無人機遙感技術在城鎮土地集約利用監測評價中的應用

雷雙友，尹向紅，李軒宇

(1.湖南省測繪科技研究所，湖南長沙410005;2.湖南省國土資源信息中心，湖南長沙410008)

無人機遙感技術在城鎮土地集約利用監測評價中的應用

雷雙友1，尹向紅2，李軒宇1

(1.湖南省測繪科技研究所，湖南長沙410005;2.湖南省國土資源信息中心，湖南長沙410008)

以某城鎮區域為例，探討利用無人機遙感技術手段獲取區域高分辨率影像，并對影像進行技術處理后，應用于土地集約利用監測評價的一系列技術方法、指標體系，為土地集約利用監測評價工作提供一條新的技術路徑。

無人機遙感;土地集約利用;評價指標體系

一、引 言

土地集約化利用，是我國經濟社會可持續發展的客觀需要。城市土地利用集約化程度的確定，需要利用土地集約評價理論、指標體系等方面對土地進行綜合科學評估來完成。傳統城鎮土地集約利用評價大多采用各類基礎數據的人工統計方法，不僅需要大量的人力物力，而且評價周期長，易受人為因素干擾。因此，其評價結果的現勢性和準確性值得懷疑。

當前遙感技術的迅猛發展，為土地集約利用監測評價工作帶來了新思路。遙感影像在時效性、現勢性和直觀性方面具有明顯優勢，特別是近年來無人機遙感技術發展迅猛，其機動靈活、快速獲取并處理高分辨率遙感影像的能力越來越得到社會各界肯定。如何利用無人機遙感技術用于土地集約利用監測評價，使評價結論更加客觀可靠，及時滿足政府部門土地規劃和宏觀決策需要，已成為相關技術部門研究的重要課題。

二、應用的技術基礎

無人機遙感技術以航空攝影測量理論為基礎。航空攝影測量是在飛機平臺上，利用航攝照相機對地面按規定的航高和設計方向呈直線攝取像片，結合地面控制點測量和像片調繪，通過航空攝影測量方法進行影像匹配、空三解析等手段生成數字正射影像圖(DOM)和數字高程模型(DEM)，同時，可加工生成數字線劃圖(DLG)。無人機系統作為飛行平臺的一種，繼承了傳統航空攝影測量的理論和方法，將非標準傳感器數據變換成透視圖像，并用專業軟件進行處理，具有數據獲取和處理的能力。它綜合利用了先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙控程控技術、通信技術、GPS差分定位技術，是繼衛星遙感和普通航空攝影測量技術之后發展起來的一種新型航空遙感技術手段。

三、技術思路及方法

1.技術思路

筆者立足于試驗區實際情況，通過分析國內外城鎮土地集約利用研究成果，在調查、分析和研究試驗區土地集約利用情況的基礎上，參考國內發達地區相關標準，運用理論分析和實證研究相結合的手段，建立試驗區城鎮土地集約利用評價指標體系。然后對試驗區進行無人機航拍，對影像進行處理，在MapGIS平臺上對獲取的無人機正射影像進行解譯，得到相關的指標值。最后結合相關資料，綜合分析與評價試驗區土地集約利用的限制條件、利用程度與土地利用發展趨勢，得到評價結果，并分析土地利用現狀特點的成因。

2.研究方法

①實地調研，收集文獻資料、基礎資料和相關數據，進行評價區域分析。② 采用定性與定量研究、橫向比較與綜合分析相結合的方法，運用多學科融合的分析手段，探討實現城鎮土地集約化利用模式，提出集約化綜合評價的目標、原則及內容，構建評價指標體系。③ 在既定的城市土地集約利用評價指標體系下，對利用無人機遙感技術獲取的試驗區影像解譯，結合基礎資料、數據對研究區域進行評價，剖析城鎮土地集約利用現狀的原因。

四、技術實施過程

1.無人機遙感影像獲取

明確任務目標，做好前期工作準備，包括收集地形圖等基礎資料，確定成圖比例尺和飛行日期，設計航線等。進行實地踏勘、現場航飛作業、影像檢查、飛行總結，獲取航拍原始影像。

1)航攝準備。根據成圖比例尺和試驗區地理特點，參考航高、相機焦距等相關參數，制訂合理飛行方案。本次試驗飛行絕對航高1 000 m，航線6條，方向西北至東南;航攝儀采用佳能400D，焦距24 mm，UV濾光鏡，光圈自動曝光間隔3 s;航向重疊85%，旁向重疊55%。

2)航攝作業。航飛安排兩架次，按設計航線飛行，有效相片總數636張。根據POS數據，攝區內最大最小航高差29.49 m，小于設計航高的5%。各像片類標志齊全，飛行質量符合要求，影像分辨率高(達0.1 m)、色調柔和、層次豐富，滿足航內作業要求。

2.外業控制測量

根據像片控制點布設原則，把影像控制點全部布設成平高點，高程點視精度檢測需要布設。采用區域網布點方案，根據1∶2 000加密成圖比例尺的要求間隔一定基線布設控制點，沿周邊布設6個或8個平高點，航線方向間隔4～6條基線。根據《無人駕駛飛機攝影測量項目1∶2 000數字測圖外業技術實施方案》要求，組織外業人員進行RTK控制點測量，建立兩次基準站，選取城鎮內均勻分布的4個一級點為基礎控制點，選取相對均勻的9個平高點作為像控點進行聯測，解算出像控點坐標。

3.內業處理

1)正射影像生成。在航天遠景軟件支持下對航拍影像進行空三解析，利用控制點做絕對定向，生成數字高程模型，生成正射影像圖。

2)遙感影像解譯。各種城鎮土地利用類型表現出的影像色調(灰度值)、圖形結構與紋理特征不同，清晰可辨，有利于分析判讀。

3)正射影像圖矢量化。結合實地調查資料，通過目視判讀解譯法，在MapGIS6.7平臺上對正射影像進行解譯，得到試驗區土地利用現狀圖，進而得到以下10項土地利用類型指標值，為分指數指標實際值的確定提供基礎，如表1所示。

表1 土地利用類型指標解譯后的統計值

4.試驗區土地集約利用評價分析探討

1)評價實際值的確定方法。根據試驗區土地集約利用影響因素的綜合性和全面性特點，建立由1個目標層、4個指數指標和12個分指數指標構成的評價指標體系，見表2。

表2 分指數指標標準化值統計表

2)評價指標權重的確定。以特爾菲法確定權重。

3)指標合理值的確定。指標合理值的選取標準主要根據國家有關的標準及政策確定，如“人均城鎮用地”、“土地利用率”、“生產/生活用地比”等;部分沒有標準的則采用相關的均值代替，如“容積率”、“單位面積固定資產投入”、“地均財政支出”、“地均GDP”等。

4)評價指標標準化處理。根據確定的實際值和合理值，將土地集約利用度評價指標實際值進行標準化處理，基本公式為

式中，Si是i項指標分值;ti是i項指標集約利用合理值;ai是i因子指標實際值。

5)土地集約利用綜合指數值測算。根據土地集約利用度總體評價指標標準化值，計算城鎮土地集約利用綜合指數值λ，基本公式為

式中，βi是第i因子指標權重，所有指標的權重值和為100;Si為對應的指標標準化值。綜合指數λ表示整個城鎮土地利用狀況接近合理的集約化利用程度，λ越大，表明實際相關指標距離標準值越遠，土地利用越不集約。

6)試驗區土地利用集約度分析。在計算各評價指數指標層的基礎上，得出試驗區土地集約利用評價的集約度綜合指數為40.8%，屬于“一般集約”，集約潛力較大。就具體指標而言，土地利用程度高，容積率較高，基礎設施比較完備，社會生態效益較好。但是土地的經濟投入不足，土地利用的經濟效益處于中等水平，城鎮內部還有少量閑置地或未完全利用土地以及需要深度開發的土地，城鎮土地集約利用還有一定潛力可挖。

五、結束語

城鎮土地是城市社會經濟活動的載體和基礎，為了更好地指導城鎮發展，要求不斷加強城鎮土地集約利用研究。筆者以試驗區為對象，以集約用地理論為指導，運用無人機遙感技術，獲取高分辨率正射影像數據，結合地理信息技術、測量技術，通過影像的解譯和快速處理，獲取研究區的集約用地評價相關指標值，然后采用理論與實際、定性與定量、橫向比較與綜合分析相結合的方法，探討了在無人機遙感技術支持下的城鎮土地集約利用評價方法和評價指標體系，證明該技術在城鎮土地集約利用評價中的可行性和實用性。

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Application of UAV RS to Monitoring and Evaluating of Intensive Land-use

LEI Shuangyou，YIN Xianghong，LI Xuanyu

0494-0911(2011)07-0034-03

P237

B

2011-03-31

雷雙友(1972—)，男，貴州銅仁人，高級工程師，研究方向為無人機遙感系統應用、土地管理與利用等。