無人機航空遙感技術在土地調查中的應用研究

王 棟，張永磊

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

隨著我國社會經濟的快速發展，帶動了城市化的進一步發展，對于土地的需求也變得越發突出，一些城市土地規劃日益緊張。在龐大的土地需求之下，傳統的土地調查技術已經難以滿足時代發展的需要，而隨著科學技術的不斷進步，越來越多的土地規劃調查技術被應用到土地的管理中，比如基于現階段無人機航空遙感技術，在土地規劃管理中已經發揮了極大的作用，有效地提高了土地調查的效率[1]。

1 無人機航空遙感在土地調查中的發展背景

在無人機航空遙感技術尚未普及之前，大面積的土地調查主要是通過衛星遙感圖像。但衛星遙感圖像本身也存在一定的不足之處，比如衛星只有在飛到預定軌道之后才可以向目標區域獲取相應的遙感信息數據，但有時候受制于天氣狀況實現的多項因素的影響，并不一定能在最短的時間內獲取相應的資料，因此獲取原始影像資料的周期比較長，每一次使用都需要一筆不菲的支出。而且受制于從高空拍攝設置為衛星的各項技術參數等因素的影響，獲取的圖像也不夠清晰，效率低、像素差、遙感數據不精確等多種因素并不利于土地調查正確數據的獲取，根本無法適用于小面積、小區域的土地調查[2]。

在這種環境下更需要研發一個低成本、高效率、清晰度更高的適用遙感技術，代替傳統的衛星遙感技術，后來隨著無人機技術的快速發展，被廣泛應用到各行各業，而且無人機的整體成本更低，可操作性靈活，因此基于無人機搭載遙感平臺應用到土地調查中更符合實際的需求。而且現階段在相關行業及科技的支持之下，無人機航空遙感測繪技術也被推到了一個新的階層，其獲得的影像精度和數據含量越來越高，對提升土地調查工作的質量和效率具有無可代替的作用[3]。

2 無人機遙感系統的組成結構

目前用于土地調查的遙感無人機系統組成結構一共由5 個部分組成，根據其功能可以分為飛行結構、無人機操控系統、地面監控操作站、遙感信息獲取系統、數據分析和處理系統。

2.1 飛行結構

飛行結構主要是指無人機遙感系統中飛行器的本身結構，其主要作用是搭載著遙感設備進行起飛，并接受地面監測站的控制。其飛行結構通常是根據遙感設備的不同選擇不同的型號，因為不同的遙感設備，其重量和體積不同，而不同規格的無人機最大的飛行荷載也是不一樣的。目前在我國無人遙感系統中所使用的主要是國產無人機，比如說大疆系列的無人機，飛行系統比較穩定，一次滿電之后的續航時間也相對比較長，基本上可以滿足常規下的遙感地理信息的采集。需要注意的是，在選擇飛行結構的時候必須與遙感設備重量相匹配，并滿足遙感數據采集的控制性能需求[4]。

2.2 無人機操控系統

操控系統是整個無人機系統最核心的部位之一，基于操控系統的芯片所接觸的地面傳輸的數據來控制無人機實時定位自己的位置，并按照事先設定好的程序進行飛行[5]。操控系統根據其組成部分可以分為數據接收和發射系統、GPS 導航系統、慣性導航系統、氣壓傳感和重力感應系統。其主要作用是在地面監測站傳出線路的控制信息之后，按照事先輸入的指令朝固定的方向和速度進行飛行，并根據實際的需要調整無人機的俯視角、仰視角、側滾角、偏航角等，為后期數據的采集和處理提供充分的材料，一般情況下當設定完整個程序之后，不需要進行人為干預，系統會根據事先設定好的程序進行飛行和采集資料[6]。

2.3 攝影遙感數據采集系統

無人機所搭載的攝影遙感數據采集系統通常是根據行業需求所定制的，高分辨率多層信息采集的數碼相機同步搭載線上的雷達設施。在攝影遙感數據采集過程中，由于無人機一直保持飛行的狀態，因此所獲取的照片很可能會發生一定的變形，因此后續工作中必須做好對無人機圖像變形的處理，具體的處理方法可以根據無人機的飛行狀態及相關的參數進行調整和確定[7]。

2.4 地面操作監控系統

地面操作監控系統通常指的是無人機所附帶的地面控制設備，主要有計算機設備、控制軟件、天線、電源等部分組成。其目的就是方便操作人員能夠基于該系統實現向無人機遙感系統實時傳輸相應的數據資料和控制信息，并實時地接收來自無人機所反饋的飛行數據以及所拍攝到的照片數據，而且在飛行過程中也會自動采集到相應的飛行參數，包括飛行時的高度速度、路徑、角度等，可以作為后期數據處理的相關修正性材料。

2.5 數據處理

數據處理系統主要是指在采回數據之后，基于計算機軟件對所拍攝到的圖像和雷達遙感數據進行合成處理的一個過程。目前國內外的遙感攝影測量處理的軟件比較多，通常可以根據具體的需要選擇對應的處理系統，進行矯正之后獲得對應的正射影像圖來滿足攝影測量的需要。除了能獲取一些數量的點位和邊界數據之外，還可以獲得有同步拍攝的攝影資料，根據攝影資料可以更好地做出地綜和地塊屬性的識別，便于后期進行土地規劃和管理。

3 無人機航空遙感技術在土地調查中的優勢

3.1 分辨率更高

相對于航空遙感和航天遙感無人機遙感的飛行高度更低，因此所獲得的各種圖像資料和數據資料更加的細致，來滿足土地調查中一些細節信息的收集和處理。尤其當對地面進行攝影測量時，圖像的整體分辨率更高。對于部分區域的土地調查，不僅需要獲得相應的坐標資料，同樣對于一些地面標識性資料也需要獲取，這也是傳統的航天遙感和航空遙感無法滿足的。而且還可以結合具體的需要從多個角度進行拍攝，避免因為一些建筑物結構影響到遙感圖像的精度。

3.2 操作更加簡單

在傳統模式下土地調查中使用的，主要碰到的是全站儀，在條件允許的情況下使用的是GPS RTK 設備，無論哪一種設備對測繪人員個人的測量水平要求較高。而且通過這些方法所獲取的土地調查數據往往都是一些矢量的點位再導入具體的計算機軟件之后還要對不同的地塊進行識別標注。根據前期的標注資料，將對應采集到的測量點連接在一起形成閉合地塊之后，再標注上地塊的屬性，整體的工作量比較大，而且一般記錄資料出現錯誤或紊亂的話，還需要進行二次現場勘查，工作量比較大。因此在整個過程中會消耗大量的人力、物力，至少需要多個人參與。而且以上兩種方法在采集數據的時候還可能會受到通視效果信號干擾等多種因素的影響。而無人機遙感測繪技術則相對簡單，只要是經過相應的訓練之后都可以操作對應的系統，而且相對于傳統的方法，大大降低了人工成本和時間成本。尤其隨著相關電子科技及飛行設備技術的進步，有效地避免了因設備原因而產生的各種測量誤差。

3.3 靈活性更強

首先與傳統的衛星及飛機遙感相比，無人機的啟動成本更低，可以根據實際的需要隨時啟用無人機進行采集相關數據，而且在飛機的起降過程中不需要太過于專業的操作，在采集數據的過程中，還可以從垂直、傾斜等多個角度進行攝影測量獲取遙感數據。在采集數據的時候還可以基于已經設定好的程序完成多個航線上的采集，同時可以一次性設置多個地形測量拍攝點，整體的工作更加的高效。

3.4 使土地調查工作更加安全

無人機航空遙感數據采集的時候是不需要由人直接參與到其中的，而是由無人機帶著設備進行工作的，因此操作員只需要在地面進行控制即可，極大地提高了測繪的安全系數，尤其對于一些山區或對面情況不太好的環境測量時，基于無人機可以有效地代替人工進入一些復雜的地形或草叢中活動，盡可能地弱化了外界自然因素對數據采集人員所造成的危險，同時極大的方便的測繪數據采集的過程，有助于高質量、快速地完成測繪任務，對于土地調查工作的都是非常有價值的。比如在傳統模式下，有時候對于一些地塊的數據采集需要測量人員拿著GPS RTK 的接收器或到達需要測量的點上再收集點位坐標，但有些地區可能是水域、灌木叢，對于南方地區來說，這些區域還可能存在著毒蛇、毒蟲等風險。但使用無人機航空遙感則完全不用考慮到這些因素。

4 無人機航空遙感技術應用在土地調查中的可行性

現階段，在一些土地調查活動中廣泛地應用了無人機攝影遙感技術，有效地提高了傳統模式下的工作效率，充分發揮出了無人機遙感系統的優越性能，應用可行性比較突出。

4.1 數據采集得更加全面

在采集地面攝影和遙感數據的時候無人機可以基于多個角度進行采集，而且可以搭載最先進的攝影和遙感數據采集設備通過高空、低空，多角度多方位地采集數據，有效地打破了地面一些高層建筑遮擋的問題，這些都是衛星遙感系統無法解決的問題。

4.2 低成本性

對于土地調查工作而言，低成本、高效率自然是其追求的目標，無人機在一次性采集過程中可以獲取大量的地面數據資料，后續只要由專業的工作人員進行實地的數據處理即可，而且可以按照事先的線路進行飛行，基本上不需要太多資金和人力的投入，因此綜合的成本更低。

4.3 數據處理更高效率

與航天飛機或衛星遙感技術相比，目前我國對于無人機的管理流程已經非常的成熟，只需要基于簡單的手續便可以獲得無人機飛行許可證，并且與當地相關部門報備之后，便可通過無人機去采集數據。所采集到的數據可以基于現階段成熟的數據處理軟件進行自動化的數據采集和修正。而后期只需要由人工堆砌數據的準確性和相關誤差進行檢驗即可，整體的工作量更小，而且效率更高。

5 無人機航空遙感技術在土地調查中的應用流程

5.1 準備工作

在土地調查時的一個核心工作就是要統計出土地的數量、面積、分布和目前的使用情況等相關信息。在進行數據采集之前，相關的工作人員需要對每一宗土地的位置、范圍、面積、類型等情況進行全方位的調查。在提取無人機航空遙感數據之前，相關工作人員還要結合實際的土地調查需要，分析是否需要作為整理土地利用現狀的圖案等相關的數據。

在提取到遙感平臺所獲取的相關數據之后，工作人員要結合傳感器的類型及所獲取的遙感材料的類型確定出土地類型的解譯標準，目前來說行業中主要采用數碼信息來獲取相關的資料，數碼相片上面的分辨率和文理辨識度等特征來進行解疑土地信息，主要是通過人工目視判斷的方法。為了確保對每一宗地塊的土地性質解譯的準確性，對圖像處理之前需要進行全方位的走向走訪工作，根據植被的類型、地貌特點、土地分布等選擇具有代表性的樣本，比如，調查人員可選取地類單一、特征明顯的典型地塊作為地類樣本，并將其放入樣本比對庫。樣本比對庫是后期信息解譯和提取的基礎。

5.2 信息的解譯和提取

調查人員應結合當地土地調查的需求，根據影像上地物所反映的綜合信息，利用GIS 平臺人工進行綜合分析對比、判斷與推理，進而提取出目標地物的信息。調查人員可以根據色彩、形狀、大小、紋理、陰影等特征來判讀地物的類型和某些性質。此外，調查人員還要對其他輔助信息（如已有的調查資料）進行對比分析，以增強信息提取的準確性。

5.3 評價內業解譯結果的精度

內業解譯結果不可避免地會出現錯判的問題，這些問題可以通過開展外業核查來解決。外業核查的目的是修訂內業解譯結果，并不需要對所有的信息進行核查。在核查之前，工作人員要提取調查區域變化圖斑信息，這可以通過對比變更調查數據庫來實現。

6 結語

作為新型測繪技術，無人機航空遙感技術機動性較強，相關人員可利用該技術因地制宜地開展土地調查工作。在土地調查工作和測繪工作中，無人機航空遙感技術具有明顯的優勢，可以滿足當前土地調查的要求以及高精度測繪的要求。因此，在實際應用時，相關工作人員應明確無人機航空遙感系統的組成和工作原理，保證土地調查工作高效進行。