無人機航測技術在國土資源管理中的應用

曹 琴

（天水三和數碼測繪院有限公司，甘肅 天水 741000）

我國國土資源豐富，但是國土資源管理技術比較落后，效率低。在第二次全國土地調查時，使用的遙感影像分辨率偏低，因此對國土資源調查并不充分，然后每年都需要進行年度變更調查，對土地使用性質發生變化的地塊，重新進行屬性的賦值。在這過程中，可以發現部分違建建筑物，但是周期較長，執法難度較大，損失較嚴重。在全國農村土地承包經營權項目中，全國絕大多數企業將無人機攝影測量技術用于該項目中，獲取了我國農村地區高精度、高分辨率的正射影像成果，成為了重要的基礎數據。在第三次全國國土調查的時候，對于疑似圖斑外業舉證，也采用了無人機攝影技術，利用無人機獲取疑似圖斑的實地照片，通過在線傳輸到內業，內業圖斑核查人員對實地照片進行分析，對疑似圖斑進行定性。在“智慧城市”“數字城市”“實景三維中國建設”“美麗鄉村建設”等國家大型測繪項目中，都利用了無人機攝影測量技術。本研究主要對無人機攝影測量技術進行簡單介紹，結合實際項目，對無人機攝影技術在國土資源管理中的應用進行分析，有助于提升國土資源管理水平。

1 無人機航攝技術介紹

1.1 無人機系統組成

無人機系統組成大致可分為5個部分，分別是動力系統、地面站系統、飛控系統、任務載荷系統、通信導航系統。動力系統主要是為無人機提供能量，用來完成無人機的航飛任務；地面站系統負責數據采集前的航線規劃、任務提交，用于在航飛過程中無人機飛行狀態的監測和航飛成果質量的檢查；飛控系統主要負責無人機按照提交的任務進行有續飛行；任務載荷系統主要是根據不同需求搭載不同的數據采集設備；通信導航系統負責飛機在飛行過程中的定位，負責GPS信號等的發送與接收[1-3]。目前，主流的無人機都搭載高精度的定位系統，可以達到米級的精度，對于裝載了后差分或實時差分設備的無人機來說，定位可以達到厘米級，完全可以滿足絕大多數項目的需求。

1.2 無人機垂直攝影

垂直攝影是指飛行平臺搭載垂直向下的相機進行數據采集，這種作業方式效率高、精度可滿足部分項目需求。主要依據共線方程對數據進行解算，涉及到的主要環節有影像金字塔創建、特征點檢測與提取、特征點匹配與平差、像控點轉刺與平差、數字表面模型匹配與編輯、單張影像糾正、影像鑲嵌與輸出。

1.3 無人機傾斜攝影

傾斜攝影是相對垂直攝影來說的，是指在飛行平臺上搭載多臺影像傳感器，完成對地物多角度全方位的數據采集，生成測繪產品。常見的搭載的有大勢智慧的搖擺2鏡頭，飛盟的掃擺9鏡頭和主流的5鏡頭。其中5鏡頭常見的是由1個垂直鏡頭和前、后、左、右4個側視鏡頭組成，垂直鏡頭主要從頂部進行采集，側視鏡頭主要采集建筑物側面影像信息。基于傾斜攝影技術生產的成果主要為實景三維模型，傳統的4D產品可基于實景三維模型進行生產。實景三維模型生產主要的環節有多視影像聯合平差、多視影像密集匹配、密集點云生成、不規則三角網構建、立體白膜生產和紋理映射貼圖輸出，該技術較垂直攝影測量，生產的產品包含的信息更加豐富，精度更高，更能滿足人們對測繪產品的需求。

1.4 無人機生產4D產品流程

無人機生產4D產品的流程主要包括航飛之前的測區勘察、空域申請、航線規劃、數據采集、數據預處理、空中三角測量、4D產品、實景三維模型產品生產和成果分析應用，具體如圖1所示。

圖1 無人機生產4D產品流程

2 無人機在國土資源管理中的應用

本研究以天水三和數碼測繪院有限公司承接的一些國家、省市大型項目為例，對無人機技術在土地確權登記、房地一體確權登記、土地開發整治、土地利用動態監測、地質災害監測、美麗鄉村建設和罌粟種植巡查中的應用進行分析。

2.1 土地確權登記

土地確權登記是指對土地的所有權、使用權和其他權利進行確認和確定，并登記在冊。在我國農村，土地是以承包的形式劃分給農民的，農民在不改變土地性質的前提下，可以對土地根據自身需求進行使用。在第三輪土地確權登記的過程中，天水三和數碼測繪院有限公司使用了無人機攝影測量技術，對大面積的土地進行整體航拍，然后采集像控點，利用影像數據處理軟件，生成滿足精度需求的正射影像圖，然后結合ArcGIS軟件，按照坎子、道路等對地塊進行矢量化，將矢量化成果套合在影像圖上輸出，然后按照圖紙進行入戶確權登記。相比傳統的利用RTK進行地塊采集，效率大幅度提升，節約了大量的人力、物力和財力。對于國土資源管理來說，所有數據都有紙質版和電子版，留下了簽字的憑證，也便于對海量數據進行查詢與遍歷，提高了數據管理水平和服務質量。

2.2 房地一體確權登記

房地一體確權登記，傳統的作業方式是使用全站儀、RTK和卷尺，對房角點坐標進行采集，對房屋邊長進行拉距離，對于隱蔽點，利用周邊點位坐標進行交會解算，這種作業方式效率低、成本高、風險高，大量的外業工作，費時費力。隨著無人機傾斜攝影技術的出現與迅速發展，傾斜攝影測量已經被成功地應用于房地一體確權登記項目中。通過對任務區進行航拍，采集像控點用于控制精度，利用建模軟件自動化建模，利用三維裸眼采集軟件對模型進行采集，得到房屋矢量數據。這種作業方式將外業工作轉為內業，降低了工作的風險性，且和傳統作業方式對比，在精度滿足規范要求的前提下，效率也大幅度提升。河南省在頒發農村房地一體不動產證書的時候，率先將實景三維模型打印于證書上，更具有真實性。對于國土資源管理人員來說，擁有實景三維模型數據，可以更好地了解土地的使用情況，對于后期違建、礦建、改變土地使用性質的行為，可以更容易發現，更利于執法。

結合天水三和數碼測繪院有限公司承接的多個房屋拆遷項目，都是在拆遷前對拆遷區域進行傾斜攝影建模，獲得拆遷前的一手資料，有助于入戶調查，拆遷費用評估以及后續搶建情況說明，也有助于城市規劃部門更好地規劃土地資源。

2.3 土地開發整治

為了提升土地的質量，我國每年都在對大面積的土地進行開發與整治。無人機航測技術主要負責完成影像數據的航拍，然后利用航拍成果進行正射影像圖和數字線劃圖的生產。正射影像圖可以用來規劃線路，便于在開發整治的過程中少走彎路；數字線劃圖主要提供等高線和高程點，便于在整治前，對土方量、坡度等進行計算，然后估算成本費用以及工期，根據計算數據給出最優的實施方案，有助于提高工作效率，節約開支。整治完成后，基于數字化成果，有助于后期對土地進行動態管理[4]。

2.4 土地利用動態監測

國家每年都會對土地的性質進行核查，通過對2個時間節點的影像對比分析，找出土地使用性質可能發生變化的部分，被確定為疑似圖斑，下發到每個地方，然后通過實地舉證進行說明。在全國影像獲取方面，主要依靠高分辨率的遙感影像，在舉證的時候，可采用無人機從遠景、近景進行航攝，獲取土地真實使用性質的舉證圖片，用來對圖斑的用途進行說明。在國土三調外業舉證期間，對于部分困難地區，就采用了無人機舉證，有效的提升了外業效率，且減小了外業風險，提升了數據獲取的質量。對于國家部門核查圖斑人員來說圖斑證據更有利于對圖斑的使用性質進行定性[5]。

2.5 地質災害監測

地質災害每年頻發，嚴重影響著人們的財產和生命。地質災害發生具有隨機性、不定時性，采用傳統的人工核查，可能會對核查人員帶來安全隱患，尋求一種安全高效的核查方式迫在眉睫。利用無人機搭載垂直鏡頭可以獲取地質災害裂縫，但是不具有三維場景，不利于分析。近年來興起來的傾斜攝影技術和貼近攝影測量技術采集影像數據，利用三維建模軟件獲得實景三維模型，將模型導入第三方平臺，利用平臺中地質災害模擬的功能，對災害發生的誘因進行分析，從而對發生災害后帶來的損失進行評估。結合多期數據，監測裂縫裂開速度，監測災害點水平和垂直位移，盡早預測災害，撤離群眾，減少損失。專業人員對各種數據的深入分析，可以提高預測災害的成功率，將可能發生災害帶來的損失降到最低。

2.6 美麗鄉村建設

美麗鄉村建設作為國家一個大型項目，具有全國性的特點。每個地方對美麗鄉村建設需要做的任務并不統一，結合國家政策，可將無人機攝影測量技術用于美麗鄉村建設。無人機搭載攝影儀，可對鄉村風貌進行多角度攝影，將攝影成果制作為宣傳片，利用目前主流的媒體進行播映，可以對鄉村進行宣傳。無人機搭載非量測數碼相機，可對鄉村整體進行影像采集，對個別風景區、古建筑等具有代表性的建構筑物進行貼近攝影測量，然后多源數據進行融合建模，將建模成果對外展示，增加人們對鄉村的認識，提升鄉村的知名度。每年對鄉村進行建模，將建模成果保存下來，通過多年的數據，可以見證鄉村發展的腳步，有助于提升鄉村的厚重感。對于國土管理來說，基于實景三維模型，可以更好地對村莊進行規劃，提升整體規劃水平，促進農村建設的快速發展。

2.7 罌粟種植巡查

罌粟作為一種違禁品，是不允許種植的，但是為了金錢利益，種植罌粟的情況屢禁不止。我國國土資源豐富，管理本來就很困難，加上不法分子近年來，都在偏僻的地方進行種植，給執法又帶來一定困難。利用無人機攝影技術，通過從空中對地面進行低空攝影，執法人員可以通過視頻發現違禁品，并對此進行打擊；也可采用多光譜相機對地面進行拍攝，利用專業軟件對影像進行處理，分析各波段的差異來發現罌粟的種植，有助于執法人員精準執法；也可用于日常巡查，及早發現問題，將問題解決在萌芽之中。對于國土資源管理人員來說，可以更好地了解土地的使用性質，提升對土地資源的管理水平。

3 結束語

本研究對無人機系統的組成和攝影測量生產4D產品的流程進行了介紹，結合項目生產實例，對無人機航測技術在國土資源中的應用進行了深入分析，有助于提升國土資源的管理水平，具有一定的實用性。