微型無人機助力土地整治項目監管

徐秀云，陳 向，劉寶梅

(北京威特空間科技有限公司，北京 102628)

微型無人機助力土地整治項目監管

徐秀云，陳 向，劉寶梅

(北京威特空間科技有限公司，北京 102628)

結合國土資源部土地整治中心對土地整治項目監管的需求背景、應用現狀與發展趨勢，分析了利用微型無人機進行土地整治項目監管的適宜性，并分享了微型無人機在土地整治項目監管應用中的程序、方法和遙感監測發現的問題，最后對利用微型無人機改善和提升土地整治項目管理手段和監管方式提出了建議。

無人機；遙感監測；土地整治；監管

1 土地整治項目監管需求分析

近年來，國土資源部陸續下放了土地整治項目管理的具體權限，逐步形成了“部級監管、省級負總責、市縣組織實施”的土地整治管理格局。在簡政放權、轉變政府職能的大背景下，國家層面的監管深度和范圍進一步加大。土地整治項目監管亟待從試點階段的“點射”轉變為全面推進，以切實掌握土地整治的建設任務完成情況，將“該管的管住、管好、管出水平”。基于此，2013年以來，國土資源部土地整治中心及部分省市土地整治管理部門先后利用衛星遙感及無人機低空遙感在土地整治項目開工前、完工后進行影像獲取，藉此在提高項目的設計和管理水平、強化監測監管活動等方面取得了良好的效果。

由于攝影測量遙感步入全數字和低空無人機時代，實時高效的高分辨率影像獲取能力的逐步提升以及低廉的影像獲取及處理成本，無人機攝影與遙感技術在土地整治項目監管中應用的廣度和深度日益拓展，僅靠提供圖形和文字材料進行設計審核、進度管理、質量管理、竣工管理等難以保證其客觀真實性，而在項目實施前、實施中、竣工后獲取高分辨影像，通過遙感技術可輔助項目承擔單位進行項目區范圍劃定、土地清查、規劃設計、竣工驗收等基礎工作，同時也為項目區范圍選定、項目規模和工程信息的可靠度、真實性和合理性審查提供了有效的技術手段，為國家、地方等各級管理者提供了從多維角度和宏觀尺度認識和監管土地整治項目的新方法、新手段，開辟了土地整治項目監管的新視角。

2 土地整治項目遙感監測數據源選擇

土地整治項目遙感監測的不僅僅是新增耕地、土地平整區域等面狀工程的地類的變化，更常見的是要監測渠、溝、路、堤、壩、閘、涵、機井等土地整治工程構筑物的建設完成情況；不僅僅監測“工程建未建”數量的變化，更要監測質量的變化，如監測渠、溝、路的材質、寬度、構筑物類型等屬性及質量情況；不僅要監測渠、溝、路、堤、壩等線狀工程的數量和質量情況，還需要監測到一些點狀地物，如農用井、蓄水池、揚水站、涵閘、農用橋等，這些構筑物或面積小、或寬度窄，遙感監測難度大，因此土地整治工程項目的遙感監測，需要更高空間分辨率遙感數據才能滿足全面監測的需要。

點狀構筑物實地尺寸小到1～2 m、大到4～5 m；線狀工程的頂部寬度窄到20 cm左右、寬到4～5 m左右不等。因此，對于土地整治工程的遙感監測，選擇何種分辨率的數據源非常關鍵。根據人眼一般可以識別地物特征在4個像元以上，可簡要推導出土地整治遙感監測對數據源分辨率的要求，詳見表1。

表1 土地整治遙感監測工程類型和數據源分辨率對應表

說明：表1中寬度一般為頂部寬度，長度單位為m。

依表1分析可知，對于大面積的土地平整工程，數據源可以選擇高分辨率衛星遙感數據，監測效率高、成本低，并有存檔數據可供利用。因此衛星影像在監測面積大、地勢平坦、新增耕地較多的項目區具有很大的優勢。但衛星影像的分辨率很難滿足線狀工程及點狀工程監測的需要；同時土地整治項目區的面積一般都比較小(小到幾百畝，大到幾萬畝)、位置相對分散、形狀不規則等，造成衛星數據冗余量增大，使得衛星遙感數據采購成本相應上升，并受訂購周期的影響，因此衛星影像用于土地整治項目遙感監測也存在較大的局限性。

鑒于土地整治工程不僅要監測數量的變化，還需監測工程建設的質量情況，現階段衛星影像的分辨率及紋理特征較難分辨出土地整治工程構筑物的質量變化。因此，建議除大面積土地平整工程外，其他項目區盡量采用航空影像對土地整治項目區進行遙感監測。

多年以來，衛星遙感影像盡管在分辨率和獲取速度上有明顯提高，但包括土地整治管理部門在內的越來越多的用戶更加渴望更高分辨率及更加低廉快速的影像。對于應急及工程監管領域的大部分用戶來說，快速獲取高分辨率的信息更加重要，無人機的出現正迎合了這種需求。

通過對衛星影像、大飛機航空影像、無人機低空影像的優勢及特點分析，無人機低空遙感技術是衛星遙感、航空遙感的有益補充，也必然是土地整治項目遙感監測數據獲取最為有效的途徑。無人機低空影像是土地整治項目遙感監測應該主要利用的數據源，微型無人機遙感技術也應該成為土地整治遙感監測今后主要的發展方向。

對多種數據源遙感影像優劣勢比較詳見表2。

表2 多種數據源遙感影像優劣勢比較

依表2分析可知，無人機擁有獨特的能力，隨著電池和光學技術的進步，無人機可以在更大的區域獲取更高分辨率的影像，其優點主要有：①可獲取更高分辨率的圖像，無人機比有人駕駛飛機采集的影像更加清晰。②飛行高度低，從100～1000 m范圍是一個典型的高度區間，這意味著數字相機可以拍攝到1～20厘米級的高分辨率影像，從而更加方便進行二維及三維數據的分析和處理。③無人機具有便捷性，隨著低空空域的劃定和開發，對機場、空域的要求條件降低，轉場時間可以用小時計算；而傳統的衛星影像以幾個月來計算，傳統航空影像以幾周來計算。④無人機具備無法比擬的靈活性，用戶可以根據需要參與到無人機航拍采集的過程控制，使得產品更加貼近用戶要求。

無人機低空遙感測繪技術可以高效率的完成土地整治工程的輔助規劃設計及監測監管任務，可以在一定程度上減少國家的經濟花費。

3 微型無人機遙感技術在項目監管中的應用流程設計

3.1 監測程序

遙感監測工作流程如圖1所示。

圖1

(1) 數據獲取。明確監測任務后，首先需要獲取兩方面數據：①地方提交項目基礎材料，包括設計報告、現狀圖、變更后的規劃圖。已竣工子項目在提供上述資料的基礎上還需提供竣工報告和竣工圖。②遙感數據。根據規劃設計圖提取的范圍，組織無人機航拍，根據監測重點航飛分辨率設計為0.10～0.20 m之間。

(2) 內業解譯。按照“工程建沒建、位置準不準、數量夠不夠”的監測思路，分別在遙感影像上提取與規劃圖(竣工圖)不吻合的新增耕地、溝渠和田間道路等疑似未建成工程，據此分析子項目的建設情況。在此基礎上，以子項目為單位，形成疑似問題遙感監測報告、疑似問題遙感監測圖、疑似問題核實表，將其反饋給省(市)級土地整治機構。

(3) 疑似問題實地核實舉證。省(市)級土地整治機構組織有關市縣對疑似問題進行實地核實、拍攝舉證照片、收集舉證材料并填寫疑似問題核實表，將核實成果提交國土資源部土地整治中心或省級土地整治機構。

(4) 復核舉證材料。上一級土地整治機構復核地方提交的核實成果，并分為三類處理：一是“確認完成類”，即舉證材料依據充分，任務實地確認完成；二是“存在問題”類，即舉證材料依據充分，實地工程確認不存在；三是“待核實”類，即舉證材料依據不充分，情況依然不明確。

(5) 對接遙感監測結果。國土資源部土地整治中心與省級土地整治機構或者省級土地整治機構與市(縣)級土地整治機構當面對接復核結果，明確核實結論。

(6) 實地抽查。國土資源部土地整治中心會同省級土地整治機構或省級土地整治機構會同市(縣)級土地整治機構針對確認的待核實類問題進行實地抽查。

(7) 反饋監測結果和整改意見。

3.2 圖件預處理

圖件預處理包括基礎圖件預處理和無人機航拍影像預處理。

基礎圖件預處理包括：數據格式、圖層、坐標系等統一預整理工作；同時為了內業解譯時相互判圖方便，把矢量的基礎圖件轉換輸出為柵格圖件，并進行相應的柵格圖件校正工作。

3.3 遙感解譯和疑似問題的提取

采用人機交互目視解譯法，利用專業軟件對竣工圖、規劃圖、現狀圖和無人機遙感影像底圖的土地整治相關工程要素進行對比分析，提取相互之間一致和不一致要素，分別保存為兩個文件，并進行屬性錄入和數據整理匯總工作。

基礎圖數據工程要素，一部分在對比圖件(如規劃圖、遙感影像圖等)上存在，一部分在對比圖件上不存在，需將該工程要素(如溝渠)分別記錄。核查完成以后，需重新統計工程要素的長度或面積。

3.4 遙感監測成果及發現的疑似問題

通過對陜西、山東、海南、廣西等幾個省份土地整治項目區實施無人機遙感，提供國土資源部土地整治中心及地方的遙感監測成果、經實地復核發現存在主要問題分別列舉如下。

3.4.1 遙感監測成果

(1) 基礎數據成果：包括子項目區配準后的現狀圖、規劃圖、竣工圖。

(2) 遙感影像成果：包括糾正后的影像圖、控制點成果等。

(3) 遙感監測成果：包括遙感解譯數據庫、遙感監測圖、疑似問題匯總表等。

(4) 實地核實成果：包括野外核實疑似問題匯總表、外業核查報告、證明材料等。

3.4.2 無人機遙感在土地整治項目監管中發現的問題

(1) 前期基礎工作問題。

(2) 規劃設計不合理(通過規劃設計圖與施工前影像圖對比)。

(3) 工程數量未達標，未按規劃設計工程施工。

(4) 工程質量未達標，工程施工未達到設計標準。

(5) 竣工圖與現狀數量和性質不符、精度不達標(竣工圖與竣工后影像圖對比)。

4 總結與建議

微型無人機遙感技術貫穿土地整治項目實施始終，可用于輔助規劃設計、監測施工進度、監測施工質量及輔助竣工驗收，尤其是在對工程質量和數量進行直觀的監控方面，無人機低空遙感技術為土地整治監測監管提供了最佳途徑。國土資源部土地整治中心研發了土地整治綜合監測監管平臺，需整合施工前、施工后遙感影像及現狀圖、規劃設計圖、竣工圖等圖件數據，結合其他土地整治專題信息，為各級土地整治管理部門及時準確提供監測/監管信息，起到了很好的示范和后監管效果。根據以往監測的結果和發現的問題，為規范土地整治項目管理行為，建議敘述如下。

4.1 施工前采用無人機獲取項目區高分辨率遙感影像

4.1.1 輔助規劃設計

現階段土地整治規劃設計利用二調土地利用現狀圖、結合野外調查和野外測繪編制而成，受比例尺(二調圖為1∶1萬比例尺)和全野外測繪精度影響，有的土地整治現狀圖測繪粗糙、地類調查錯誤，造成規劃設計不合理甚至出現差錯情況。利用無人機高分辨率遙感影像圖(DOM)疊加土地整治現狀圖進行輔助設計，可有效提升規劃設計的真實性、可靠性。

4.1.2 測繪土地整治專題圖(DLG)

利用無人機攝影測量與遙感技術，結合野外調查和少量控制點，可在室內測繪土地整治專題圖，減少勘測成本、縮短成圖周期，提升現狀圖編制及設計質量。

4.1.3 優化施工設計

傳統的施工設計采用的土地整治專題圖利用二維圖形符號表達耕地、路、渠、溝等整治工程的分布很不直觀，制約了設計的效率提升，影響到了設計的合理性。利用航測數字高程模型(DEM)和遙感影像圖(DOM)疊加，形成真實三維模型，可有效地將三維可視化技術應用于土地整治項目的輔助設計中。

4.1.4 工程資金的預測算

土地整治工程量是編制工程預算的基礎數據資料，計算工程量是按照設計圖紙上的幾何尺寸計算工程數量，除設計圖紙上已列工程量進行復核計算外，有些工程量如構造物的挖基支護與排水等，需結合工程實際情況進行計算確定。土地整治工程施工前利用無人機低空高分辨率影像可以重建整治前的高精度三維模型，對比規劃設計圖，可初步預測工程土石方量，有利于工程資金的預測算，方便工程審計、評價與決策。

4.2 竣工后獲取項目區高分辨率遙感影像

4.2.1 項目管理需要

傳統的項目驗收通過竣工圖和竣工驗收報告來實現，竣工圖由建設單位組織，是真實反映現場實際施工情況的技術文件，是對工程進行交工驗收、維護、改建、擴建的依據，是項目驗收的重要技術檔案，也是工程項目結算的重要依據。但由于某些地方單位未按設計施工或不按現場實際出竣工圖的情況時有發生，造成項目無法真實驗收。利用微型遙感技術無人機可直觀統計項目竣工后工程量的質量和數量，檢查竣工圖的真實性，可有效震懾項目管理過程中出現的違法違規行為。

4.2.2 監測監管需要

利用施工前、竣工后影像與現狀圖、規劃圖、竣工圖比較，更加有效直觀地實現“工程建沒建、位置準不準、數量夠不夠”的監測思路，利用無人機航測衍生產品，可精準測算工程土石方平整量及工程挖填方的工程量，有助于工程監理、資金結算等工作。

4.2.3 輔助評價決策需要

結合竣工后的遙感影像，對土地整治工程成效和影響進行綜合評估，為國家和地方制定土地整治總體規劃和實施方案提供宏觀信息支持。

5 結 語

隨著2015年千米以下低空空域的有序開放和通用航空法律法規的逐步健全，無人機低空遙感平臺的高機動性、低成本、小型化、專用化的應用空間更加廣泛。微型無人機將廣泛應用于土地整治動態監測，尤其對車輛、人員無法達到的生態環境保護、土地復墾等地區，微型無人機更具有獨特的優勢，微型無人機的推廣可以增強土地整治監測監管的綜合技術能力，并將在國土資源信息獲取與管理等領域的服務中產生重大的社會和經濟效益。

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Using Micro- UAVs for the Land Consolidation and RehabilitationProjects Supervision

XU Xiuyun,CHEN Xiang,LIU Baomei

(Beijing Veectory InterSpace Technology Ltd, Beijing 102628,China)

Combining the demand,application status and development trend for land consolidation and rehabilitation projects supervision in Land Consolidation Center, Ministry of Land and Resources,this paper analyzed the adaptability of the use of micro- UAVs in supervising on land consolidation and rehabilitation projects,and shared it’s procedures,methods of the application in land consolidation and rehabilitation projects supervision and problems discovered in remote sensing monitoring,then gave suggestions on improving and promoting the management methods and supervision approachs of land consolidation and rehabilitation projects by using micro- UAVs.

unmanned aerial vehicle(UAV)；remote sensing monitoring；land consolidation and rehabilitation；supervision

2016- 06- 16；

2016- 09- 17 作者簡介： 徐秀云(1971—)，男，高級工程師，注冊測繪師，主要從事攝影測量與遙感、無人機行業應用及企業的經營與管理工作。E- mail：506534188@qq.com

陳 向。E- mail：8619376@qq.com

徐秀云，陳向，劉寶梅.微型無人機助力土地整治項目監管[J].測繪通報，2017(3)：86- 90.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0091.

P23

A

0494- 0911(2017)03- 0086- 05