測(cè)繪地理信息技術(shù)在土地整治與生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用策略

干崢

岱山縣村鎮(zhèn)建設(shè)管理中心/岱山縣住房保障和房產(chǎn)管理中心 浙江舟山 316200

自改革開放以后，我國(guó)城鎮(zhèn)的發(fā)展情況發(fā)生翻天覆地的改變，農(nóng)村地區(qū)中存在的環(huán)境問題及土地結(jié)構(gòu)問題，深受國(guó)家部門的關(guān)注，自本世紀(jì)以來，全國(guó)各地開展的土地整理與修復(fù)工作已經(jīng)逐步深入，系統(tǒng)的將零散土地建設(shè)與生態(tài)環(huán)境整治等方面作為工作進(jìn)行規(guī)劃，進(jìn)一步提升了農(nóng)田的生產(chǎn)能力與排水耕作能力，使農(nóng)村的整體環(huán)境都發(fā)生了質(zhì)的改變。測(cè)繪地理信息技術(shù)的應(yīng)用使得土地整治與生態(tài)修復(fù)工程效果更加明顯，增強(qiáng)了農(nóng)田對(duì)自然災(zāi)害的抵抗能力，而且城鄉(xiāng)用地之間的矛盾也得到有效的緩解，而測(cè)繪地理信息技術(shù)可以作為基礎(chǔ)的測(cè)量技術(shù)，為土地整理與生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目提供支撐，可以有效的增強(qiáng)整個(gè)項(xiàng)目的測(cè)量質(zhì)量。

1 測(cè)繪地理信息技術(shù)在土地整治與生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用

1.1 GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)

GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)是通過載波相位觀測(cè)值開展的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間保持誤差一致，可以通過GPS接收機(jī)來增加無線電通訊系統(tǒng)的測(cè)量精度的，所以有機(jī)整體的測(cè)量精度需要通過測(cè)繪技術(shù)來提升，技術(shù)人員在工作的狀態(tài)中，應(yīng)當(dāng)將基準(zhǔn)站設(shè)置在已知的坐標(biāo)之上，再通過電臺(tái)將觀測(cè)到的消息傳輸給流動(dòng)站中，發(fā)送相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的傳輸載波觀測(cè)信號(hào)，信號(hào)是從基準(zhǔn)站中發(fā)來的，又包含著流動(dòng)站采集的一些信號(hào)，技術(shù)人員就可以通過系統(tǒng)解算出站間的基準(zhǔn)向量，如果應(yīng)用投影參數(shù)的分析方法，就可以獲得流動(dòng)站在坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。GPS-RTK技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)還表現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)野外的厘米級(jí)定位，能夠呈現(xiàn)出速度快、精度高的特點(diǎn)，可以用于土地整治與生態(tài)修復(fù)工程的各個(gè)階段，根據(jù)大比例尺的地形圖情形要求來做好規(guī)劃，其中的測(cè)量距離也會(huì)有所限制，而且信號(hào)受到地勢(shì)的影響較大，作業(yè)的自動(dòng)化程度較低，戶外的作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，但測(cè)量效果卻比較顯著，所以GPS-RTK的應(yīng)用前景還是非常可觀的[1]。

1.2 無人機(jī)攝影測(cè)繪技術(shù)

無人機(jī)攝影測(cè)繪技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中的新內(nèi)容，以遙感傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合GPS差分定位技術(shù)等內(nèi)容融合得出的高科技測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)上配備高分辨率的攝影設(shè)備，而且能夠在傳感器的作用下，將無人機(jī)作為飛行平臺(tái)收集測(cè)量信息，快速的捕捉目標(biāo)區(qū)域的航空影響，通過專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件來調(diào)整影像的坐標(biāo)及拍攝角度等信息，獲取飛行角度及高層數(shù)據(jù)，連接航空獲取的影響，并且能夠?qū)崟r(shí)的生成測(cè)量要素，得出數(shù)字產(chǎn)品地圖。無人機(jī)攝像系統(tǒng)中包括無人機(jī)平臺(tái)、任務(wù)荷載的子系統(tǒng)及地面控制系統(tǒng)等，另外有數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等模塊，整體系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)、作業(yè)方式非常靈活，對(duì)空間的分辨率較高，所以無人機(jī)攝影測(cè)繪技術(shù)在土地整治與生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用非常重要，尤其是前期準(zhǔn)備階段，無人機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。但是無人機(jī)攝影測(cè)繪技術(shù)的限制性也比較突出，包括無人機(jī)的穩(wěn)定性較差、攝像幅寬較小且整體的數(shù)據(jù)流較大，所以后續(xù)的數(shù)據(jù)處理相對(duì)復(fù)雜，而且兼容性有待考察[2]。

1.3 GIS技術(shù)

在現(xiàn)代信息技術(shù)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的支持下，GIS技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了許多新技術(shù)的涌現(xiàn)，而GIS始終作為基本的地理模型分析方法，可以對(duì)多種空間及動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，如圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等方面，完成獲取、儲(chǔ)存、管理、編輯及顯示等多種功能，產(chǎn)生更高層次的地理信息之后，能夠用于解決復(fù)雜的工程規(guī)劃問題與管理問題，整體系統(tǒng)的空間功能較為強(qiáng)大。在土地整治與生態(tài)修復(fù)工程施工技術(shù)的服務(wù)階段，技術(shù)人員可以在GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，快速建立起土地的利用數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行全過程的跟蹤建設(shè)服務(wù)，完成土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的基礎(chǔ)工作，包括建設(shè)整體的數(shù)據(jù)庫雛形，對(duì)民居點(diǎn)及其他方面內(nèi)容的規(guī)劃，可以提升土地整治和生態(tài)修復(fù)工程決策階段的科學(xué)性，相關(guān)工作的理論性及潛力等級(jí)，都需要通過GIS技術(shù)進(jìn)行確定，通過技術(shù)的應(yīng)用來發(fā)揮作用[3]。

2 測(cè)繪地理信息技術(shù)在土地整治和生態(tài)修復(fù)工程中的實(shí)踐案例

2.1 土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的概況

某城鎮(zhèn)位于我國(guó)東南部，距當(dāng)?shù)氐氖兄行募s15km，該區(qū)域的行政總面積為80平方千米左右，總?cè)丝跀?shù)約為7萬人，下屬的30個(gè)行政村地理位置非常優(yōu)越，交通條件比較便捷，而且三面環(huán)江，東北方與該市中心相距一條江，城鎮(zhèn)的地形呈現(xiàn)西北高、東南低，半丘陵半平原的地勢(shì)，多以農(nóng)用地為主，土地占比約為60%，建設(shè)用地約占25%。當(dāng)?shù)厥艿絺鹘y(tǒng)的農(nóng)作形式影響，沿用承包到戶的經(jīng)營(yíng)模式，思維屬于小農(nóng)經(jīng)濟(jì)，雙浦鎮(zhèn)的耕地呈現(xiàn)出碎片化的發(fā)展趨勢(shì)，并且農(nóng)村的建設(shè)用地?zé)o序化嚴(yán)重，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常零散，所以當(dāng)?shù)亻_展了土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的項(xiàng)目，將當(dāng)?shù)氐娜蛲恋刈鳛榭睖y(cè)規(guī)劃項(xiàng)目的重點(diǎn)，通過工程測(cè)量及無人機(jī)航拍等技術(shù)的應(yīng)用，獲取許多高清的影響，呈現(xiàn)出大比例的現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)，開展了巨大高清地形測(cè)繪工作，延續(xù)了后期一系列的項(xiàng)目監(jiān)理、工程立項(xiàng)及規(guī)劃設(shè)計(jì)的操作，其中的信息化特點(diǎn)非常明顯。在土地整治和生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，鏈接工程設(shè)計(jì)與鄉(xiāng)村建設(shè)工作是推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵，由于項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大，所以第一期的土地整治和生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目應(yīng)用重要是在A村附近開展無人機(jī)航拍活動(dòng)[4]。

2.2 采集戶外作業(yè)數(shù)據(jù)

技術(shù)人員在采集戶外作業(yè)數(shù)據(jù)之前，應(yīng)先對(duì)所測(cè)區(qū)域的小比例尺地形圖及影像資料信息進(jìn)行深度分析，掌握所測(cè)區(qū)域的地形物體分布情況，道路分布情況，信號(hào)分布情況及建筑分布情況等，將這些信息全面的掌握以后，結(jié)合相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘察情況，研究適合無人機(jī)的起降場(chǎng)地，確定好無人機(jī)的飛行路線及無人機(jī)的航飛高度，將相關(guān)參數(shù)作為基本的條件，為采集戶外作業(yè)數(shù)據(jù)做好前提條件。技術(shù)人員可以在一萬像素為間隔的前提下布置一個(gè)平高點(diǎn)，在所測(cè)區(qū)域的周圍再布設(shè)平高點(diǎn)，結(jié)合已經(jīng)有的資料研究無人機(jī)航線之間的像控點(diǎn)，要在兩條航線之間的重疊區(qū)域中布置，研究公用的像控點(diǎn)，則可以考慮航線方向的6片重疊區(qū)域，不公用的像控點(diǎn)則可以布置在航向的3片重疊區(qū)，這種像控點(diǎn)布置方案可以最大程度的保障影像清晰度，使測(cè)量信息更加準(zhǔn)確、全面。技術(shù)人員在地面相對(duì)平整的標(biāo)志點(diǎn)布設(shè)了像控點(diǎn)，在本次土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的第一階段標(biāo)志點(diǎn)選擇中，主要選擇了斑馬線的角落、堤壩的角落及圍墻的角落等，這些明顯地面標(biāo)志物的角落可以更容易確定像控點(diǎn)。第一階段的作業(yè)面積大概在16平方千米左右，戶外作業(yè)使用的無人機(jī)選擇了大疆3P型號(hào)的設(shè)備，飛行速度約為10m/s，航行高度約為180m，重疊率在60%-80%之間，所以信息更加全面，飛行的線路東西走向?yàn)镾型，所設(shè)計(jì)的航線是8條，每次拍照的間隔距離為50m，所以本次的測(cè)量航攝點(diǎn)安置了37個(gè)，測(cè)量工作中獲得了300余張影像圖片[5]。

2.3 處理戶內(nèi)收集的數(shù)據(jù)

在本次土地整治和生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目中，技術(shù)人員采用了俄羅斯版本的APSP軟件來處理這些無人機(jī)航拍中獲取的圖像信息，所生成的高分辨率DOM影像資料。技術(shù)人員對(duì)戶外作業(yè)采集的圖像的重疊度及航線的彎曲度進(jìn)行檢查，又核實(shí)了圖片的曝光度及清晰度等方面信息，發(fā)現(xiàn)檢查后的影像能夠滿足土地整治和生態(tài)修復(fù)工程中測(cè)繪工作的要求，之后技術(shù)人員對(duì)這些影響進(jìn)行前期處理，消除了圖像中因天氣因素或是日照因素引發(fā)的數(shù)據(jù)差異，再使用POS將選擇的影像資料導(dǎo)入到PhotoScan的軟件之中，創(chuàng)立新工程，確認(rèn)好圖片的精度以后，根據(jù)空中三角測(cè)量原理及多視圖的三維重建模型概念，在系統(tǒng)中自動(dòng)對(duì)齊所有的圖片資料，可以在軟件中得出密集點(diǎn)，再由密集點(diǎn)得到網(wǎng)格和紋理，構(gòu)建出數(shù)字化的高程模型，便于構(gòu)建數(shù)字正位攝影的影像模型，并且要輸出許多相應(yīng)的成果，而這些成果在軟件的應(yīng)用中就可以得到DOM影像，應(yīng)用于土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的數(shù)據(jù)庫，提供豐富的測(cè)量信息。

2.4 檢驗(yàn)分析的成果

技術(shù)人員在本次土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)中，采用了野外實(shí)測(cè)檢驗(yàn)法來驗(yàn)證DOM成果的精確度，檢測(cè)DOM成果是否能夠滿足土地整治和生態(tài)修復(fù)工程對(duì)數(shù)據(jù)的需要。技術(shù)人員在實(shí)踐中采用抽樣的方式，獲得了8個(gè)分幅DOM成果數(shù)據(jù)，再從這些DOM分幅數(shù)據(jù)中采集特征點(diǎn)相同的320個(gè)，利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，通過對(duì)比DOM成果數(shù)據(jù)的坐標(biāo)來看，8個(gè)隨機(jī)圖幅中的320個(gè)特征點(diǎn)平面位置的誤差在0.215m左右，最大的誤差值也不超過0.224m，而圖像中高程位置的誤差值在0.341m左右，最大誤差值在0.135m，進(jìn)一步的說明了圖像的準(zhǔn)確性，而這些數(shù)值也符合土地整治和生態(tài)修復(fù)工程對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求。

表1 成果檢驗(yàn)DOM成果精準(zhǔn)度數(shù)值（參考）

2.5 土地整治和生態(tài)修復(fù)工程第一階段測(cè)量總結(jié)

在第一階段的測(cè)量工作中，技術(shù)人員應(yīng)用了GPS-RTK技術(shù)、無人機(jī)攝影技術(shù)及GIS技術(shù)，在土地整治和生態(tài)修復(fù)工程第一階段的項(xiàng)目測(cè)量中發(fā)揮了重要的技術(shù)。縱觀整體技術(shù)應(yīng)用流程，GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯，如響應(yīng)速度較快，對(duì)圖像的獲取精準(zhǔn)度較高，可以在戶外作業(yè)中實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位，尤其是在繪制大比例尺的地形圖中，GPS-RTK技術(shù)在測(cè)繪工作的設(shè)計(jì)與預(yù)算編制階段優(yōu)勢(shì)非常顯著。無人機(jī)攝影技術(shù)在其中的應(yīng)用則呈現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，而且戶外作業(yè)的方式比較靈活，可以根據(jù)測(cè)量工作的需要及時(shí)的調(diào)整作業(yè)方案，需要技術(shù)人員預(yù)先規(guī)劃無人機(jī)的飛行方案。無人機(jī)攝影技術(shù)的時(shí)間、空間分辨率非常高，在測(cè)繪工程的前期準(zhǔn)備階段與竣工驗(yàn)收階段適用于地毯式的測(cè)量工作，可以對(duì)土地整治和生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目的實(shí)施狀況進(jìn)行充分的調(diào)查。GIS技術(shù)則可以在計(jì)算機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)、軟件系統(tǒng)快速的整理獲取的龐大數(shù)據(jù)資源，如本次土地整治和生態(tài)修復(fù)工程第一階段項(xiàng)目測(cè)繪中，技術(shù)人員使用的俄羅斯APSP軟件，對(duì)無人機(jī)航行中拍攝的圖像進(jìn)行綜合處理，快速的建立起土地利用數(shù)據(jù)庫，對(duì)圖像測(cè)量進(jìn)行全過程的跟蹤監(jiān)管，有助于建設(shè)起龐大的土地整治和生態(tài)修復(fù)工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，在整理居民點(diǎn)規(guī)劃與整治工作中，提供科學(xué)的決策，發(fā)揮GIS系統(tǒng)的信息化功能，凸顯出測(cè)算整治理論的潛力[6]。

在實(shí)踐中也可以看出，技術(shù)人員將GPS-RTK技術(shù)、無人機(jī)攝影技術(shù)與GIS技術(shù)有機(jī)整合，在各個(gè)環(huán)節(jié)的工作中都可以凸顯出巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，讓該地的土地整治和生態(tài)修復(fù)工程更加完善，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目實(shí)施過程中的項(xiàng)目建設(shè)。技術(shù)人員從實(shí)踐中總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)，各類技術(shù)的應(yīng)用要考慮各個(gè)階段工作的需求，土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的測(cè)繪工作需要各個(gè)環(huán)節(jié)組成，但是各個(gè)環(huán)節(jié)的工作需求都有不同，而各類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也有所差異，所以應(yīng)用針對(duì)性的技術(shù)方案，在不同的需求點(diǎn)上應(yīng)用不同的技術(shù)，可以使土地整治和生態(tài)修復(fù)工程收獲更好的測(cè)繪效果。總體來說，土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的第一階段測(cè)量成果比較顯著，從成果檢驗(yàn)DOM成果精準(zhǔn)度數(shù)值比對(duì)中，就可以顯現(xiàn)出整體工作部署的合理性，既滿足了土地整治和生態(tài)修復(fù)工程對(duì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的需求，也改進(jìn)了傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足，用信息化的形式提升了地質(zhì)工程測(cè)繪工作的水平。

3 結(jié)語

在實(shí)際的土地整治和生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)用中，測(cè)繪地理信息技術(shù)的應(yīng)用有多種方式，包括常見的GPS-RTK技術(shù)、無人機(jī)攝影技術(shù)與GIS技術(shù)等形式，這三種在實(shí)踐中較為常用，而且應(yīng)用程度較高，技術(shù)人員在應(yīng)用這三種技術(shù)時(shí)，要分別考慮各種技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合具體的工作予以合理的分配，將技術(shù)應(yīng)用于適合的工作環(huán)節(jié)中，可以從土地整治和生態(tài)修復(fù)工程的測(cè)繪中體現(xiàn)出技術(shù)的實(shí)用性。而且土地整治和生態(tài)修復(fù)工程對(duì)測(cè)繪地理信息技術(shù)的應(yīng)用要求也需要根據(jù)項(xiàng)目的內(nèi)容進(jìn)行確定，技術(shù)人員要綜合考慮多方面的要求，再制定科學(xué)的實(shí)施方案，將測(cè)繪地理信息技術(shù)作為基礎(chǔ)的技術(shù)支持，保障土地整治和生態(tài)修復(fù)工程測(cè)繪工作的順利開展，再按照順序完成數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的過程。