無人機航攝技術在國土資源領域的應用

劉 洋，祁 瓊

（1．荊州市土地勘測規劃院，湖北 荊州434000；2. 湖北省土地規劃勘測院，湖北 武漢 430071）

隨著國土資源管理信息化技術的迅速發展以及在地籍測量、土地利用變更調查監測與核查、土地執法檢查、地質災害監測、科研基地系列技術研究等方面的應用深化，國土資源管理對信息數據采集及更新的技術要求也有了進一步提高。與傳統的數據采集及更新方式相比，無人機航攝系統擁有低成本、高效率，快速及時獲取高分辨率大比例尺影像的優勢，可作為傳統數據采集及更新方式的有效補充，滿足信息化技術發展的需求。

1 無人機航攝系統的特點與優勢

無人飛行器是指利用無線電遙控設備和自備的程序控制的無人駕駛航空飛行器[1,2]。

無人機航攝系統主要包括飛行平臺、數據獲取系統、地面監控系統和配套作業軟件（航線設計軟件、航攝影像質量檢查軟件、畸變差改正軟件各1套），典型機型參數見表1，其中固定翼無人機在所有的無人機類型中技術最為成熟、市場應用最為廣泛。

無人機航攝系統具有以下優勢：

1）拍攝條件。與衛星遙感相比，無人機航高較低，航拍時可在云下飛行，最大可抗6級風，甚至可在小雨中作業，對天氣的要求相對較低，能快速反應，及時獲取影像數據[3]；和普通有人機航拍相比，無人機航拍具有操作方便，易于轉場，起飛降落受場地限制較小，可到達人無法涉足的危險區域等優點[4]。

表1 無人機典型機型參數統計表

2）拍攝精度。無人機航拍的精度較高，分辨率可達5～40 cm，成圖比例尺一般在1∶500～1∶5 000之間，可滿足地籍測量和工程建設的制圖需要[5]。同時，無人機航拍的精度能為全國土地變更調查監測與核查、科研基地系列技術研究等項目的順利實施提供強有力的支撐和保障。

3）拍攝能力。一架普通無人機在較理想的天氣狀態和有利的地理條件下，1 d能獲取到的航拍數據不超過100 km2，能充分滿足應急項目、中小型項目的規模需要，同時也是大型項目很好的補充。

4）拍攝成本。無人機航攝系統的價格一般在幾十萬元到幾百萬元不等，最為先進的長航時寬鏡頭的無人機價格可達上千萬元。采購無人機用戶自行航拍獲取數據的成本根據不同的技術水平和熟練程度，每km2單價從數百到數千元不等。無人機航拍服務費用，雖存在不同地區的差異，但一般航拍每km2約需數百元，內業處理生成正射底圖每km2需要數百元，合計約每km2需1 000元，具有成本較低的應用優勢。

2 無人機在國土資源管理中的應用

無人機的低成本、高效率，快速及時獲取高分辨率的大比例尺影像，使得其在國土資源管理領域中的應用有著非常大的潛力，決定了在未來發展的廣闊前景；可望用于地籍測量、全國土地利用變更調查監測與核查、土地執法檢查、地質災害監測和科研基地系列技術研究等領域。

2.1 地籍測量

地籍測量是土地管理工作的重要基礎。它以地籍調查為依據，以測量技術為手段，從控制到碎部，精確測出各類土地的位置與大小、境界、權屬界址點的坐標與宗地面積以及地籍圖，以滿足土地管理部門以及其他國民經濟建設部門的需要[6]。根據《關于加快推進農業科技創新持續增強農產品供給保障能力的若干意見》（中發[2012]1號）的文件精神，要穩定和完善農村土地政策，加快推進地籍調查和地籍信息化建設，2012年基本完成覆蓋農村集體各類土地的所有權確權登記頒證，推進包括農戶宅基地在內的農村集體建設用地使用權確權登記頒證工作[7]。要發證就必須進行地籍測量，傳統的全野外數據采集方法成圖，作業量大，成本也高（每km2的費用達到8～15萬元），且不宜大面積開展。相比野外實測，無人機航測具有周期短、效率高和成本低等特點，對于面積較小的大比例尺地形測量任務（10～100 km2），受天氣和空域管理的限制較少，成本低。而將無人機遙感系統進行工程化、實用化開發，則可利用它機動、快速、經濟等優勢，在陰天、輕霧天也能獲取合格的彩色影像，從而將大量的野外工作轉入內業，既能減輕勞動強度，又能提高作業的技術水平和精度。

2010年黑龍江全省開展農村地籍調查，急需大比例尺航空影像作為底圖。由于村級行政單位分布廣、每個村的成圖面積小，采用衛片制作正射影像分辨率難以達到要求，采用傳統航空攝影方法成本又過高，采用地面測量的方式周期又過長。對此，黑龍江省國土管理部門選取雙鴨山市集賢縣先鋒、長征、宏圖等10個村作為試點，采用無人機航攝系統進行大比例尺航空攝影。機組僅用了2 d時間，累計飛行5個架次，獲取分布在40 km2范圍內的10個村級行政單位的0.05 m分辨率影像1 536張。經檢查，航攝成果完全滿足大比例尺影像圖的精度要求。同時，無人機的起降選擇在“村村通”公路上，平均每個有效航攝日無人機能實施航攝3個架次，0.05 m分辨率條件下的航攝面積約10 km2。無人機航空攝影測量在以村落為單位的測量中將發揮明顯的技術優勢[8]。

2.2 全國土地利用變更調查監測與核查

每年開展的全國土地變更調查監測與核查項目中對遙感數據的需求量非常大，且時效性非常強，衛星遙感數據往往難以滿足需求，特別是在一些重點地區，如35個國家審批監管城市，這些地區一般面積不大，要求在年底1～2個月的時間內采用高分辨率的遙感數據進行監測。由于受能力和天氣等因素的制約，高分辨率遙感衛星很難在這么短的時間內及時獲取全部的遙感數據。采用無人機航拍系統配合高分衛星，對于高分衛星未獲取到合格數據的地區，在一定的時間點啟動無人機系統進行作業，能大大增加這些地區高分遙感數據全覆蓋的幾率，保證變更調查和監測時有圖可依，有據可查。

另外，在一些地形較復雜的山區，由于天氣情況較差，衛星遙感數據的接收非常困難，部分地區在變更調查之前常因接收不到合格的遙感數據而難以開展工作。在目前雷達衛星數據暫時還無法滿足要求的情況下，如果經費有保障，采用無人機航拍將可能是及時獲取這些地區的遙感數據的唯一技術手段。

2.3 土地執法檢查

土地執法檢查工作的特點是時間緊、任務急，使用最新的高分辨率遙感數據是其開展工作的基礎。這些地區雖然一般面積不是很大，但衛星遙感由于受其重返周期和天氣等因素限制，往往不能及時獲取到所需要的遙感數據。而無人機系統所具備的快速反應和高分辨率數據獲取能力，與其他遙感方式相比，具有明顯優勢。

2.4 地質災害監測

為進一步深入開展湖北省重點區域地質災害監測，改變其發生種類多、分布廣、頻率高、災情重的現狀，無人機遙感監測系統可對省內除武漢市主城區以外的103個縣市區開展無人機航攝工作，獲取全省各縣市更高分辨率的影像，編制《湖北省無人機航攝影像圖冊》和《湖北省無人機地質災害監測圖集》，為區域地災防治和動態遙感監測工作提供清晰的影像數據源，為政府以及監管部門提供準確的信息[9]。此外，在險情發生時，無人機亦可克服交通中斷等不利因素，快速趕到出險區域，利用航攝系統，獲取最新險情影像，監視險情發展。2008年汶川地震與2010年青海玉樹地震中采用無人機航攝系統快速起飛，成功獲取了災區影像，在第一時間為指揮決策提供參考，最大限度地規避了風險[10]。

2.5 科研基地系列技術研究

無人機系統在科研基地研究領域，可為土地生態狀況變化快速監測及土地資源綜合管護提供有效支撐；還可為科研基地多年系列基礎數據的積累提供有益補充。

3 結 語

與傳統的數據采集、更新手段相比，無人機航攝技術在地籍測量、土地利用變更調查監測與核查、土地執法檢查、地質災害監測、科研基地系列技術研究等方面具有明顯優勢，可為國土資源管理提供快捷高效的工作方式，加快國土資源管理信息化建設步伐，進一步提高土地資源管理水平和效率。

[1]李軍，盛新蒲，夏志宇，等.無人飛行器低空攝影技術探討[J].測繪科學，2011，36(4)：145-147

[2]孫曉東，王曉靜，張振勇.無人機航攝系統簡介及應用[J].中國科技信息，2011(16)：99,105

[3]李兵，岳京憲，李和軍.無人機攝影測量技術的探索與應用研究[J].北京測繪，2008(1)：1-3

[4]李寧.無人機系統的空中交通管理[J]. 中國民用航空，2010(9)：48-51

[5]周曉敏，趙力彬，張新利.低空無人機影像處理技術及方法探討[J].測繪與空間地理信息，2012，35(2):182-184

[6]馬海濤，汪繼偉.基于無人機開展村莊地籍調查精度的可行性研究[J].科技資訊，2012(2)：94-95

[7]中共中央，國務院.關于加快推進農業科技創新持續增強農產品供給保障能力的若干意見（中發[2012]1號）[EB/OL].http://theory.people.com.cn/GB/16996451.html，2012-02-01

[8]李安利.農村地籍調查面小點多無人機靈活便捷顯神通[EB/OL]. http://www.zgchb.com.cn/newspaper/show.php?itemid=17843,2011-08-19

[9]黃愛鳳，鄧克續.民用無人機發展現狀及關鍵技術[C].第九屆長三角科技論壇，南京，2012

[10]曾濤，楊武年，簡季.無人機低空遙感影像處理在汶川地震地質災害信息快速勘測中的應用[J].測繪科學，2009，34(10)：64-65