無人機調查舉證在三調省級核查中的應用

賴 云，孔 姍，鄧惠元，寧應來，余 國

（1.湖北省國土資源研究院，湖北 武漢 430071；2.北京中天博地科技有限公司，北京 100101）

根據國發[2017]48號《國務院關于開展第三次全國土地調查的通知》的文件要求[1]，國務院決定自2017年10月啟動第三次全國土地調查，全面查清當前全國土地利用狀況，掌握真實準確的土地基礎數據，健全土地調查、監測和統計制度，強化土地資源信息社會化服務，以滿足經濟社會發展和國土資源管理工作需要。

基于“互聯網+”手持設備舉證技術，本文首先利用無人機拍攝實地調查地類的舉證照片，并對舉證照片的內容、拍攝坐標、角度、時間、無人機姿態等信息進行加密，進而形成調查舉證成果；然后采用“互聯網+”技術將舉證成果提交至省級核查平臺或“國土調查云”平臺進行成果審核與分析，以確保調查成果數據的真實、準確[2]。

1 無人機調查舉證系統

湖北省無人機調查舉證系統，作為外業調查舉證App的有益補充，提高了外業調查、舉證的工作效率。系統由湖北省無人機調查舉證地面站、湖北省無人機調查舉證App和無人機平臺3個部分組成，為國土工作的調查、舉證、監管等業務提供了調查舉證的解決方案。

1.1 無人機調查舉證地面站

無人機調查舉證地面站（圖1）以工程概念為基礎，以航線設計為核心，具有內業航線設計、外業飛行成果處理等功能[3]。無人機調查舉證地面站是基于ArcGIS和Windows系統研發的桌面端軟件，是制作無人機外業調查舉證的飛行信息、回收無人機外業調查成果以及舉證成果分析與提交的主要工具軟件。其主要功能包括設置航點、拍照點信息，設置拍照點拍攝方向，設置圖斑與舉證照片關聯關系，回收舉證成果，生成舉證DB包等。

圖1 無人機調查舉證地面站界面

1.2 無人機調查舉證App

無人機調查舉證App（圖2）基于Android系統開發，負責圖斑調查舉證和在線視頻互聯工作，界面簡潔、傻瓜式操作，一鍵起飛、一鍵返航即可完成調查舉證工作。無人機調查舉證App設計實現了圖斑斷點續飛、飛行坐標記錄、單個圖斑手動飛行模式等功能，提高了外業作業效率。

圖2 無人機調查舉證App界面

1.3 無人機平臺

消費級小型無人機具有體積小、重量輕、操作簡單、靈活輕便等優勢，已廣泛應用于國土資源調查監測與舉證等工作中。本文主要采用大疆精靈Phantom 4A、御Mavic2等無人機平臺進行國土資源調查舉證研究，并將調查舉證成果應用于省級核查中。無人機類型和主要參數如圖3、表1所示。

圖3 無人機類型

表1 無人機參數

2 省級核查平臺

湖北省縣級調查成果、市級匯總成果經自檢合格后，由省國土調查主管部門負責組織作業單位進行全面檢查[4]。

省級核查在成果完整性和規范性檢查的基礎上，重點檢查成果的真實性和準確性。基于“互聯網+”舉證成果，采用計算機自動比對和人機交互檢查的方式對縣市報送的成果進行逐圖斑內業比對，重點檢查不一致圖斑調查地類與影像以及地方舉證照片的一致性；然后對內業檢查結果的部分疑問圖斑開展省級外業實地核查，對外業圖斑進行認定，并利用移動外業設備或無人機調查設備拍攝圖斑實地照片[5]。

湖北省研發的省級內外業核查平臺，利用遙感影像、“互聯網+”實地舉證照片、項目備案信息等相關資料，對第三次全國土地調查數據庫中圖斑的地類、邊界、范圍等信息進行機器自動檢查和人機交互對比檢查，以確保第三次全國土地調查成果真實、準確。外業核查軟件采用“互聯網+”云計算、衛星導航定位技術，通過外業核查人員現場定位，數據、照片（視頻）實時傳輸和動態調度，開展在線舉證和外業實地核查工作。為解決交通不便、人為管制等受限區域的圖斑舉證實際困難，提高外業工作效率，本文研發了湖北省無人機調查舉證系統，能輔助人工PDA舉證系統完成全省外業核查舉證工作。

3 無人機調查舉證在省級核查中的應用

國土資源調查舉證工作時間緊、任務重，利用手機或平板等外業核查舉證方法在舉證過程中存在一定弊端，如交通不便、植被茂盛無法通過、場地管制不許通行、視野狹窄等；而利用小型無人機開展外業核查舉證工作可大大節省人力物力，且對于地形復雜、圖斑面積大、人力無法到達的區域，具有較大的優勢。利用無人機進行外業調查舉證，能快速、全方位地拍攝圖斑的實地照片，完成調查圖斑舉證工作，且調查成果能通過縣級提交，實現調查舉證成果在省級核查中的應用。

3.1 無人機調查舉證技術路線

無人機調查舉證采用消費級小型無人機，利用無人機調查舉證軟件拍攝舉證照片，通過Web平臺或上傳工具將成果傳送至省級核查平臺。相關調查成果符合省級核查要求，還增加了無人機調查舉證特定的參數信息，如無人機起飛點經緯度、拍照點經緯度、拍攝方向、拍攝高度和俯仰角等，為無人機調查舉證照片展示提供了相關參數[6]。

為了保證舉證成果可還原、可驗證、不可被人為替換，在無人機監測結果外業核實工作中需考慮不同的數據加密和舉證成果驗證技術。

無人機調查舉證成果采用MD5算法[7]與RSA非對稱加密算法[8]進行加密。MD5算法加密是不可逆的，從而保證信息不被修改和替換；RSA非對稱加密算法可提供對加密內容的隱藏和驗證功能。無人機調查舉證過程中，首先提取原始照片內容的MD5，再組合人員、時間、地點、方向、高度、俯仰角和設備等拍照七要素，然后利用RSA非對稱加密算法生成一個驗證信息，用以保證舉證成果的真實有效，不被替換。外業采用RSA公鑰對信息進行加密，數據回收后再通過RSA私鑰對信息進行解密，并驗證解密信息與接收到數據的一致性。

3.2 無人機調查舉證成果與省級核查平臺對接

湖北省第三次全國土地調查“互聯網+”舉證與在線核查平臺采用自建省級云平臺，縣級調查成果通過外業調查設備調查后提交至省級平臺進行調查舉證成果審核。無人機調查舉證省級核查技術流程為內業航線設計、外業實地調查、外業調查成果回收處理、生成標準調查成果包、通過省級平臺上傳工具將調查成果包上傳至省級調查核查平臺，如圖4所示。

圖4 無人機調查舉證省級核查技術流程圖

3.3 無人機調查舉證系統在省級核查中應用

湖北省處于我國地勢第二級階梯向第三級階梯過渡地帶，地勢呈三面高專起、中間低屬平、向南敞開、北有缺口的不完整盆地；地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼備。山地、丘陵、崗地和平原各占全省總面積的44.38%、22.59%、13.16%和19.87%。全省主要以山地和丘陵為主，地形復雜，個別地區人力不便到達，利用無人機調查舉證軟件對山區和丘陵地區圖斑進行舉證，能提高調查舉證的工作效率。利用無人機軟件調查舉證時，需提前了解舉證區域的地形地貌和植被特征，選擇合適的航高，尤其是在恩施、十堰等山區設置航高時，應充分考慮地形的起伏變化，避免航高設置過低造成撞機事件；而在荊州、武漢等平原地區舉證時，設置航高需避開信號塔、高壓線等高干擾信號源。無人機調查舉證時，正拍照片的拍攝角度在-85°～-90°范圍內，斜拍照片的拍攝角度在-30°～-85°范圍內[9]。

1）山區、丘陵地區無人機調查舉證。山區、丘陵地區因地形地貌復雜、地形高差較大，在航線設計時需參考DEM數據獲取圖斑之間的高程差，整個航線圖斑之間的高程不宜相差超過100 m，高差較大的圖斑需在不同的航線中舉證。根據地區情況，山區圖斑舉證以林地和園地為主，零星耕地調查，舉證航高建議設置大于圖斑之間的高程差，以保證無人機安全飛行。山區舉證圖斑利用DEM數據解算無人機起飛點與舉證圖斑之間的高程差，以修正圖斑實際航高；并利用無人機參數獲取照片范圍，可將照片以正拍照片的方式疊加到矢量數據上，為核查人員快速審核提供方便（圖5）。

圖5 無人機成果展示-山區

2）平原地區無人機調查舉證。平原地區地勢平坦，利用無人機調查舉證時只需避開信號塔、高壓線和較高建筑物即可。平原地區舉證圖斑以耕地為主，需區分耕地中園林地和部分建筑物，建議航高適當降低設置，以保證照片更精細，便于地貌特征識別（圖6）。

圖6 無人機成果展示-平原

3）無人機調查舉證在省級核查中的實例。本文在黃岡市紅安縣永佳河鎮選擇了54個實地圖斑對湖北省無人機調查舉證系統進行實地驗證與應用，圖斑涉及山區與平原地區。通過實地驗證可知，無人機調查舉證系統能高效完成圖斑調查與舉證工作，技術可行。圖斑分布在半徑為2 km的范圍內，周圍通視效果良好，圖斑密度適當（10～30個圖斑），可設計在一條航線內（圖7）。照片覆蓋多個圖斑的，可設置同一個拍攝點完成，單個架次可在20 min內完成調查舉證。驗證采用人工手機實地舉證與無人機實地舉證對比測試的方式，以完成全部圖斑舉證時間為對比指標。結果表明，無人機組在平原地區和山區的作業效率以及舉證照片的拍攝效果均明顯高于人工組。在交通不便利以及山區人力不便到達區域采用無人機舉證，工作效率的提高更加明顯（表2）。

圖7 測試區域圖斑分布與位置影像圖

在實地驗證與應用中，無人機調查舉證采用離線調查的方式，由內業組提供外業調查矢量數據，通過內業分析，在無人機調查舉證地面站軟件中進行航線設計：平原地區圖斑35個，分布在5個行政村，圖斑跨度較大，內業航線設計時考慮無人機安全飛行，設計4條航線，航高為100 m，航線長度為4～7 km；山區圖斑19個，分布在山頂、半山腰、水庫中央、高速路兩旁、丘陵緩坡兩邊等復雜地形區域，設計4條航線，航高設計為150～200 m，其中水庫中央1個獨立圖斑單獨設計航線。在航線范圍中心處選擇無人機起飛點進行實地外業調查舉證工作，完成后回收調查成果數據，并生成符合省級平臺標準的DB包文件，再通過省級平臺上傳工具上傳至省級核查平臺，完成無人機外業核查工作。衛星影像、人工舉證照片、無人機舉證照片三者的效果對比如圖8所示。

表2 無人機與人工作業效率和效果對比

圖8 3種方式的調查舉證效果對比

4 結 語

無人機調查可同時采用傾斜視角和垂直視角，彌補了人工舉證照片視角不佳、拍攝不全的缺點，拍攝的照片能反映圖斑整體的土地利用狀況，便于內業人員判定圖斑的地類和邊界。調查舉證過程中，無人機具有流程清晰、操作簡單、速度快等特點，為自然資源調查舉證提供了技術保障。無人機調查舉證技術在湖北省第三次全國土地調查核查中進行了初步應用，后續將在湖北省第三次全國土地調查專項調查、草原資源調查、國土監測以及地質災害調查中開展更廣泛的應用。然而，信號干擾（通信塔、磁場）、遙控距離限制、電池續航、氣候（風力、雨天等）等因素均會制約無人機的工作效率，因此如何克服消費級無人機在調查舉證中的不利因素，是需要進一步研究并攻克的技術難關。