對無人機遙感技術在土地執法工作中應用的研究

李國杰

摘 要：當前，傳統衛星遙感系統無法滿足高分辨率影像需要，無人機遙感技術因其高分辨率、靈活性強、成本少等優點，已成為衛星遙感系統檢測技術的補充，廣泛運用于土地執法工作中。該文闡述了無人機遙感技術的特點及影像處理流程，在此基礎上，分析了無人機遙感技術在土地執法工作中的運用，旨在促進無人機遙感技術在土地執法工作的作用，更好地為土地資源管理提供幫助。

關鍵詞：無人機遙感技術 土地執法 遙感監測

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（a）-0009-05

無人機遙感技術較傳統的遙感技術而言，是一種低空遙感技術，它是以獲取低空高分辨率遙感數據為目標，操作方便、靈活性強、成本較低的一種專業化遙感系統。隨著社會經濟的快速發展，各行各業對高分辨率的基礎地理信息需求越來越大，僅靠以往傳統的衛星數據系統獲得的遙感信息數據和影像數據已無法滿足現實需求。因此，無人機遙感技術作為一種新興的、低成本、高分辨率、易操作的遙感技術自然受到各行業的追捧。當前，無人機遙感系統廣泛運用于土地執法監測，這樣有助于監測土地利用情況，并對其進行合理規劃和土地資源管理。

1 無人機遙感技術概述

1.1 無人機遙感技術的特點

1.1.1 操作簡單

隨著無人機技術的不斷成熟，其操作也愈顯簡便化，在使用無人機進行土地執法檢查時，可以事先設定好飛行路線，針對空中和地面實際情況，通過校正數據以達到對目標的精確測量；當無人機出現故障時，其系統可以自動進行診斷，一旦出現故障，無人機可以自行返航到起點，以等待排除故障重新進行測量。

1.1.2 靈活方便

無人機不需要專門的場地進行起飛或降落，使用起來極為方便，可以通過多種方式在山坡、田地等地域進行起飛，并快速到達預定目標進行測量，完成測量任務后可以通過傘降或滑行方式回收。同時，無人機機身重量較輕，體型不大，攜帶也較為方便。

1.1.3 高分辨率

相比傳統航拍技術，無人機遙感技術具有高分辨率獲取影像數據的能力，這是無人機遙感技術的最大特點，無人機遙感技術獲取影像的空間分辨率最高可以達到厘米級，主要得益于其具備面積覆蓋、傾斜成像的技術能力。

1.1.4 低使用和維護成本

日常的維護、保養費用低，作業時的成本不高，正常情況下的支出：系統的直接成本很低，只需要設備的折舊費、人員工資、交通開支等。隨著大量實驗生產的開展，低空遙感技術已日趨成熟，無人機遙感技術以其機動、靈活、快速的反應能力和運行成本低等優勢，正逐步成為航空遙感系統的有力補充，尤其是在小范圍的遙感調查中能發揮非常重要的作用。近年來已成為影像數據獲取的有效手段之一，能彌補衛星RS的不足。

1.2 無人機遙感的影像處理流程

1.2.1 影像的畸變差糾正

由于無人機遙感系統操作簡單、運用靈活，成像分辨率高的特點，便廣泛用于航拍領域中。因無人機相機的不同，無人機的類型也不盡相同，大多數情況下無人機遙感系統使用的都是普通相機，其拍攝出來的相片會出現畸變現象，一旦出現畸變，在后期相片數據處理結果上會出現誤差，為了保障數據的真實準確性，都會事先糾正影像畸變，常見的處理方式有消除主點偏移、旋轉影像等。

1.2.2 影像的三角測量

無人機遙感系統在低空進行航拍時會自動完成影像的三角測量，傳統影像的選點和轉點工作是由人工完成的，其效率較低，而無人機遙感技術能夠自動完成選點和轉點工作，工作效率大大提高。同時，影像中的各個坐標也是自動獲取的，其坐標系中密點位置及參數也是自動形成。

1.3 無人機遙感系統簡介

無人機遙感系統分為空中控制、地面控制以及數據處理系統，空中控制系統主要包括無人機機身、影像獲取系統、控制飛行的動力系統等；地面控制系統主要包括無線通信系統及接收系統等，以對無人機進行航線規劃及飛行控制。數據處理系統主要是影像數據處理軟件。目前無人機遙感系統在國土遙感應用、能源遙感應用、林業遙感應用和農業遙感應用等領域得到了廣泛推廣，具體無人機航測遙感系統如圖1所示。

民用無人機通常分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機這3個種類。固定翼無人機是多數民用無人機的主流平臺，這種飛行器的發展趨勢主要向微型化和長航時發展，當前微型化的無人飛機大小只有巴掌大，長航時無人機能飛行時間大約10小時，起飛的方式也多種多樣，有彈射、滑行、車載等等，降落的方式也可以選擇傘降、滑行和撞網都可以；無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼（多軸）無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間（起降需要推力），但操縱簡單、成本較低。

2 無人機遙感技術在土地執法工作中的運用

土地執法是指縣級以上人民政府國土資源行政主管部門按照法定程序和方式，依據該行政區域內土地管理法律和法規，通過遙感監測、動態巡查、地理信息系統等技術手段掌握該行政區域的新增建設用地和耕地保護情況，起到發現、制止并監督查處違法用地行為。具體體現在土地衛片執法檢查的應用、土地管理動態巡查監測、違法土地案件整改情況監測和耕地保護的日常監測等方面的工作。

2.1 土地衛片執法檢查的應用

國土資源部在2010年頒布了15號令，并且在全國開展了土地衛片執法檢查工作，土地衛片執法檢查是指通過衛星遙感監測、地理信息系統等技術手段對一個地區的土地利用情況進行監測，制成遙感影像圖，將同一地域前后兩個不同時點的遙感影像圖進行疊加對比，可以反映出該地域土地利用的地表變化情況。通過對衛片監測所反映土地利用情況發生變化的地塊逐一核查，掌握該行政區域的新增建設用地情況，發現、制止并查處違法用地行為。這幾年持續的土地衛片執法工作使得湖南土地管理和土地合理利用得到了進一步改善；個人、企業及各地政府依法使用土地的意識有所提高；土地市場秩序有所好轉，但是由于衛星影像是全國統一時點獲取，獲取時間是在土地衛片執法開展前一年的8月份，所以在開展土地衛片執法時，較發達地區的影像和實地有較大的差別；另外有的地區的衛星影像分辨率不高，影像的清晰度不夠，因此，較發達地區的國土資源局為了加強對土地利用情況監督，有效遏制土地違法使用行為，進一步規范土地管理，采取無人機航拍監測方式對該地域進行土地監測。以2015年湖南省岳陽市土地衛片執法檢查工作為例，2015年4月，岳陽市國土資源局獲得了國家下發的2014年8月的2M分辨率彩色衛星影像，但是由于得到的衛星影像部分區域出現被云層，薄霧遮擋，清晰度不夠，并且衛片執法開展時間和衛片拍攝時間相差半年，為了保證該市土地衛片執法檢查工作的科學性和準確性，政府部門采用了無人機遙感技術對該市區進行航拍取像。在無人機機型中，固定翼無人機是飛行速度最快，續航能力最強的機型，因此，政府部門選用了IRSA（中遙）Ⅱ固定翼無人機，佳能HF M52相機進行航拍，拍攝的航片影像的分辨率為0.2 m，從線路規劃、無人機飛行、航片的快速處理（如圖2）和影像的建設用地解譯等全部工作共用了15天順利完成。

2.2 土地管理動態巡查監測

近年來，由于土地經濟市場繁榮，從而導致違法占用土地、違法建設現象時有發生，基層執法部門任務繁重，在日常巡查過程中，由于受地域條件等因素制約，巡查工作有一定困難，存在對違法用地發現率低、發現不及時等弊端。“無人機航拍監測具有靈活機動、精細準確等特點，不受地形地貌等因素干擾，能夠獲得準確的視頻和高精度的圖片，確保不留盲區和死角，實現對轄區范圍的全覆蓋。土地執法部門通過無人機對該區域土地進行動態巡查監測，可以全面有效地了解該區域違法用地、違法建筑的情況。通過對制定區域進行無人機監測，對比同一區域前后不同時間點的影像數據資料，利用對比軟件設備進行解譯，最終為執法部門的執法行為提供數據來源。筆者所在的長沙市國土資源局在開展土地執法的動態巡查工作中，對涉及的違法用地進行了執法檢查，對部分違法情況不清楚的地方或者某區域可能存在違法用地行為的，采用了無人機遙感技術對其進行拍攝，對土地監察動態進行定點巡查，其期限通常為3個月，為了保證航拍影像質量，航拍效率，使用了高質量、高安全性的無人機遙感技術。從而取得清晰的遙感監測圖斑。圖3為岳陽市某廣場的影像對比圖，由于2012年的衛星影像分辨率太低，無法有效辨認影像中的一些信息，無法為違法占用土地立案工作提供有力的依據，2013年是用無人機航拍，無人機是運用zc-5型，長2.1 m、翼展2.6 m，可以抵抗五級左右大風，飛行范圍一般在2 000 km2，配置相機是佳能5D Mark Ⅱ、24 mm定焦鏡頭。在最終形成的清晰航片影像中，可以發現分辨率較高，建設面積和類型非常明顯。

2.3 違法土地案件整改情況監測

在土地執法工作中，許多違法占用土地、違法建設案件被發現和查處整改，而土地執法部門在對違法占用土地查處整改情況進行現場調查取證時，如果用常規全站儀實地野外數據采集方法成圖，作業量大，耗費時間長，成本高（每平方公里的費用達到8～15萬元），且不宜大面積開展，不僅給土地執法工作帶來不便，也嚴重影響了遏制違法占用土地的行為。相比野外實測，無人機航測具有周期短、效率高和成本低等特點，對于面積較小的大比例尺土地測量任務受天氣和空域管理的限制較少，成本較低。而將無人機遙感系統進行工程化、實用化開發，則可利用它機動、快速、經濟等優勢，在陰天、輕霧天也能獲取合格的彩色影像，從而將大量的野外工作轉入內業，保證違法土地整改查處情況監測的高效性。所以越來越多的國土資源局通過使用無人機遙感技術對違法占用土地面積較大和集中的區域進行航拍攝像，更直觀和快捷地了解該區域的實際查處整改情況，而基于無人機機動性能強、不受場地情況限制，并且攜帶方便，執法部門可以充分利用無人機對違法占用土地進行監測攝像，實時記錄土地違法案件的整改情況。

2.4 耕地保護的日常監測

耕地保護是加快經濟發展方式轉變的根本要求，李克強在2015年1月視頻會議作出重要批示，批示指出我國人多地少，任何時候都要守住耕地紅線，守住基本農田紅線。要堅持數量與質量并重，嚴格劃定永久基本農田，既要明確其特殊用地政策，又要嚴格規范用地管理，加強監測督察，對土地違法違規問題動真碰硬、重點問責。這對土地執法的工作有了很高的要求，為了認真落實耕地保護，一些政府對于耕地較集中，耕種條件較好的區域開展了無人機遙感的定期巡查。比如常德市政府今年計劃對該市區撥款150萬元，運用無人機，分辨率為0.5 m的遙感技術，隔兩三個月拍一次重點基本農田的保護區，以第一次作為基礎，如果地面上有變化，比如耕地變成建設用地，或者耕地變成其他地類而引起耕地被破壞，這樣就可以清楚地在內業處理后的航片影像中發現，常德市計劃通過此項工作來開展對重點基本農田保護區的監測和耕地保護的高技術、高效率的推廣工作。

3 無人機遙感技術可能存在的問題

無人機遙感技術作為一種低空航拍影像數據采集的主要方式，其靈活機動、續航時間較長、影像收集實時等優點，已成為衛星遙感系統的有效補充，而隨著社會的不斷發展，無人機遙感技術的運用將更加廣泛，然而，基于無人機自身的限制，還需要不斷完善無人機系統，以確保無人機遙感技術的穩定性和抗風險性。

3.1 抗風險能力有待提高

無人機機身較輕，由于飛行高度低，容易受到風速影響，但為了提高無人機的抗風險性，通常情況下都是采取增加無人機機身重量，但是無人機承擔量小，如果增加機身重量，其穩定性會下降。因此，如何在機身較低或不增加重量的情況下，通過改善無人機遙感技術來提高無人機系統的穩定性和抗風險性，保證無人機飛行安全是當前無人機遙感技術需要解決的重要問題。

3.2 拍攝范圍不大

由于是低空飛行，一個架次拍攝的范圍較小，并且體積不大，續航時間較短，一般只能飛行幾個小時到十幾個小時，僅適用于小范圍區域的調查，對于大面積區域的全天候調查，需要配合大飛機、衛星影像數據開展調查。

3.3 遙感數據的后處理技術

當前使用的無人機遙感攝像設備是一種小型的數字相機，與傳統的衛星攝像系統相比，其攝像數據太多，影像篇幅小，從而導致后期數據處理時間較長，因此，針對這類問題，應開發影像自動識別和拼接軟件，提供影像數據處理效率，節省數據處理時間。

4 結語

當前，與傳統航空遙感系統相比，無人機遙感技術具有更大的靈活性，使用便利，并且攝像時間短、影像分辨率高，彌補了傳統航空遙感系統的不足，從而被廣泛運用于土地執法監測領域。通過無人機遙感技術獲取的高分辨率影像，對各類地物信息進行提取，可以有效提供土地利用情況的準確數據。然而，無人機遙感技術作為衛星遙感系統的補充，多運用于一般的小范圍區域地形圖繪制，加之無人機自身的一些不足和限制，無法滿足大范圍監測需求，因此，改進無人機系統質量，提高系統穩定性和抗風險性，改進遙感數據的處理技術等，是下一步無人機遙感技術發展完善的一個方向。

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