利用无人机遥感技术实现对农业生产的精准管理。通过无人机采集土壤、气象等数据，结合大数据分析和人工智能算法，实现针对农业生产过程中的各种数据进行收集和分析，优化农业生产结构，提高生产效率。

最后，农村环境监测。利用无人机遥感技术实现对农村环境的监测和治理。通过无人机采集大气、水质等数据，结合传感器和监测设备，实现了对农村环境的实时监测和数据分析，为环境治理提供了有效科学依据。

3.3 效果评估

基于无人机遥感技术的数字乡村建设实践已经在一定程度上取得了成效。为了更好地了解其应用价值和未来发展方向，需要对实践效果进行评估。

1）数据精度和准确性评估。在实践中，需要评估数据采集和处理过程中的精度和准确性，以确保数据的可信度和有效性。

2）应用效果和影响评估。通过评估，可以了解实践的实际应用效果和促进农村经济发展的能力。

3）经济效益和社会效益评估。通过评估实践所带来的经济效益和社会效益，可以了解其贡献和推动农村现代化建设的能力。

3.4 问题和挑战

在基于无人机遥感技术的数字乡村建设实践中，仍然存在一些问题和挑战。具体来讲，技术和设备成本高：无人机遥感技术需要大量的设备和技术支持，成本较高。数据处理和分析难度大：无人机遥感技术采集的数据量大，需要进行大量的数据处理和分析，对技术和人才要求较高。数据共享和安全问题：无人机遥感技术采集的数据涉及隐私和安全问题，需要建立完善的数据共享和安全保障机制。法律法规和政策环境不稳定：无人机遥感技术的应用受到法律法规和政策环境的影响，存在不确定性和风险。

3.5 未来发展方向

基于无人机遥感技术的数字乡村建设实践具有广阔的发展前景。未来的发展方向包括技术创新和升级：无人机遥感技术需要不断地创新和升级，提高数据采集和处理的效率和精度。数据共享和开放：建立完善的数据共享和开放机制，促进数据的共享和利用。产业协同和融合：推动自然资源、农业农村、生态环境、文化旅游等产业的协同和融合，实现数字乡村建设的全面发展。人才培养和技术普及：加强人才培养和技术普及，提高数字乡村建设的技术水平和应用能力。

4 结语

本文以无人机遥感技术在数字乡村建设中的应用为研究对象，探讨了无人机采集手段、科学编制测绘地图、给数字乡村建设提供数据进行科学规划等方面的应用，并结合实际案例对其效果进行评估和分析。通过研究发现，无人机遥感技术可以为数字乡村建设提供高精度、高效率的地图数据，从而科学规划乡村发展建设蓝图，全面实现乡村振兴发展。