無人機測繪技術在自然資源監測項目中的運用探析

陳 靜

（青島信達勘測有限公司，山東 青島 266600）

自然資源的有效監測和管理對于保護生態環境、優化資源配置、實現可持續發展至關重要。然而，傳統的自然資源監測面臨人力和時間成本高、數據獲取精度低等挑戰。隨著無人機測繪技術的快速發展，其應用在自然資源監測項目中越來越受到關注。無人機測繪技術除了測繪范圍廣泛之外，還可以實現實時數據傳輸、視頻傳輸和實時遙控等雙向通信應用，促進精準互動和信息共享。

1 無人機測繪技術概述

無人機測繪技術是指利用無人機作為載體，通過懸掛測繪設備，利用無人機的飛行特點和遙感技術，對地表、地形、建筑物等進行測繪和數據采集的一種技術。無人機測繪技術具有高效快速、安全可靠、高精度精準、多維數據采集等多個特點，近些年在各行各業得到了廣泛應用。例如工程測繪、土地規劃、環境監測、地理信息系統等領域，無人機測繪技術的運用大大提高了測繪工作的效率和精度，為人們提供了更好的地理信息支持。

2 無人機測繪技術在自然資源監測項目中的優勢

2.1 監測范圍廣泛

傳統的自然資源監測通常受到地理環境和人力資源的限制，一些山區、森林、河流等遙遠或難以進入的地區往往很難實施監測活動。然而，無人機具有靈活性和適應性，可以快速飛行和懸掛專業設備，從而使得監測范圍更為廣泛。無人機可以通過低空飛行獲取大范圍的地表數據，提供更全面的監測視角。在山區、森林等地區，無人機可以在崎嶇復雜的地形中穿行，獲取難以獲得的地理信息。

2.2 信息采集迅速

無人機的高效快速特點使其可以在較短的時間內獲取大量的數據，尤其是搭載高分辨率相機、激光雷達等傳感器時，可以提供細節豐富的地表圖像和三維模型數據。同時，無人機可以進行自動化的飛行計劃和路徑規劃，以最優的方式采集地理信息。這種迅速的信息采集能力有助于及時獲取關鍵數據，進一步支持資源監測工作。

2.3 數據安全性較高

傳統的自然資源監測方式可能需要人工操作進入現場，存在一定的風險。例如，在監測大動物遷徙時，傳統的人工方法可能會對動物造成干擾。而無人機操作人員可以通過遙控設備在遠程控制無人機，不需要直接接觸監測區域，從而降低了人員風險。此外，無人機操作人員可以遵循強制的安全操作規范和飛行程序，降低了事故和數據泄露的風險，這使得無人機測繪技術在數據安全性方面具備較高的保障[1]。

3 無人機測繪技術的應用流程

3.1 需求確認和規劃

在這個階段，需要明確自然資源監測的具體需求和目標。確定監測的范圍、要素和數據類型，例如監測森林覆蓋率、土地利用變化、水域面積等。同時，制定詳細的監測計劃，包括監測頻率、監測時間和監測區域。

3.2 飛行計劃和任務準備

根據監測計劃，制定無人機的飛行計劃。確定飛行區域范圍和邊界，選擇適當的飛行高度、速度和航線。同時，進行任務準備工作，包括檢查無人機設備和傳感器、充電電池、存儲介質等，確保飛行任務的順利進行。

3.3 實地飛行和數據采集

根據飛行計劃，進行實地飛行并進行數據采集。遙控無人機執行飛行任務，搭載的傳感器會根據需要采集地表數據，例如高分辨率影像、激光雷達點云等。同時，可以使用導航系統和定位設備對無人機進行定位和姿態控制，確保航線的準確性和數據采集的可靠性。

3.4 數據處理和分析

飛行完成后，將采集到的數據進行處理和分析。首先，對數據進行校正和配準，以提高數據的精度和質量。然后，根據需求進行進一步的數據處理，如生成正射影像、數字地面模型（DEM）、數字地表模型（DSM）、三維模型等。可以使用專業的軟件和算法進行數據處理和分析。

3.5 結果呈現和應用

根據監測項目的需求，將處理好的數據進行結果呈現和應用。可以制作地圖、圖表、報告等形式，展示監測結果。利用這些結果進行資源管理、環境評估、規劃決策等工作，同時也可以與其他地理信息系統（GIS）數據進行集成和應用。

3.6 數據管理和保存

對測繪數據進行整理、歸檔和保存，建立相應的數據庫系統或云存儲系統，確保數據的長期可用性和安全性。保留原始數據和處理后的數據，以備后續分析和應用使用。

4 無人機測繪技術在自然資源監測項目中的運用

4.1 航攝像控點的制作以及布設

航攝像控點是用于定位和精確校正航拍影像的關鍵要素之一，因此需要合理地進行制作。監測人員可以通過全球定位系統（GPS）和網絡實時動態定位技術（Real-Time Kinematic，簡稱RTK）進行精確測量并獲取控制點的坐標。同時還可以根據監測區域的具體要求，將控制點的坐標標記在實地地面上。通常要求控制點在監測區域內均勻分布，并避免在遮擋物上布設。

在航攝像控點布設方面，航攝像控點的布設是將控制點的坐標轉化為實地地面的標記點，并確保攝像機能夠準確捕捉到控制點。監測人員需要根據控制點的坐標，在實地地面上進行標記，布設材料可以選擇使用永久性標記物如金屬釘或人工構建標志物等。在布設控制點后，需要對其進行目視驗證，確保標記點與實際控制點坐標一致，并確保其可見性和清晰度，在此過程中要避免控制點受到遮擋或容易被誤識別。

在航攝像控點的制作和布設方面，還需要注意一些事項。一方面是控制點的數量，根據測繪精度要求，控制點的數量需要足夠密集，通常要求至少三個的控制點用于精確定位和校正。另一方面是控制點類型選擇，根據監測區域的地質條件，可以選擇適合的控制點類型，例如植物標志物、人工構建標志物等。此外，還需要注意控制點的穩定性，確保控制點的穩定性和持久性，防止受到地質變化、環境干擾等因素的影響[2]。

4.2 形成符合自然資源監管的數據服務能力

無人機測繪技術在自然資源監測項目中的運用需要形成符合自然資源監管的數據服務能力，這樣才可以保證得到全面準確的自然資源數據。

一是高分辨率影像數據獲取，利用無人機搭載的高分辨率相機，可以獲取具有細節豐富度的航拍影像數據。這些影像數據可以用于監測植被覆蓋、土地利用變化、森林資源等自然資源的狀況。數據服務能力包括提供高質量的影像數據，支持自然資源的實時監測和分析等。

二是三維地圖和模型生成，無人機搭載的激光雷達傳感器可以獲取地表的高精度三維點云數據。通過對這些數據進行處理和分析，可以生成精確的三維地圖和模型。這些三維數據可以用于資源量化、地形分析和環境模擬等。數據服務能力包括提供精確的三維地圖和模型數據，支持自然資源管理和規劃。

三是生態環境監測，無人機可以搭載傳感器，如熱紅外相機、氣象傳感器等，用于監測生態環境的溫度、濕度、氣象條件等因素。通過實時監測和收集數據，可以進行生態環境評估、物種保護和生態修復等工作。數據服務能力包括提供實時的生態環境數據和分析結果，支持自然資源的保護和管理。

四是地質災害監測，無人機可以用于地質災害的監測和預警，如山體滑坡、泥石流等。搭載的傳感器可以獲取地表的變形情況和相關的地質數據。通過實時監測和分析，可以提前預警和采取措施，減少地質災害的風險。數據服務能力包括提供地質災害監測數據和預警信息，支持自然資源的安全管理。

4.3 歸口管理空間定位服務與空間關系表達

在空間定位服務方面，監測人員可以利用無人機搭載的定位系統和傳感器，實現高精度的空間定位服務。通過GPS、慣性導航系統和視覺定位等技術，獲取無人機的時空坐標信息，并將其與攝影測量技術相結合，提供精確的地理定位服務。這種空間定位服務在自然資源監測項目中可以用于標記和定位監測點、監控區域范圍等，為后續的地理數據處理和分析提供基礎[3]。

在空間關系的表達方面，無人機測繪技術能夠通過獲取高分辨率的航拍影像數據，對自然資源的空間關系進行表達和分析。通過圖像處理和地理信息系統（GIS）技術，可以提取地物的位置、形狀和空間分布等特征，進而推斷其空間關系，如相交、包含和鄰接等。空間關系的表達可以為自然資源的監測、評估和決策提供支持。

監測人員可以將無人機測繪技術獲取的數據通過地圖、圖表和報告等形式進行空間可視化展示。通過空間可視化，可以直觀地展示自然資源的空間特征、分布情況和變化趨勢。這種可視化展示可以方便資源管理者和決策者對自然資源進行直觀性的理解和分析，提高所獲得空間數據的應用價值。

4.4 面向多形態自然監管項目進行路線算法優化

以往無人機在采集自然資源監測項目圖斑影像的時候，經常會出現飛行時間過長、圖斑影像冗余量過大等問題。這就需要監測人員面向多形態自然監管項目進行路線算法的優化，提升無人機測繪技術的監測效率。

無人機測繪技術可以利用無人機快速靈活的特點，根據不同的監測目標選擇合適的飛行路線和高度，降低監測成本，提高工作效率。同時，采用多傳感器融合技術，提高數據采集的準確性和完整性。例如，在地質災害監測中，可同時使用光學相機、激光雷達等設備，獲取地表形態、地形高程等多維度數據[4]。

此外，在自然資源監測項目中，監測人員還可以基于人工智能和機器學習算法，對無人機采集的數據進行智能分析，自動識別異常信息，為自然資源監管提供智能化支持。

4.5 人工解譯對比減少數據不準確的問題

在進行數據采集和準備時需要利用無人機搭載的遙感設備，同時對采集到的高分辨率影像數據進行預處理和準備，包括去除噪聲、校正影像、影像拼接等。這樣可以確保影像數據的質量和一致性，以便進行后續解譯對比工作。在進行人工解譯對比之前，需要進行實地考察和調查，這可以幫助了解監測區域的實際情況，標記出一些重要的地物、地貌特征等。其中，與實地調查相結合的地方知識和專業領域專家的意見非常重要[5]。

監測人員需要根據監測項目的要求和目標，利用專業的遙感軟件或圖像處理工具，對采集到的影像數據進行解譯。根據需要，可以使用地物分類算法、目標檢測和像元分析等技巧。與其他時間點的影像進行對比，可以觀察和分析相應地區或地物的變化。

在解譯對比完成后，需要進行校正和驗證工作。校正工作可以借助實地調查和采集的實地控制點，或者通過與其他高精度數據源（如GIS 數據）進行對比來驗證結果的準確性。錯誤或不準確的解譯結果需要進行修正和調整，減少數據信息的誤差。

需要注意的是，人工解譯對比需要結合專業知識和領域知識，解譯人員需要具備相關的背景和經驗。另外，監測人員和解譯人員還應密切地與實地調查、領域專家和其他技術專家合作。

5 結語

綜上所述，無人機測繪技術作為一種高效、安全、精準的數據采集工具，在自然資源監測項目中發揮著重要的作用。其廣泛的監測范圍、快速的信息采集能力和數據安全性的優勢，為自然資源的管理和保護提供了新的途徑和手段。加強無人機測繪技術的運用，能夠進一步提升自然資源監測項目數據的準確性和全面性，為自然資源的監測提供更全面、準確和可靠的信息支持。隨著技術的進步和應用的深入，無人機測繪技術在自然資源保護和管理領域的作用將持續擴大，并對未來的資源監測工作產生深遠影響。