無人機遙感在土地管理中的應用進展

邵盈鑫 李純斌 蘇桃

摘要：無人機遙感是土地資源領域新興的研究方法。與傳統的遙感相比，具有成本低、分辨率高、時效性高等優點，這些優點使無人機遙感應用于土地資源管理領域。文章首先對無人機遙感平臺及其研究方法進行了介紹，在此基礎上，對無人機遙感在土地管理中的應用和發展進行了總結分析，發現無人機遙感在基礎測繪和土地利用現狀調查方面應用廣泛，最后對無人機遙感在土地管理中所存在的問題進行了探討，并對其在土地管理中的發展前景進行了展望。

關鍵詞：無人機遙感;土地資源;基礎測繪;土地利用

無人機遙感技術將無人機與遙感技術相結合，以無人機（Unmanned Aircraft Vehicle）為載體，在無人機上安裝各種遙感傳感器和拍攝裝置，通過無人機來獲取地面數據。與傳統的衛星遙感技術相比，無人機輕巧靈活，可以快速地獲取無人機遙感圖像，具有高時效性、高空間分辨率和小比例尺等特點，并受大氣狀況影響較小，彌補了衛星遙感影像易受云影響的不足。與有人機遙感技術相比，無人機遙感技術成本低，不需要大量的人力，所以逐漸在土地資源管理領域中被廣泛應用。

一、無人機遙感平臺及其研究方法

隨著無人機、微型計算機、多光譜和高光譜設備以及數字攝影測量技術的發展，使得無人機遙感平臺日趨完善。無人機在運動的過程中由于平臺向前運動可能會引起圖像模糊，由于飛行高度的變化對影像的分辨率產生影響，會造成正射校正問題和圖像重疊不足的幾何失真問題，由于飛行過程中的光照不同可能引起光譜反應，這些以及其他的因素都可能造成影像的質量不佳，為此Whitehead和Hugenholtz對這些問題進行了詳細的描述。在獲取遙感信息時必須1.在飛行計劃的背景下考慮最佳的做法;2.檢查校正相機、傳感器的配置;3.飛行中數據收集;4.地面控制、輻射校正;5.幾何和大氣校正;6.正射校正和圖像鑲嵌;7.提取遙感應用的相關信息。其中，1.和2.是飛行前的規劃，3.和4.是在現場進行的調查，5.～7.是調查后的任務，這些方面對數據的收集和處理至關重要。

二、無人機遙感在土地管理中的發展現狀分析

（一）基礎測繪

傳統意義上的基礎測繪一般采用常規航空遙感或衛星遙感的方法來獲取地面的基礎地理信息。隨著無人機技術的發展，人們對地理環境的不斷認識和對測繪要求的不斷提高，使得無人機與基礎測繪聯系緊密。

1. 獲取影像資料。在使用無人機進行基礎測繪時，對測量區域的實際情況進行全面的調查，并根據實際情況設計實驗方案，如無人機遙感平臺搭建、飛行航線、控制點的選取等，平臺的選取可以通過試飛操作來進行。選取適宜的飛行方案，在實際飛行測量過程中，無人機會產生相應的偏角和幅度，因此在飛行期間，需要拍攝一定的圖像，來豐富后期三維影像的處理。

2. 數據的采集。根據收集對象的不同，無人機可以根據內部控制系統進行自我保護，若想要獲取內部存儲的信息，應獲取相應的訪問權限，有效地確保所收集數據的安全性;另一方面可以采用計算機遙控技術進行手動采集，根據基站采集的要求，有目的性地操縱無人機。

3. 環境的分析。無人機遙感技術不僅能夠滿足地塊平整的區域的航拍測量，而且能夠滿足在環境惡劣的情況下的低空飛行，同時保證獲取相應的數據，并進行準確的數據分析，有效地保證測量結果的準確性。因此，目前無人機遙感技術在環境監測、森林開發、礦山監測及農村建設中應用廣泛。

4. 數據處理。隨著計算機技術的不斷完善，無人機的處理圖像的方法逐漸多樣化，處理結果的準確性也不斷提高，目前應用較為廣泛的數據處理軟件有Agisoft PhotoScan、PIX4D mapper、PhotoModeler、iwitness、ContextCapture、Geomagic Wrap、MicMac、VisualSFM、lensphoto等。

5. 地籍測繪。地籍圖是地籍記錄的空間表示，可顯示土地的范圍，價值和所有權。地籍圖可以精確地提供地塊上的信息，是科學合理利用土地資源，展開土地調查工作的基礎。近年來，無人機作為一種快速、低成本的新工具，出現在地籍管理這一研究范圍中。在這一領域中，無人機促進了土地管理的進程并有助于確保土地使用權，利用高分辨率無人機可以生成地籍圖，提取和劃分地籍邊界。

6. 處理測繪中的突發事件。在高位崩塌、地震、泥石流等地質災害發生時，不能采取傳統的測量手段，傳統的測量手段不僅可能會對測量人員造成傷害，而且不能對災害情況進行實時監控。但是利用無人機遙感技術就能有效地避免上述情況，無人機可以深入災區，對其進行全天候的監測。目前，國內外的研究人員致力于開發性能好、作業時間長、功能齊全的無人機監測平臺。

（二）土地利用現狀調查

1. 土地管理動態監測。我國現階段土地經濟市場競爭激烈，相關執法部門監控任務繁重，因此在執法監督時，有關部門可以利用無人機遙感進行動態巡查和監測，根據無人機航片準確獲取土地信息數據并進行分析，對當地的建設提出建議，嚴厲打擊違法建設用地等情況。

2.植被數據監測。傳統的植被數據調查結果精度差、成本高、覆蓋面小，難以獲得大面積植被覆蓋情況。隨著3s技術的發展，無人機遙感技術有效的解決了這一問題，開發人員在無人機上配備了一系列傳感器，以獲取更加準確的地面信息，利用激光雷達、CCD相機、高光譜成像儀、熱成像儀、高分辨率相機、立體相機、斷層掃描儀等傳感器以提供更為精細的三維點云信息、植被覆蓋的色彩信息、植被冠層的全天候溫度監測，還可以獲取植被光譜信息、冠層參數、分支結構及分蘗數量等。

三、存在的問題及展望

（一）無人機數據的獲取與處理還存在技術上的挑戰

雖然無人機遙感技術廣泛地應用于土地資源管理領域，但無人機的操作方法，數據采集和數據處理方法與傳統的測量方法不同，研究人員在實踐中面臨很多技術上的挑戰。目前，無人機遙感技術在土地資源管理領域中的應用案例大都是基于拍攝的圖片來識別信息，信息較為單一，可能會影響研究的結果。近年來，大多數研究者利用無人機遙感獲取植被的冠層信息、植被參數的自然反演、植被的識別分類等，由于無人機搭載的傳感器較多，對無人機的載荷能力要求較高，并且有些傳感器涉及的參數較多，需要專業人士的分析，從而增加了人力成本。為了解決這些問題，研究人員可以嘗試提供簡單的開源無人機圖像分析軟件或方法，通過網絡平臺來提供更多詳細的案列，建立一套無人機遙感數據處理系統，通過輸入不同的參數，得到相應的結果。

（二）無人機在土地管理領域中的應用還需要進一步擴展

根據“數據國土”的新要求，利用無人機遙感技術監測和調查土地利用現狀的方法將得到廣泛應用。目前對于只有R、G、B三波段的低空航空攝影測量像片的計算機自動分類技術研究較少，特征函數也較少，這樣單純運用人工目視解譯進行土地利用現狀調查雖然正確率較高，但是需要大量的人力、物力，效率較低。希望將來能夠解決這一難題。

（三）無人機行業的管理規范并不完善

近年來，隨著技術的日趨成熟，無人機被廣泛應用于地理測繪、航拍、娛樂休閑等領域，由于無人機缺乏相應的管理規定，造成了現在無人機“滿天飛”的現象，這樣不但直接影響航空安全，而且通過加裝電子偵察、電磁攻擊等設備，還將會威脅我國的國防安全。目前，國外針對無人機操縱人員，飛行航線，飛行時間等方面進行了管控，但是相關的準則并沒有形成一個完整的體系，需要進一步完善，加強對無人機的監管，建立完善的無人機監控系統。

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*基金項目：甘肅農業大學學科建設基金（GAU-XKJS-2018—207）和（GAU-XKJS-2018—011）， 國家自然科學基金（31760693）。

（作者單位：邵盈鑫，甘肅農業大學 管理學院;李純斌、蘇桃，甘肅農業大學 資源與環境學院）