淺析新技術在農業土地測繪等方面的應用

楊海濤 張中華 李守學

傳統的土地測繪等工作基本由工作人員攜帶GPS（全球定位系統）等專業設備，駕駛作業車輛到野外實地進行勘察，工作量大，并且容易遇到不可預知的危險。近年，隨著新技術的迅猛發展，無人機、5 G技術、北斗導航等快速迭代進步，使得農業土地測繪等工作可以廣泛應用這類新技術，大大提高了土地測繪的效率。

一、無人機平臺技術

無人機現已廣泛應用到農業的各個方面，例如，農藥噴灑、土地測繪等。無人機先進配件的開發、應用也日益完善，如攝像機（紅外、高清、高速攝像機）、云臺系統、傳感器（陀螺儀、磁力計、光學、超聲波和加速度計等）和通信系統。其中，客戶購買較多的是能在空中懸停的、六軸或八軸無人直升機。這些無人機的控制模式簡單，且在直升機的一個馬達懸停失效期間，不會導致直升機故障，可安全著陸。此外，控制算法不復雜，可攜帶更多的有效載荷，并可附加額外的硬件，如機械臂或激光雷達傳感器，用于測繪、檢查和各種應用。無人機也根據其結構和質量分為宏觀飛行器、微型飛行器和納米飛行器。無人直升機配備不同的組件，用于不同的應用，如路徑和軌跡規劃，檢查和評估等高級功能，其結構主要分為數據采集、數據處理和數據驅動或評價。數據收集系統處理機載傳感器、攝像頭、電池和智能設備的功能數據，這些數據由無人機的中央核心單元處理，用于路徑規劃、監視、檢查檢測、定位等定義的任務。這些硬件機載組件涵蓋了無人機懸停過程中的路徑規劃、避碰和檢測等不同應用領域。激光雷達和紅外設備主要用于避碰和測繪，攝像頭和GPS用于監視無人機在前后方向的特定區域或路徑。中央核心系統驅動無人機用于現實環境應用。無人機配備了各種組件，如電子調速控制器，相機和萬向架，飛行控制器和鋰離子電池等。電子調座控制器主要用于為無人機電機提供動力和高頻，電子調座控制器的主要功能是將直流電轉換為三相交流電，也用于交流電機速度。在無人機中，鋰離子聚合物電池用于為機載組件和傳感器供電。

農業土地測繪等方面可以充分利用無人機作為各種測繪設備的空中平臺，由人在遠程進行操控即可，大大提高了測繪效率，節省了人力資源，減少了未知的人身風險。與衛星圖像、實地勘驗一樣，無人機是獲取地面圖像的另一種方案，且具有更低的成本、更高的操作便利性以及實時生成高分辨率圖像的可能性等主要優勢。

二、測繪技術

（一）可見光相機

可見光相機傳感器是一種成像器，它收集波長400～700 nm的可見光將其轉換為電信號，并組織該信息以渲染圖像和視頻流。可見光相機利用 400～700 nm 波長的光，這與人眼感知的光譜相同。可見光相機旨在創建復制人類視覺的圖像，捕捉紅色、綠色和藍色波長的光，以實現準確的顏色表示。現代安全和監控攝像機以高清或更高的分辨率執行此操作，并配備多種鏡頭選項，用于廣角或遠攝視圖，以識別場景中的目標和物體。姚立民為實現對馬鈴薯的田間表型信息的采集，利用無人機搭載可見光遙感相機獲取田間馬鈴薯的圖像信息，利用可見光影像構建馬鈴薯數字表面模型，獲取馬鈴薯植被覆蓋度和株高等信息。

（二）多光譜相機

單色圖像和彩色圖像相機成相比較單一，而多光譜成像技術能夠通過多波段圖像信息進行集成，因此，多光譜相機的信息獲取能力更強。多光譜成像技術是一種低光譜分辨率的成像技術。與高光譜成像技術相比，如在可見光和近紅外波段，其光譜分辨率為30～50 nm，而高光譜成像的光譜分辨率通常小于10 nm。因此，近紅外波段、可見光等10個波段都可以通過多光譜成像技術獲得。多光譜相機可以用來進行土地資源調查，設定農業區劃。多光譜相機還能夠用于監測農作物產生病蟲害農田情況。在實踐中，將根據具體需要設計頻帶的數量。該技術可應用于農業、林業、水文、環境監測等領域，具有廣泛的應用前景。

（三）探地雷達

探地雷達是用頻率在106～109 Hz的無線電波來確定地下介質分布的一種無損探測方法。通過裝載在航空器上探地雷達的發射天線，能夠連續向下發射106～109 Hz高頻電磁波，然后航空器上可以通過特殊裝置接收探地雷達發射的電磁波的反射波。由于高頻電磁波在地下介質中傳播時遇到存在電性差異的物質時，其分界面會發生反射，不同物質導電性質的差異，導致電磁波的各種特征性反饋不同，從而根據差異發揮預測功能。探地雷達的突出優點是能夠實現快速、無損探測。探地雷達可以用于識別地下水中無機污染物和廢物分層的高污染地區。

（四）北斗導航系統

目前，世界上共有三個全面運作的全球導航衛星系統：中國北斗衛星導航系統、俄羅斯聯邦的全球導航衛星系統和美國的全球定位系統。全球定位系統主要由24顆攜帶原子鐘的衛星組成，在與地球赤道平面呈55°傾角的6個軌道平面中，每一個都有4顆衛星。控制部分由若干地面監測站不斷從衛星收集資料發送到主控站，主控站分析信息后上傳至衛星，再傳送給用戶，用戶通過接收衛星發射的信號，能夠確定位置、速度和當地時間。北斗導航系統能夠提高土地測繪精度和農業土地規劃管理工作水平，保持測繪信息時效性，現已廣泛應用于耕地測繪、耕地水利設施施工、耕地病蟲害防治、農機作業遙感監測等方面。湖南省自然資源廳依托北斗高精度定位技術，在手機系統上開發的易測APP，能夠為調查監測提供數據底圖，還可用于執法督察和耕地保護。

三、新技術在農業土地測繪等方面的應用

農村管理工作及農村土地規劃有效開展的前提是農業土地測繪工作。精確的農業土地測繪工作不但是農村土地確權及管理等一系列相關工作的重要保障，還是確保中央農業農村工作決策科學合理可行的基本依靠。因此，加強對農業土地管理工作中的測繪工作至關重要。王鵬等認為，按照農村土地規劃要求，現代測繪技術主要有掃描數字化測量、航空攝影測量與遙感測量、連續運行衛星定位服務綜合系統測量、全野外數字測量四種方式。由于技術、觀測條件和地形的不同，這四種模式各有利弊，能夠優勢互補、相輔相成，實現高質量、高精度、高效率地全覆蓋采集地籍信息。曾洪明等綜述了測繪GPS外業控制測量、遙感攝影影像圖、全站儀數字化細節測量、3S技術（地理信息技術）、內業成圖技術等新技術在農村土地測繪、農村土地整理等多方面的應用。

此外，新技術還在農業地下排水、雜草整治、小麥成熟和海床監測等方面具有較大的應用潛力。Koganti等利用無人機搭載探地雷達和三種不同相機（可見光、多光譜和熱紅外）對農業地下排水系統進行測繪，發現探地雷達和相機可以在農業地下排水系統測繪時相互補充。Adade等綜述了無人機平臺和傳感器技術在海岸帶領域的應用，共有海岸帶土地利用和土地覆蓋制圖、海岸帶災害管理、潮間帶、海洋垃圾、海岸帶生物和棲息地5個方面。Hunter等將無人機雜草測繪和無人機噴霧器結合到無人機集成系統中，可以提供一種新的替代方案來實施特定地點的害蟲管理，與地面廣播應用相比，無人機集成系統在識別和處理目標雜草區域方面時效率提高了0.3～3倍，同時最大程度地減少了對非雜草區域的處理。Pea等利用無人機捕獲的遠程圖像，在萌芽后早期設計詳細的特定地點雜草控制處理具有巨大潛力，利用六波段多光譜相機（可見光和近紅外范圍）對一系列無人機圖像開發了一種全自動的基于目標的圖像分析程序，其最終目標是在西班牙的一個實驗玉米田生成雜草圖。Hassan等使用無人機來量化小麥的衰老，使用來自多光譜圖像的營養指數，并得出基于無人機的高通量表型分析有利于小麥衰老遺傳基礎的時間評估。Tahara等認為利用衛星和航空圖像進行海草遙感監測生成的圖像分辨率較低，無法分析草甸中不同海草種類的組成變化，繼而采用無人機（傳感器）制圖與深度學習相結合，可以在非常精細的尺度上監測海草床的空間范圍，并對海草床的物種組成進行分類。

四、小結

無人機等新設備、新技術的出現，改變了原來農業測繪的方式，使得測繪更方便、更快捷。但是由于新設備、新技術的使用，需要相關軟件的配合，因此，在以后的工作中，需要積累使用經驗，編制更適合農業土地測繪方面的軟件程序，提高新設備、新技術在農業土地測繪方面的準確性。

基金項目：江蘇農林職業技術學院青年扶持項目（項目編為2022 kj17）。

（責任編輯? ?于海）