榆林市第三次全國國土調查無人機舉證飛控平臺

張 青 賀楓斐 ＊ 郭小雨

（1.榆林市自然資源和規劃局，陜西 榆林 719000；2.內蒙古大學，內蒙古 呼和浩特 010070）

加強“第三次全國國土調查”質量管理、保證調查數據成果真實性，是保障各級政府科學決策和人民群眾切身利益的實踐舉措，也是貫徹落實新發展理念、保證國家安全和經濟社會平穩健康發展的必然要求[1]。第三次全國國土調查工作時間緊任務重，作為三調重要環節外業核查舉證工作對于地形地貌復雜的榆林地區更是難點、重點工作，如何提高外業核查舉證工作效率顯得尤為重要。

1 舉證現狀及難點

1.1 傳統舉證現狀

榆林市地處北緯 36°57′～39°35′，東經 107°28′～111°15′，地域東西長 385 公里，南北寬 263 公里，國土總面積4.3 萬平方公里。地貌大體以長城為界，北部為毛烏素沙漠南緣風沙草灘區，南部為黃土高原的腹地，溝壑縱橫，丘陵峁梁交錯。 地勢由西部向東傾斜，境內海拔為1000～1900 米。第三次全國土地調查圖斑部分需要進行實地核查舉證，榆林市地域廣闊，圖斑總數較大，加之地形地貌復雜，影像質量不及平原地區，導致外業核查舉證圖斑數較其他地區更大。

舉證核查工作時間緊、任務重、要求高。 榆林市全市三調圖斑數總計251.57 萬個，全市需舉證圖斑數共計有77.61 萬，占比超過30%，平均每一個縣級區域需舉證的圖斑數量超過6 萬多個，前期主要通過手機端進行外業核查舉證。 以神木市為例，一天一組外業核查舉證人員平均完成27 個圖斑手機端舉證，手機核查舉證外業派出40 個組，核查舉證11.2 萬三調圖斑至少需104 天，加之天氣原因等特殊狀況，需4 個月之久，按照全國三調的時效要求遠不能完成工作任務。

1.2 傳統舉證難點

第三次全國國土調查圖斑除數量多外，還具有范圍廣、面積小的特點。 給外業核查舉證工作帶來諸多困難。

（1）地形因素限制。 榆林地形地貌復雜，山區交通不便利，手機端外業核查人員難以到達舉證現場，即使抵達現場后，還可能遇到圍墻阻擋、人為遮擋等困難，甚至存在人身安全威脅，手機端核查很難實現實地拍照舉證。

（2）手機端限制。 榆林市部分區域受下發影像質量所限，存在同譜異物，該類圖斑面積較大但地類多樣，手機端核查很難拍到完整圖斑，無法進行圖斑細化工作。 對于圖斑地類單一，如大范圍耕、園、林、草地、典型線物分類型舉證等，手機端核查很難拍到完整圖斑。

（3）人力、物力資金限制。手機端核查舉證方式需要一組外業核查人員開車前往實地一個圖斑一個圖斑地拍照舉證，單是前往現場耗費大量人力、物力，如果在山區將更加困難。 圖斑地處山高路遙，奔赴現場手機端拍攝核查舉證傳統調查方法存在高成本、低效率的弊端，無法適用于當前第三次全國土地調查的工作要求。

2 無人機舉證飛控終端實現

三調工作時間緊、任務重，如何通過技術創新提高調查效率成為三調亟待解決的問題。針對三調圖斑具有范圍小、分布廣的特點，通過對比分析研究，大疆無人機“御”Mavic 2 系列，具有智能避障、外形輕小、靈活輕巧、攜帶方便、操作簡單、安全穩定等優勢，若作為三調外業核查利器，性價比極高。 基于大疆SDK開發第三次全國國土調查無人機舉證飛控平臺，是完成無人機地面起飛、空中飛行并執行任務、返回目的地整個飛行過程的核心。

2.1 SHP 數據導入功能

第三次全國國土調查空間數據為SHP 格式，實現SHP 格式數據導入是飛控平臺首要任務。 通過內業轉換將三調圖斑轉換為無人機識別的圖形，在基于高德地圖開放平臺和谷歌瓦片圖上接入SHP 格式數據導入接口，采用高清衛星數據作為飛控底圖，在野外可準確查找定位圖斑，并且能夠對加載圖斑進行一系列操作。

2.2 自動規劃航線

根據無人機的巡航速度、續航時間、可控距離等性能參數，以及傳感器避障功能、舉證地區的地形特征等，結合外業核查舉證圖斑的空間分布和圖斑大小劃分拍攝任務并合理布局無人機單架次的飛行航線，主要采用沿著舉證圖斑的幾何中心線飛行、沿著舉證圖斑外接矩形長軸直線飛行兩種方式[2]進行航線規劃，盡量減少無人機往返飛行，以保證無人機的飛行安全。 外業核查工作人員選擇需要核查舉證的圖斑后，支持一鍵生成執行任務默認的航線。 飛行高度設計按照使用相機參數與地面分辨率要求進行。

2.3 失聯后自動飛行

榆林市受地形因素的影響，無人機在起飛后可能會立即失去信號，按照傳統無人機飛控，失聯后無人機將自動返回。 如在無信號控制范圍內，無人機無法完成三調舉證任務，舉證效率極差。 無人機舉證飛控平臺使無人機可在與遙控器失去信號聯系后按照原定任務執行三調圖斑的舉證工作，任務完成后，可選擇返回原地或另行區域自動降落。

2.4 實地舉證拍照

實地舉證拍照是國土調查成果進行內業判讀的重要依據，數碼相機控制系統由軟硬件組成，其主要功能要求如下： 具備自動控制與管理數碼相機的能力；記錄數碼相機曝光時刻照片的經度、緯度、高度、橫滾角、俯仰角、航向角等數據。無人機到達舉證圖斑后需對舉證照片拍攝正拍照片和斜拍照片至少各一張。 外業核查工作人員也可以自由添加和刪除拍攝點，并且調整每個點的細節參數。

根據無人機相機拍攝的焦距、水平及垂直角度等參數，以及位置和航高，計算舉證照片四至范圍和地理坐標，用于全國第三次國土調查舉證成果應用。

在任務執行完成之后，當次任務完整地在飛控平臺地圖上復現出來，并且可以查看每個圖斑拍攝的圖片，對拍攝舉證過的圖斑，飛控終端進行自動標記。

2.5 自動生成舉證數據包

無人機執行任務過程中，飛控平臺記錄了飛控參數。完成舉證返航后保證無人機舉證飛控平臺正常連接無人機，通過大疆api 獲取拍攝圖片，然后根據無人機舉證飛控平臺對飛行任務的緩存數據（照片信息包括舉證照片路徑、舉證照片編號，舉證照片拍攝范圍，拍攝點位置、拍攝時間、拍攝方向與角度等信息；無人機飛行信息包括無人機的飛行位置、高度、方向等飛行軌跡信息）生成對應的數據，迅速生成符合三調要求的舉證DB 文件，并通過校驗碼防止圖片在傳輸和導入過程中人為造假。最后通過標準接口輕松上傳至國土調查舉證及核查平臺。

2.6 安全措施

無人機舉證飛控平臺設計在飛機執行任務的過程中實時記錄飛機的位置，丟失信號后可通過該功能查到飛機丟失失信號位置。 為保障無人機的安全，無人機舉證飛控終端的同時設置了低電量返航功能，以確保無人機在低電量的情況下順利返航。

3 實現效果

3.1 手機舉證無人機舉證對比

實地調查每塊圖斑的地類、范圍等利用狀況，外業核查舉證是第三次全國國土調查工作的重要部分，也是保障國土調查成果真實準確的重要過程。通過對比手機端核查一天一組平均舉證圖斑30 個，而無人機飛控平臺核查一天一組平均舉證圖斑150 個，遠高于手機端舉證。 當前榆陽區借助無人機完成了31708個圖斑的舉證任務，其中大量舉證圖斑因山高路遙、人力難以到達而應舉未舉。無人機核查舉證一體化解決方案，改變了傳統低效、繁重的外業核查舉證工作，大大節省了勞動成本，為高時效、高質量地完成第三次全國國土調查工作打下了扎實的基礎。

3.2 無人機舉證優點

基于無人機舉證飛控平臺核查舉證方案，具有低成本、高效率的特點，可作為傳統外業調查及舉證的補充，是新技術應用的典范。

（1）效率提升顯著。 無人機舉證不受地形及地面交通影響，可從空中抵達人力難以到達的區域，對于位置偏遠、地處險峻、被人為阻隔的圖斑區域具有獨特的舉證優勢。 大疆“御”Mavic 2 系列無人機小巧便攜，單人攜帶執行任務同樣無壓力，并且大大降低了舉證成本。

（2）三調圖斑補充細化調繪。 對于面積較大但占多個地類圖斑，根據無人機核舉證照片，通過分析初次確定不一致圖斑的地類、范圍，進行三調圖斑細化調繪工作。

（3）范圍廣地類單一圖斑的外業核查舉證。 影像判讀，圖斑地類單一，如大范圍耕、園、林、草地等均可利用無人機進行外業調查舉證工作，響應國家“外業跑一次”的號召。

（4）一組照片舉證多個圖斑。 圖斑分布相對密集的地區，無人機舉證一個架次就可完成10 個左右圖斑的拍照舉證任務，整個過程僅需20 分鐘，是人工手機端舉證所不能及的。

（5）保證數據真實性。 數據的真實性是國土調查的生命線。 舉證時，至少有1 張正拍照片與1 張斜拍照片。 無人機可以調整靈活飛行角度和路線，彌補了在地面調查視角不佳、拍攝不全的缺點，同時能從不同角度反映周邊環境，準確反映土地利用現狀。 無人機還可將高精度的經緯度坐標寫入圖像中，有效驗證數據真實性。

4 經驗推廣

無人機技術可廣泛用于自然資源管理領，大大提高部門行政效率，如地災監測、土地執法、土地利用變化調查監測和地籍調查等方面。無人機的測繪數據可以為地質災害的排查提供數據支持；煤礦火燒區等人員無法到達區域，可通過無人機進行監測。