無人機測繪技術在土地執法測量中的應用

鄭貴虎

（貴州省地礦局區域地質調查研究院，貴州畢節 551700）

0 引言

應急救援、土地規劃、資源開發等方面都涉及測繪工作，為獲得完整且準確的測繪結果，測繪技術十分重要。信息時代陸續出現了許多數字化測繪技術，如無人機測繪的優勢明顯，其靈活性、抗干擾性、便捷性較強，使其擁有較大的發展潛力。土地執法測量對減少違規用地、占地問題非常有效。當前，很多單位都開始用無人機測繪技術輔助土地執法測量，但在具體的實施中需根據測量區域情況，優化技術應用流程，合理設定參數。

1 無人機測繪技術在土地執法測量中的優勢

土地執法監管工作的難度較大，單純的人工監管方式面臨較多問題，可能存在監管不到位、效率偏低等情況。而無人機測繪能克服傳統人工工作的諸多不足，為相關部門監管土地違法行為提供技術支持。當前技術條件下，無人機控制、數碼航攝、影像處理等技術飛速發展，使無人機測繪技術的優勢更為明顯，應用范圍持續擴大。目前，土地執法測量中無人機測繪技術的優勢具體表現在以下方面。

1.1 快速高效

土地執法測量的目的是獲得違法用地面積的數據，利用無人機傾斜攝影測量能高效獲得相關數據。具體來說，無人機攜帶專業的測量攝影相機，在無人機飛行時精準獲取測量區域內的違法情況，得到相關數據、影像圖片等資料，這一過程中測量具有自動化特點，只需要設定好飛行路線等相關參數，幾乎不需要人工參與。土地執法測量中利用無人機開展外業測量時，操作員與無人機設備可同車前往，無需分開，因為無人機的拆卸、安裝相對便捷，到達測繪區域時有關人員能在短時間內完成組裝與調試，使無人機快速進入測量階段。無人機的體積、結構等對起降地點無嚴格要求，只需在平整的地面實施即可，操作便捷[1]。此外，無人機測繪時受天氣因素的干擾較小，能通過低空飛行得到違法地塊的清晰影像。航測得到影像數據后，再由專業軟件自動生成3D 模型。土地執法測量中無人機測繪技術的測繪效率較高，短時間內可得到完整的測繪數據、清晰的影像，為測繪、執法相關工作提供便捷。

1.2 性價比較高

目前，市場上有多種土地違法行為，如違規違建、非法占用耕地等，一般土地違法行為所在地區的地形條件復雜，且具有高度的隱蔽性，單純通過人工取證，很難獲得完整的信息，還會耗費較長的時間，而無人機測繪技術可有效解決這些問題，實現動態化監管土地違法行為[2]。無人機搭載專業化設備可自主巡查、主動測量被測區域的情況，當前無人機技術發展迅速，市場上陸續出現了多種型號和類型的無人機，這些無人機的性能、價格等各有差異，一次購買可多次使用，只要無人機在飛行過程中不出現重大飛行事故導致無人機損壞，幾乎不會產生額外的費用。因此，無人機在土地執法測量工作中擁有突出的成本優勢。

1.3 測量效果好

有關部門在進行土地違法調查取證時，必須獲得準確的違法用地面積數據，方便后續以此為基準開展監督與管控工作。傳統的航空攝影測量技術存在一定的劣勢，而無人機測繪技術發展到今天，顯然可以克服這些劣勢，無人機全方位可以快速拍攝所測區域，利用三維數據準確反映測區內的真實地貌。

2 無人機航測系統的組成

信息時代下無人機技術水平顯著提高，無人機在社會生產生活的方方面面都得到了應用。土地執法測量中引入無人機航測技術，不僅能完整地采集土地的違法信息，還能高效、自動實現數據處理與分析，促進土地資源的合理利用與分配。土地執法中采用無人機航測系統，利用無人機攝像頭完成數據采集、影像獲取的任務，完整、準確地得到測區的土地資源信息。但利用無人機進行航測前，相關人員必須進入測區展開前期調研，了解當地的氣候、地理等情況，由專人根據這些情況設計航線、飛行參數[3]。另外，通過引入GPS 技術還能提高定位的精度，在其前提下收集的影像數據，經由專業化處理可得到高分辨率的DOM 數據，此數據與航測影像數據對比后，可獲得土地利用、規劃、地面審批、違法占用等情況。無人機航測系統的構成簡單，主要包含飛控、地面站、航測3 個子系統。

2.1 飛控系統

無人機航測系統中飛控系統負責控制無人機，可根據測區情況合理調整無人機的飛行路線、飛行高度等參數。根據無人機測繪技術的有關經驗，低空航測無人機有基本的操作要求。第一，總載重在2kg 以上、續航在1.5h 以上。第二，巡航速度為60 ～160km/h。第三，航測器材倉尺寸高于0.25m（L）×0.2m（W）×0.25m（H）[4]。

2.2 地面站控制系統

地面站控制系統安裝于計算機或者移動終端，在數字無線電與飛行控制系統之間建立通信通道。在無人機飛行過程中地控軟件能動態可視化顯示測區的電子地圖，可根據航測實時跟蹤飛行器的飛行軌跡、位置與航向等有關參數，采取專業化方式處理采集的數據，以數據為基準開展相應工作。地面站內有多個操作人員，這些人員可依據采集的數據，控制無人機飛行的過程。數據處理系統負責處理數據與圖像信息，借助數字攝像測量網絡構建DLG 矢量圖形。

2.3 航測系統

航測系統內包含各類相機，由于在無人機測量過程中有明確的分辨率、功能等要求，為滿足這些測量要求，系統內必須配備高分辨率相機、多光譜相機和高光譜相機，在不同設備的相互配合下得到測區內完整且高清的影像。無人機攝影測量圖像采集前，相關人員需開展前期準備工作，獲取測區內的相關數據，必要情況下進行測繪，分析周邊的特殊區域，合理規劃航線，下載航路規劃結果，進行檢查與驗證。在技術仰角點要求下，光控測量一般應在波動異常小的位置，如區域情況相對特殊，需采取人工地面標記法。

3 土地執法測量中無人機測繪技術的具體應用

3.1 土地違法測量中無人機測繪外業數據有效采集

土地違法監管中，測繪工作作為重點，需要用先進的測繪技術獲得違法使用或占用土地面積的情況后，有關部門依據測繪結果給予有效懲罰。目前，無人機測繪中的傾斜攝影測量技術，可高效、高質量完成測量任務。土地執法的外業測量中的無人機傾斜攝影測量技術，在獲得相關數據時，需在無人機低空飛行中搭載多個高性能專業測量攝影相機，這種無人機與攝影相機相結合的采集方式，具有極高的靈活性、便捷性、抗干擾性，可以按照行業規定高效完成測繪任務。在實際的工作中，要高效完成測繪任務，獲得更有價值的結果，相關部門需選派專業的外業測量人員，在無人機測量前，由專人進入現場展開一系列調研，依據地形等基本情況合理布設影像控制點。通常情況下，利用紅色或者白色油漆標記像控點，當按規定布設完像控點后，應由無人機試飛，審核與檢驗像控點的布置是否合理，只有通過試飛，才能正式開始航測。

3.2 快速高效對采集數據進行處理

土地執法測量中可能遇到測區地形條件惡劣的情況，如采用人工測量法很難克服地形條件的限制，而通過無人機傾斜攝影測量技術，可得到相對完整且準確的結果。在獲取測區許可時，由無人機搭載多個攝影相機，在違法地塊低空飛行，從多個角度與方位拍攝影像，獲得采集數據。無人機傾斜攝影測量與傳統航測技術的數據采集過程相比，后者在獲取數據時需與人工方式相結合，需要人工加工和處理所得數據，人的介入不利于保障數據處理的工作效率與準確度，易出現數據偏差。而無人機傾斜攝影測量技術在外業工作全面結束后，由系統將圖像或者數據導出，進入內業處理環節。數據處理過程主要包含以下方面。

（1）檢查前期采集到的影像或者數據，評估外業航測無人機的飛行質量、航攝的影像圖片，如影像重疊度、像片傾角與旋角、航線彎曲度、影像清晰度等，還要檢查測量結果與內業規范、作業要求等是否不一致，若不一致，需重新根據違法地塊情況進行補飛、重飛[5]。（2）采集的數據需通過空三加密，以提高數據的安全性。（3）由專業的內業處理軟件進行數據處理，基于原始影像、空三加密技術生成三維模型、DOM、DSM、數字點云等，再利用像控點、檢查點等評估模型的精度，當模型精度符合實際測量要求時，由數據采集平臺提取違法土地的相關信息，獲得關鍵信息，用于指導土地違法處理決策。

3.3 圖斑提取

3.3.1 基于影像變化信息界定

對于前時像影像為耕地、非耕農用地、未利用地，后時像影像為建設用地，可判定為新增建設用地，按照基本肯定圖斑進行界定。針對前時像影像為耕地、非耕農用地、未利用地，后時像有動土痕跡的，不能直接判定為新增建設用地，將其界定為可疑圖斑。如果前時像影像有動土痕跡，后時影像為建設用地，那么不能直接判定為新增建設用地，應以可疑圖斑界定。對于域內或村莊內部面積較小變化的圖斑，嚴禁將其作為新增建設用地。對于前時像影像為建設用地，后時像改建的情況，不得將其作為建設用地。對于山地、采礦用地等應結合其在影像中的具體邊界進行合理界定。

3.3.2 基于土地利用現狀圖或數據庫界定

如在測量過程中存在不一致的圖斑，應逐一沿邊界進行勾界。數據庫屬性若為耕地、非耕農用地、未利用地，后時像影像為建設用地，那么應將其判定為新增建設用地，以基本肯定圖斑精準界定。若數據庫屬性為耕地、非耕農用地、未利用地，后時像存在動土痕跡，不得將此直接判定為新增建設用地，而應該根據可疑圖斑的情況進行界定。圖斑邊界較差超過圖上1mm 的情況下，參考影像圖斑重新描繪；圖斑邊界較差小于圖上1mm 的情況下，則直接參考土地利用現狀圖或數據庫界定。

在違法用地的監測項目中，有關人員需對比兩期間隔拍攝的無人機正射影像，或將無人機正射影像與上一年度年底獲取的高分辨率衛星影像進行對比，準確定位變化區域，得到兩期影像的變化圖斑。

3.4 土地執法無人機日常有效巡查

傳統技術相對落后，無法全面了解土地的違法行為，很多個體或者單位隨意占用土地的現象普遍，雖然有關部門加大了土地監管力度，但因為人工測量、傳統測繪方式，受地形地貌等的影響相對較大，很難在違法地塊內進行取證，工作效率較低，獲取的測量結果與實際存在較大偏差。另外，一些違法土地的隱蔽性強，依賴人工巡查很難發現，違法土地監管工作不到位。目前，已經進入全新的發展階段，在違法土地監管過程中可采用的技術相對較多，扭轉了傳統的巡查、測量局面[6]。無人機的出現能有效發揮其功能優勢，為土地違法測量提供技術支持，且利用無人機開展各種測量任務時，受時間、地點等因素的干擾較小。應用無人機傾斜攝影技術后，測量范圍顯著擴大，且能低空飛行。在飛機飛行的過程中，無人機搭載的攝影相機可以實現全方位拍攝，有效采集違法地塊的相關情況，有利于得到更完整的數據[7]。因此，土地違法日常巡查階段，要采用無人機技術高效采集區域內的相關數據，減少在違法土地測量中的人力、物力等投入，提高違法土地數據、影像取證的便捷性和高效性。利用3D 建模技術及時分析獲得的航拍影像數據，將此數據與原始測繪圖像對比，計算得到違法使用或占用的土地面積數值，將這些結果作為有關部門確定行政處罰力度的有效參考，使社會大眾意識到違法占用土地的危害，積極參與土地保護、土地執法監管等各項工作，能夠有效遏制土地違法活動。

4 結語

土地執法測量是當前土地規劃利用、開發的重要工作，為科學遏制各種土地違法活動，相關單位需加強土地執法力度，借助無人機測繪完成土地執法測量，得到準確且全面的測量結果，輔助制定土地違法監管決策。未來，土地執法工作中相關單位需增加無人機測繪技術方面的投入，保持無人機測繪技術的先進性。