CORS和無人機遙感技術結合在村級土地利用規劃中的應用——以重慶市江津區燕壩村為例

張孝成 ，趙紫陽 ，周志躍 ，陳瑜琦 ，劉 科

（1.重慶市國土資源和房屋勘測規劃院，重慶400020；2.國家遙感應用工程技術中心重慶分中心，重慶400020；3.北京林業大學水土保持學院，北京100083；4.中國土地勘測規劃院，北京100035；5.國土資源部土地利用重點實驗室，北京100035）

大比例尺的土地利用現狀圖是開展村級土地利用利用規劃的基礎。目前土地利用的基礎資料主要有土地利用年度變更調查和全國第二次土地調查成果，最大比例尺為1∶10000，難以滿足1∶2000比例尺的規劃需求。通過測量和專項調查獲得土地利用現狀的工作量過大，投入成本高，工期較長。一些地區利用高分辨率衛星影像開展土地調查和補測來滿足規劃需求，但是西南地區受云霧天氣的影響，影像資料獲取困難或周期過長。本文以重慶市江津區燕壩村為例，研究CORS和無人機遙感技術在村級土地利用規劃中的應用，探索一種能突破云霧影響，可經濟、快捷地獲取大比例尺土地利用現狀的技術。

1 燕壩村概況

燕壩村所在的龍華鎮西部，位于江津區中北部，長江南岸，是典型的淺丘農業區，海拔184—305m。村域內地形起伏不大，主要為丘包和丘包間溝谷組合而成。亞熱帶濕潤季風氣候，全年氣候溫和，四季分明，雨量充沛，日照尚足，無霜期長，在中國西南部丘陵地區是典型的代表。燕壩村總面積約11 km2，總戶數2072戶，人口6311人。根據2009年土地利用現狀變更調查，燕壩村土地總面積1113.2 hm2，其中農用地1020.5 hm2，占土地總面積的91.7%。農用地中，耕地662.8 hm2，占農用地的64.9%，其中水田面積264.6 hm2，旱地面積398.2 hm2。近年來，燕壩村依靠其獨特的區位優勢和自然地理條件，成為重慶市現代農業園區的示范點，因此，開展土地利用現狀調查和規劃、合理調整土地利用結構、提高土地集約利用效率、保護生態環境非常重要。

2 CORS和無人機航攝系統特點

2.1 CORS系統

連續運行參考站系統（Continuous Operational Reference System，縮寫CORS）是多個固定的、連續運行的GPS參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網（LAN/WAN）技術組成的網絡，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供經過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位，偽距）、各種改正數、狀態信息以及相關GPS服務系統[1-2]。CORS系統為測繪工作提供了一個統一的基準，能夠從根本上解決不同行業、不同部門之間坐標系統的差異問題[3]；用戶隨時可以觀測，使用方便；擁有完善的數據監控系統，可消除或削弱各種系統誤差的影響，還可獲得高精度和高可靠性的定位結果[4]。CORS系統目前廣泛應用于地籍測繪、土地利用現狀調查、土地利用現狀變更調查等國土資源管理工作,同時可服務于城鄉建設、氣象、地震等其他行業和部門[5]。

重慶市國土資源CORS系統通過網絡系統和控制中心，實現了有效信號覆蓋全市域8.2萬km2。具有以下特點：（1）建立覆蓋全重慶市的連續運行的25個基準站，基準站平均間距約66.5 km；（2）在重慶市土地勘測規劃院建立系統數據中心，基于通信網絡實現基準站到控制中心的實時傳輸；建立CQGNIS管理和數據庫平臺，管理各基準站的運行，并實現數據入庫和分流；建立網絡RTK和DGPS服務平臺；（3）建立用戶數據服務平臺，利用Internet向全市用戶提供基準站原始觀測數據下載服務，實現事后精密相對定位；利用GSM或GPRS、CDMA等向用戶提供實時的厘米級定位服務；利用GPRS或CDMA等向全市用戶提供米級精度的導航定位服務；（4）通過坐標聯測，實現了WGS84、CGCS2000、西安80和北京54坐標系之間任意轉換，有利于各種資料的共享和利用。

2.2 無人機遙感技術

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV）是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務設備，執行多種任務，并能重復使用的無人駕駛航空器[6-7]。無人機與遙感技術的結合，能快速獲取空間遙感信息，完成遙感數據處理、建模和應用分析。無人機遙感具有成本低、機動靈活、高時效、高分辨率等優點，是傳統衛星遙感和航攝的重要補充。以重慶市建立的國土資源無人機遙感系統為例，采用彈射起飛方式，可在稍開闊的平地、曬壩和較緩的坡地起飛，每架次最大飛行時間為2小時，正常工作時間為1.5小時，有效航攝時間可達1小時20分鐘，航行相對高度300—400m，可拍攝20 km2，處理后影像分辨率可達0.1—0.2m。另外，無人機受云霧影響較小。其作業模式和精度在局部區域具有明顯優勢[6]。

目前，無人機遙感技術還有一些技術瓶頸需要突破。由于無人機航高低，載荷能力小，機載設備不夠精密（如機載POS數據獲取一般采用DGPS配合MEMS裝置，對飛機拍攝時點的位置、俯仰/滾轉等姿態參數獲取不夠精密）等原因，導致獲取的影像畸變大；另外，無人機體積小，重量輕，在飛行中抗風能力較弱，穩定性較差，這些都直接影響獲取的原始影像質量，對影像正射處理和拼接帶來困難。

2.3 CORS與無人機遙感技術結合

CORS與無人機遙感技術結合獲取國土整治區基礎數據的技術流程：（1）根據燕壩村情況規劃無人機航帶，獲取整治區原始影像，利用數據處理軟件對原始影像進行初步拼接和正射處理，得到燕壩村粗校正影像。（2）根據航帶分布，在航向重疊、旁向重疊處選取特征地物點或者制作標識作為像控點，使用網絡RTK技術測量像控點，獲取精確的西安80坐標。在數據處理時利用像控點坐標，對影像進行糾正。（3）利用糾正后的影像，開展地形圖數字成圖、影像解譯和建庫等工作，得到燕壩村大比例尺土地利用現狀等基礎資料，滿足土地利用規劃的需要。

3 技術方法與步驟

3.1 無人機航攝

根據燕壩村形狀，采用西南、東北向設置航帶，整個區域共設置了12條航帶，每條航帶長約7 km，相對航高650 m；有效航攝飛行時間為48分鐘，共獲取相片861張，航攝面積約18 km2，同時根據相機檢校結果、機載DGPS和飛行控制器，得到航攝各相片對應的相機參數和POS參數。

3.2 無人機影像拼接與正射處理

首先采用目視的方法，對飛機在航行中航帶轉彎、受風影響等原因造成偏角過大，重疊度不足的不合格航片進行剔除，并調整相應POS參數文件，使相片編號與POS參數一一對應；其次利用MAP-AT軟件，分別輸入相機檢校參數、原始相片和POS參數，進行無地面控制點的解析空中三角測量，形成DEM，并對相片進行正射處理；最后，利用拼圖軟件，對處理后的正射影像進行勻光處理，自動生成拼接線，完成影像拼接，得到燕壩村正射影像圖，影像圖分辨率達到13 cm。

3.3 控制點施測

根據燕壩村大小和地形特點，同時根據像控點均勻分布的要求，在燕壩村內選擇寬度在30 cm左右的小徑交叉點，房角等明顯特征點，利用CORS系統進行測量，共選取17個控制點，其中12個作為影像糾正控制點，5個作為檢查點。

3.4 影像精糾正

利用ERDAS軟件的Image Geometric Correction模塊，對粗校正影像進行精糾正，根據12個像控點（表1）坐標，采用多項式糾正方式對影像進行精校正。另外，利用5個檢查點（表2）檢查影像糾正精度。經檢查，影像糾正精度在2個象元以內，滿足丘陵地區遙感影像處理精度要求。最后對糾正影像進行重采樣得到具有正確坐標的高精度影像。

3.5 燕壩村土地利用現狀圖

結合第二次土地調查成果，采用人機交互方法對影像進行解譯，在燕壩村土地利用現狀分類基礎上勾繪地類邊界，對于不能直接在圖上辨別的地類進行野外核查來判別地類。利用ARCGIS軟件制作了燕壩村1∶2000比例尺土地利用現狀圖，為燕壩村土地利用規劃提供了基礎數據。

表1 幾何校正控制點坐標表Tab.1 Geometric correction control point coordinates

表2 檢驗點坐標Tab.2 Test point coordinates

4 討論

（1）無人機的航攝規模、精度以及其作業模式非常適合村級土地利用現狀調查，其成果與傳統的調查成果和測繪成果相比較，具有分辨率高、作業效率高、周期短、輕便靈活、突破云霧天氣影響等優勢，且成果更加豐富、直觀。（2）CORS系統具有連續運行、統一坐標框架、高精度和覆蓋廣等特點，有效彌補無人機硬件設備的缺陷引起的位置精度不足，提高了數據成果質量，使之更好地滿足村級土地利用現狀調查的需要。（3）CORS與無人機遙感技術結合，為局部區域大比例尺高精度土地利用現狀數據獲取提供了便捷的方法。（4）CORS系統如果在無人機飛行過程中搭載在機身上對無人機飛行路線進行控制，效果會更好，此次由于時間緊迫沒有做到。

（References）：

［1］ 過靜珺，王麗，張鵬.國內外連續運行基準站網新進展和應用展望［J］.全球定位系統，2008，（1）：1-10.

［2］ 張海瑞，陳西強.CORS系統的技術特點及應用現狀與展望［J］.硅谷，2010，（1）：35-38.

［3］ 潘一平，吳宇翔，王鳴霄，等.建立CORS連續運行基準站的探討［J］.現代測繪，2010，（4）：8-10.

［4］ 汪偉，史廷玉，張志全.CORS系統的應用發展及展望［J］.城市勘測，2010，（3）：78-84.

［5］ 劉經南，劉暉.連續運行衛星定位服務系統——城市空間數據的基礎設施［J］.武漢大學學報（信息科學版），2003，（3）：65-69.

［6］ 魯恒，李永樹，何敬，等.無人機低空遙感影像數據的獲取與處理［J］.測繪工程，2011，（1）：46-48.

［7］ 甄云卉，路平.無人機相關技術與發展水平［J］.兵工自動化，2009，（1）：53-57.