國土調查云無人機巡查數據處理關鍵技術研究與應用

張何欣

（大連市自然資源事務服務中心，遼寧大連 116000）

國土調查云是自然資源部依托大數據、云計算、“互聯網+”、“等保2.0”以及3S技術建成的自然資源管理工作平臺[1]，該平臺集成了自然資源領域多年份、多類別數據資源，由Web管理端、智能管理APP、在線監管APP共3個終端向用戶提供數據服務和技術支持。2019年12月，國土調查云2.0發布，該版本加入了無人機舉證功能，該功能統一了資源調查影像資料的拍攝標準，加入了安全可靠的加密方式，實現了飛行航線的統一規劃和飛行的自動化控制[2]。“國土調查云+無人機”的舉證核查模式在第三次全國國土調查中有著廣泛應用，極大提高了外業核查的效率并最大限度確保了數據的真實性[3-5]。由于缺少統一的無人機飛行目標數據處理標準，處理后的數據加載到國土調查云平臺后時常出現無法讀取的問題，結合實踐分析，其原因有兩點：一是數據結構未滿足平臺要求；二是數據制作工具選擇不當。為解決上述問題，切實提高無人機巡查數據處理的準確性，本文以大連市捷山園林班巡查數據處理為例，提出無人機巡查數據處理流程，并研究關鍵技術方法，為自然資源自動化巡查提供技術參考。

一、技術路線

按照國土調查云平臺有關要求，無人機巡查數據處理總體要求可分為3個方面： 數據輸入格式應為*.shp；空間參考應使用CGCS_2000；數據結構應具備“圖斑名稱”、“圖斑編號”、“圖斑面積”以及“行政區代碼”4個必要字段。根據數據處理的總體要求，本文擬定的國土調查云無人機巡查數據處理技術路線可分為3個部分，分別是數據預處理、數據一致性檢查和系統加載（圖1）。

圖1 技術路線

由圖1可知，數據預處理包含數據采集、格式轉換、坐標系轉換3個環節，該階段旨在統一多源數據的標準，為進一步處理打好基礎。數據一致性檢查重點在于檢查并修改空間數據存在的幾何、拓撲錯誤，并按照數據處理總體要求構建數據結構。系統加載階段即將上述兩個階段處理好的數據輸入國土調查云數據處理工具，并在Web管理端分發至外業工作人員，準備實施外業調查。考慮到數據無法加載的原因，數據處理成功與否主要取決于數據一致性檢查與系統加載兩個環節。

二、數據應用

為測試本文技術路線的可行性，將加載好的數據加載至國土調查云平臺，并通過Web管理端向外業工作人員分派任務，巡查作業選取在線監管APP作為無人機飛行控制軟件，該APP全方位支持*.gty格式文件，并能夠一鍵控制無人機的起飛、返航、降落，并具備航線規劃功能，可執行圖斑的查看、巡查、舉證拍照等多種任務。

1.研究區及數據概況

本文選取大連市捷山園作為研究區，該區位于大連市中山區與西崗區的交界處，南鄰八一路，園區面積約為1407.28畝，海拔約200米。巡查目標數據格式為*.kml，*.kmz，坐標系為WGS-84。經數據預處理環節，數據已統一成*.shp格式，空間參考為CGCS2000。

2.數據一致性檢查與系統加載

（1）幾何檢查及修改

在數據管理工具中選擇檢查幾何工具，重點檢查短線段、空幾何、不正確的環走向、不正確的線段方向、自相交、非閉合環、空的部分、重復折點、不匹配的屬性、不連續的部分和空的Z值共11項，確保空間數據集合正確，并生成幾何問題處理報告。經檢查，研究區數據無幾何錯誤。

（2）拓撲檢查及修改

由于拓撲檢查只能在Feature Dataset（要素集）中進行，因此需要在GIS平臺中構建“林業巡查數據庫.gdb”，并在其中創建一個要素集，空間參考與各圖層一致，建好后將所有*.shp加入該數據集，并建立拓撲，規則為“不能重疊”、“不能與其他要素重疊”。經檢查，未發現研究區數據拓撲錯誤。在實際操作中發現，原始數據中存在一些不合理之處，如兩個地塊之間出現不合理的連接，需要啟動編輯工具，應用“剪裁面工具”對數據進行修正，共修正不合理連接163處（圖2）。

圖2 拓撲檢查及修改

（3）數據結構修改

國土調查云外網工作平臺要求的輸入數據格式為*.shp，由于*.gdb中圖層的主鍵及默認字段與*.shp有差異，須將*.gdb圖層轉回*.shp，并去掉多余字段，在此基礎上構建滿足要求的數據結構（表1）。

表1 國土調查云外網工作平臺規定數據結構

為規范項目地塊管理，本文采用“行政區拼音首字母+下劃線+流水號”的方式對地塊編號，流水號可采用FID字段的值，如“GJZ_01”，即在GIS平臺的字段計算器編輯代碼：”GJZ”&”_”&[FID]，完成地塊批量編號。

（4）系統加載

將一致性檢查后的*.shp數據按照區域名稱命名，在國土調查云外網工作平臺下載通用任務數據制作工具安裝程序，業務類型選擇“通用任務”，坐標系與*.shp數據一致，生成國土調查云專用數據格式*.gty文件，并加載到系統（圖3）。處理后的數據符合巡查要求，可以作為巡查任務數據分發至外業工作人員。

圖3 系統加載數據正射照片

3.巡查飛行

將任務數據通過Web管理端分發至工作人員。按照研究區與巡查設備的實際情況，將無人機自動化巡查分為安全檢查、航線規劃、起飛、無人機拍照、無人機返回以及數據同步6個環節。每次飛行每個圖斑自動拍攝兩張照片，一張正射圖，一張斜拍圖并帶有舉證五要素：時間、坐標、人員、方位角、照片（圖4）。

圖4 無人機自動化巡查拍攝照片

外業數據采集后，移動端的信息會自動匯交至云端，并可在Web管理端查看該項目的元數據、巡查記錄、巡查拍攝圖片以及拍攝時無人機的位置，如管理員提出補充外業調查的要求，外業人員可及時補充，確保外業巡查任務保質保量完成（圖5）。

圖5 國土調查云Web管理端數據同步

本方法處理的數據不僅能為外業巡查提供目標，支持無人機自動化巡查，還可以為內業管理提供依據，各類數據（巡查目標地塊地理信息、無人機位置信息、外業圖像信息）在國土調查云Web端集成，實現了內外業一體化，極大提高了自然資源巡查工作成效。

三、結語

本文提出了無人機巡查數據處理流程，研究了關鍵技術方法，切實解決了國土調查云平臺加載無人機巡查數據時出現無法讀取數據的問題，并利用國土調查云無人機自動巡查功能在大連市捷山園地區開展林班巡查實地測試，實踐表明，本文提出的技術路線能夠滿足無人機自動化巡查的需求，該方法能夠為自然資源巡查工作提供有效的技術支撐。