現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用

（廣東經(jīng)緯工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州市，510030） 李永潔

糧食問(wèn)題關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，我國(guó)是人口大國(guó)同時(shí)也是糧食消耗大國(guó)，對(duì)于糧食生產(chǎn)十分重視。2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于建立糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)未來(lái)一段時(shí)期我國(guó)糧食生產(chǎn)工作做出了重要指示和戰(zhàn)略部署，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了關(guān)于“藏糧于地，藏糧于技”的相關(guān)戰(zhàn)略理念，《意見(jiàn)》內(nèi)容與《國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃》等相關(guān)文件內(nèi)容具有高度契合性，由此高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與國(guó)家長(zhǎng)期糧食生產(chǎn)建設(shè)融為一體。而高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的質(zhì)量，決定于農(nóng)田的精度和現(xiàn)代化水平，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，可以解決農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工放樣、竣工驗(yàn)收等階段的問(wèn)題，提高項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量。

1 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中應(yīng)用價(jià)值

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是通過(guò)對(duì)土地進(jìn)行整治和規(guī)劃再建，形成產(chǎn)量穩(wěn)定且可觀的農(nóng)田，農(nóng)田具備生產(chǎn)便利、設(shè)施齊備、成片集中、抗災(zāi)性強(qiáng)等特點(diǎn)。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目中包含了農(nóng)田規(guī)劃與調(diào)整、田間道路建設(shè)、農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、綠化項(xiàng)目建設(shè)等工作，在建設(shè)前需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行調(diào)研分析，地理?xiàng)l件和建設(shè)需要進(jìn)行區(qū)域劃分、定點(diǎn)、空間布局規(guī)劃等，在建設(shè)施工時(shí)需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)所建設(shè)的項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量放樣，竣工后需要再次定位、測(cè)量判斷建設(shè)效果，并且相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行搜集和建檔便于后期管理，在項(xiàng)目投產(chǎn)過(guò)程中，需要不定期使用測(cè)量技術(shù)對(duì)農(nóng)田或相關(guān)工程項(xiàng)目的規(guī)格參數(shù)進(jìn)行考察，判斷是否存在變形、損壞等問(wèn)題或者風(fēng)險(xiǎn)，并提供處理或優(yōu)化依據(jù)。

2 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)常用類(lèi)型與應(yīng)用特點(diǎn)

目前測(cè)量技術(shù)的類(lèi)型較多，有部分傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)仍在使用，也有基于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)下的改良型技術(shù)產(chǎn)生，還有新興測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，但整體上呈現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化和綜合性的發(fā)展趨勢(shì)。目前主流的測(cè)量技術(shù)多以遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、無(wú)人機(jī)（UAV）為基礎(chǔ)，通過(guò)多樣化的技術(shù)和設(shè)備搭配提升測(cè)量效率和效果。

2.1 GPS測(cè)量技術(shù)

GPS（全球定位系統(tǒng)）在現(xiàn)代測(cè)量中的具有重要價(jià)值，以GPS為基礎(chǔ)有較多的測(cè)量應(yīng)用類(lèi)型。一般情況下，該技術(shù)以信號(hào)接收器為基點(diǎn)，通過(guò)連接多顆衛(wèi)星，接收來(lái)自不同衛(wèi)星的載波相位波頻，計(jì)算所接受波頻的位置，并根據(jù)相應(yīng)衛(wèi)星的位置信息計(jì)算出較為準(zhǔn)確的地面坐標(biāo)，再通過(guò)不同坐標(biāo)之間的距離計(jì)算便可得出受測(cè)目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)。基本原理如圖1所示。

圖1 GPS技術(shù)基本原理

GPS 測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用中具有的特點(diǎn)包括：①測(cè)量速度快。GPS測(cè)量時(shí)在接收衛(wèi)星發(fā)出的載波時(shí)即同步計(jì)算坐標(biāo)，載波傳輸?shù)乃俣扰c光速相近，且依靠計(jì)算功能進(jìn)行同步對(duì)比與計(jì)算，不需要中間操作過(guò)程，因此整個(gè)過(guò)程消耗的時(shí)間很短。如果地面所設(shè)的接收設(shè)備足夠多，可以對(duì)測(cè)量標(biāo)的進(jìn)行一次性測(cè)量。如在RTK技術(shù)的支持下，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)測(cè)量，實(shí)時(shí)獲取工程周期內(nèi)變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)于工程建設(shè)中的技術(shù)控制和風(fēng)險(xiǎn)防控具有重要意義。②使用便捷。GPS所需要的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，工作人員僅需要設(shè)置接收設(shè)備并進(jìn)行調(diào)試，確定各項(xiàng)參數(shù)的合理性即可開(kāi)始測(cè)量，在完成初步工作之后，只需要開(kāi)關(guān)運(yùn)行便可完成測(cè)量，受天氣、時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響很小，且利用預(yù)設(shè)程序自動(dòng)完成測(cè)量和計(jì)算，從終端輸出信息，對(duì)人工需求也低，加快了測(cè)量速度。③測(cè)量結(jié)果可靠。以GPS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)的測(cè)量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍快速測(cè)量，并且多顆衛(wèi)星同時(shí)參與定位測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的有效修正，在科學(xué)的計(jì)算程序保證下，計(jì)算的結(jié)果也更加有保障。④實(shí)用性強(qiáng)。從現(xiàn)有的GPS 測(cè)量經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)固有屬性分析，GPS 測(cè)量技術(shù)不僅可以用于工程本身的測(cè)量，還可以對(duì)周邊的地質(zhì)環(huán)境、水文情況等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估災(zāi)害的危害程度和影響范圍。

2.2 無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是基于傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)的一種創(chuàng)新和補(bǔ)充。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是基于“無(wú)人機(jī)”載體工具的一種測(cè)量技術(shù)種類(lèi)，包括攝影測(cè)量和遙感測(cè)量等，無(wú)人機(jī)作為測(cè)量工具，搭載包括高清攝像機(jī)、高光譜遙感裝置和相應(yīng)的輔助裝置，地面設(shè)置圖片和數(shù)據(jù)信息接收平臺(tái)以及無(wú)人機(jī)和測(cè)量設(shè)備控制端，由無(wú)人機(jī)進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域，在飛行過(guò)程中對(duì)區(qū)域內(nèi)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸導(dǎo)入平臺(tái)識(shí)別、記錄、分析和處理，通過(guò)科學(xué)計(jì)算獲得測(cè)量結(jié)果。無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)基本原理如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)基本原理

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中的特點(diǎn)包括：①技術(shù)含量高，可操作性強(qiáng)。無(wú)人機(jī)可以搭載多種測(cè)量設(shè)備，例如高清攝像頭、激光測(cè)量?jī)x器、紅外測(cè)量?jī)x器、紫外測(cè)量?jī)x器等，根據(jù)不同的測(cè)量任務(wù)和環(huán)境狀況合理配置儀器以確保任務(wù)完成，在獲取初始數(shù)據(jù)后傳輸至地面系統(tǒng)，經(jīng)深度計(jì)算和處理之后形成DEM、三維圖像模型、可視化數(shù)據(jù)等，并由終端直接輸出為成型文件格式，可應(yīng)用于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的各個(gè)方面。②應(yīng)用成本低。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)中移動(dòng)和損耗最為頻繁的是無(wú)人機(jī)機(jī)體，目前無(wú)人機(jī)生產(chǎn)和維護(hù)技術(shù)成熟，多數(shù)情況下僅需更換電池或依靠充電即可保證無(wú)人機(jī)的正常運(yùn)行，而相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)如數(shù)碼影像技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)等均為成型技術(shù)，基本不存在測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤或搭載適用故障的問(wèn)題，也不需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行布置，減少了人工消耗和設(shè)備成本。③精準(zhǔn)度高。無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行，也可以通過(guò)地面操作飛行，在基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)方面以高性能的測(cè)量設(shè)備為保障做到了數(shù)據(jù)信息的采集優(yōu)化，如有關(guān)鍵測(cè)量任務(wù)或測(cè)量數(shù)據(jù)異常，可操作無(wú)人機(jī)至目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)補(bǔ)測(cè)，彌補(bǔ)了測(cè)量中參數(shù)異常的缺陷。④受環(huán)境影響較大。無(wú)人機(jī)與地面控制平臺(tái)關(guān)聯(lián)，且受到續(xù)航時(shí)間的限制，需要在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，且基于無(wú)線遙控和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的影響，信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能因?yàn)殪F、山體、磁場(chǎng)而出現(xiàn)衰減，影響測(cè)量效果，此外無(wú)人機(jī)自身重量和通電等因素下，對(duì)于雨雪、高空氣濕度、大風(fēng)等條件也可能出現(xiàn)不同程度的不適應(yīng)表現(xiàn)。

3 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用思路的設(shè)定

在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目中，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用主要包括：①前期設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)目標(biāo)區(qū)域的考察，對(duì)目標(biāo)地區(qū)的地形地貌、水文等信息進(jìn)行搜集，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。②建設(shè)施工時(shí)的核實(shí)與監(jiān)測(cè)，通過(guò)現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行放樣，并按照既定的范圍和方向進(jìn)行施工作業(yè)，也為施工過(guò)程提供動(dòng)態(tài)測(cè)量，為監(jiān)理和施工管理提供評(píng)價(jià)參考，防范一些自然災(zāi)害。③竣工時(shí)核準(zhǔn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與前期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的差異，判斷工程建設(shè)的質(zhì)量。④竣工后運(yùn)行維護(hù)階段，提供農(nóng)田項(xiàng)目與周邊環(huán)境變化依據(jù)，判斷項(xiàng)目是否存在異變，對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲取作物生長(zhǎng)參數(shù)以判斷作物的健康度。

3.2 應(yīng)用要點(diǎn)的把握

3.2.1 準(zhǔn)備工作

開(kāi)展測(cè)量任務(wù)調(diào)研，做好人員、技術(shù)、設(shè)備的準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)測(cè)量工作計(jì)劃方案，預(yù)設(shè)無(wú)人機(jī)航線、測(cè)點(diǎn)、比例尺、高度等參數(shù)，其中無(wú)人機(jī)飛行高度的計(jì)算公式為：，其中h為無(wú)人機(jī)飛行高度，f為攝像鏡頭的焦距，GSD為預(yù)設(shè)的地面分辨率，m為相機(jī)的單像元尺寸。

3.2.2 測(cè)量?jī)?yōu)化

在影像的初步處理中，部分地物在顏色、形狀等特征上具有高度相似性，會(huì)導(dǎo)致常規(guī)分類(lèi)辦法無(wú)法有效完成影像分析和處理任務(wù)，可采取“最近鄰分類(lèi)法”進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的差值作為區(qū)分不同地物的主要指標(biāo)，該方法的主要流程見(jiàn)圖3所示。

圖3 最近鄰分類(lèi)法實(shí)施流程

3.2.3 圖像分類(lèi)提取與表達(dá)

依據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T2148）、《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》（GB/T30600-2014）和《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》（GB/T21010-2017）等，結(jié)合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)圖像信息進(jìn)行分類(lèi)，構(gòu)建分類(lèi)表達(dá)圖像，分類(lèi)體系構(gòu)建如表1所示。

表1 分類(lèi)體系構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)

3.3 應(yīng)用效果的保障

現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)充分考慮技術(shù)適用中的各類(lèi)影響因素，采取合理的綜合控制保障措施。一是要以國(guó)家相關(guān)規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，如《中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件(CH/Z 3003～2010)·低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》、按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GBIT l8314～2009）等相關(guān)文件。二是應(yīng)做好測(cè)量的基礎(chǔ)性工作，如設(shè)備的選型、調(diào)試和功能檢測(cè)，選擇載波相位差分技術(shù)（RTK）、連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）等保證技術(shù)水平，同時(shí)需要做好實(shí)地考察核實(shí)工作，降低測(cè)量偏差性。三是做好測(cè)量管理工作，建立與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目相匹配的測(cè)量管理和責(zé)任制度，提高測(cè)量流程中工作人員的積極性。

4 結(jié)語(yǔ)

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)對(duì)于地理?xiàng)l件和農(nóng)田前期規(guī)劃要求較高，需要依靠測(cè)量技術(shù)為相關(guān)工作提供支持，以滿足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田高精度、高科技含量的要求。結(jié)合現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，是基于科技條件下高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的必然選擇，在應(yīng)用過(guò)程中除了要重視相關(guān)技術(shù)控制之外，還需要注意對(duì)周邊環(huán)境的了解，并重視測(cè)量工作的細(xì)節(jié)管理和人員優(yōu)化，從多個(gè)方面保證高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)效果。