現代測繪技術在自然資源測繪中的應用探討

文／梁俊輝 衡陽縣自然資源局 湖南衡陽 421200

引言：

可持續發展戰略背景下自然資源測繪愈發受到國家重視，需通過精準、科學、全面測繪為前提，進一步促進自然資源管理工作的高質量開展。而傳統測繪手段應用，不僅無法保證測繪質量符合預期要求，甚至因測繪失誤、偏差的出現影響到后續自然資源的有效利用與管理。需借助測繪新技術來促進自然資源測繪的優化開展，并為自然資源測繪工作價值與作用體現提供保障。

1.自然資源測繪中測繪新技術應用意義

分析現階段測繪工作實施期間新技術的應用，主要作用表現為：一是為自然資源管理政策、制度的制定提供數據參考。無論是自然資源管理還是土地劃分管理工作開展，均需通過測繪來獲取數據信息[1]。而得益于測繪新技術的應用，不僅可保證測繪信息的采集符合精準性、全面性、客觀性要求，亦可實現對人為失誤、數據偏差等問題的有效規避，避免因數據信息采集不規范影響到相關管理政策制度的有效制定。二是有助于促進自然資源管理效率的顯著提升。以測繪新技術來取代常規人工測控手段，可在保證測繪信息符合質控要求的前提下，實現對自然資源測繪流程與環節的簡化，并通過對人力資源投入的縮減來達到成本控制的目的，借助更為高效、高質的技術手段來促進自然資源測繪的有效開展[2]。

2.現代測繪技術在自然資源測繪中的應用

2.1 無人機航測技術

目前無人機航測在多個領域行業得到有效應用，相較于其他測繪手段而言，無人機航測在成本控制、測繪效率、靈活控制、適用范圍等方面存在顯著優勢。而在自然資源測繪中合理應用無人機航測，可在加強外業測繪安全控制的同時，進一步提升自然資源測繪效率[3]。本文以湖南省衡陽縣某測繪項目為例，考慮到測繪周期、成本、范圍等因素，最終決定采用無人機航測技術完成任務。項目采用無人機型號為“大疆精靈4pro”，主要特點包括：風速最大承受控制在10m/s，地面站包括Pix4Dcapture（傾斜數據獲?。?、Litchi（全景數據采集）、Map Pilot（正射影像數據獲?。?，采用2000 萬像素影像傳感器，飛行時間控制在30min 左右。在實際自然資源測繪中，無人機航測技術應用涉及以下流程：

2.1.1 內業準備

在測繪作業準備階段要求相關人員做好以下幾點：

（1）位置界定。依據對項目范圍的掌握與分析，對測區大小、位置進行精準計算，借助高德地圖對測繪位置周圍情況查看，并根據現場情況確定導航目的地。

（2）文件保存。以Map Pilot（正射影像數據獲取）軟件為載體對該項目涉及KML 文件保存處理，在軟件中加載文件后按要求對飛行范圍進行設定，在保證底圖清晰的前提下打開文件[4]。

（3）確定采集時間。要求人員在充分考慮天氣條件前提下來確定無人機航測時間。

2.1.2 外業采集

在無人機外業測繪作業時，需遵循以下步驟：

（1）在全面考察現場環境的前提下，選擇相對理想的無人機起降點，以保證無人機的起飛降落不受周圍環境的影響。

（2）起飛前按規定開展檢測工作，確保無人機指南針、電壓、各構件均處于穩定運行狀態。以Litchi（全景數據采集）地面站為載體控制第一架無人機起飛，主要負責對建筑物高度、周圍環境、高壓塔高度、高壓線分布等情況進行觀察。

（3）上升至一定高度后，借助地面站對無人機進行全景模式切換，以獲取現場清晰全景照片。

（4）對預先保存的項目利用Map Pilot（正射影像數據獲?。┛刂普具M行加載處理，控制無人機自動執行航拍任務，以保證正射原始照片的獲取符合要求。

（5）無人機飛行期間利用Pix4Dcapture（傾斜數據獲取）控制站切換雙網格交叉任務模式，并結合對現場情況、周圍環境的分析來設定無人機飛行范圍，確保獲取的傾斜攝影照片符合標準要求。

2.1.3 數據處理

對無人機航測獲取的數據信息，具體處理方式包括：

（1）正射影像處理。要求相關人員以Pix4Ddesktop（正射影像數據處理）軟件為載體，結合以下流程優化處理正射影像：①導入航測任務獲取的相片資源，并按處理要求設置POS 坐標。②結合預先設定選項對導入后像片進行規范化處理。③獲取符合預期要求的成果報告，并對正射影像分別進行KML、TIFF 格式處理。其中KML 格式影像圖可利用Google Eart 軟件來查看面積、坐標等信息，TIFF 格式支持其他軟件的查看處理。

（2）全景影像處理。即對獲取的全景照片利用Photo shop 與PTGui（全景數據處理）軟件進行處理，搜索與之相契合的天空圖，借助Photoshop 軟件對合成后的全景圖進行天空嵌補，以保證全景圖的制作符合規定要求。

（3）三維影像處理。對采集的照片、數據等信息導入Acute3D（三維數據處理）軟件生成三維模型，依托于三角測量的方法對像片獲取位置進行計算，并通過重建項目提交、坐標系統設置等操作構建完整且合理的三維模型。

2.2 遙感測繪技術

自然資源測繪中遙感技術應用主要是在確定監測事物的前提下，借助相關技術設備以遠程感知的方式來獲取測繪所需數據信息。在實際應用過程中，遙感測繪精準性控制受到傳感器設置的直接影響，測繪期間地面事物依托于傳感器來采集信息，地面接收采集數據信息后利用計算機進行分析處理[5]。作為綜合性測繪技術之一，遙感技術涉及到對電子科學、計算機科學、測繪科學等學科知識的融合應用，其主要環節流程如圖1 所示。

圖1 遙感技術應用流程

目前自然資源測繪中遙感技術的應用獲得顯著成效，可發揮以下作用：

（1）動態監測。結合對GPS、GIS 等技術的聯合應用，可促進土地測繪工作的高效率開展。在實際測繪作業過程中，需以目標明確為前提，依托于遙感技術進行動態化、實時化監測，對于監測期間產生的辨別數據、圖像等資源，需利用計算機進行簡化處理，并按照規定要求對采集數據信息存儲與分析，基于相關數據、圖像資源的比對分析來獲取相對客觀、準確的結果[6]。要想最大化發揮出遙感技術動態監測的作用與功能，需結合對現場情況、環境條件的分析來確定最佳監測周期，以保證數據資源獲取符合標準要求，并促進自然資源測繪工作的低成本、高效化開展。

（2）勘測與定界?？稍诳睖y作業時借助遙感技術實現精準定界，基于對勘測坐標得到確定，依托于遙感技術開展勘測測量，以實現對土地范圍、界線、面積的準確界定，以此為土地規劃利用的有效開展提供資料支撐。通常情況下，基于遙感技術的勘察與界定工作涉及以下流程：實地勘測、資料審核、地界圖繪制、資料整理建檔等[7]。

2.3 GPS 定位測繪技術

目前GPS 技術在自然資源測繪領域得到廣泛應用，其主要原理是基于同一點位的確定，借助多個衛星對同一點位傳輸不同角度的測距信號，同時對點位獲取的數據信息利用接收機導航電文進行解算處理，以獲取用于自然資源測繪的數據信息。該技術的有效應用，主要特點包括全天候、高效率、實時傳輸等。得益于定位技術的持續創新與改進，GPS 單點定位的精準度呈現出逐漸增高的態勢。以土地測繪領域為例，其中GPS 技術應用涉及到以下方面：

（1）GPS 靜態測量。即作業期間依托于對測量型接收機的應用對目標進行定位測量，其中GPS 接收機會在全流程作業中保持靜止狀態，對測量目標主要利用接收的變化數據進行坐標推算。通常情況下，要想采取靜態測量的方式實現同步觀測，需將接收機的布設數量控制在3 臺以上，而同步觀測耗時則控制在30min 左右[8]。

（2）GPS 動態測量。作為數據傳輸與測量等技術的集成，動態測量又稱為RTK 測量，主要組成包括移動站、基準站，其中基準站的應用，可依托于大功率裝置實現對數據信號的發射，而移動站主要負責對實時動態數據的獲取，并通過對衛星信號的獲取來達到提升土地測繪效率的目的。

（3）CORS 技術?？梢劳杏趯πl星定位服務系統的應用，促進測量領域朝著網絡化的方向持續發展，作為RTK 的“升級版”，CORS 技術應用主要是在充分考慮地形地貌、測繪區域等因素的前提下，通過對固定參考站的設置來維持全天候運行，以保證觀測數據信息的提供符合預期要求。同時，該技術在人為誤差控制方面存在顯著優勢，所以在自然資源測繪領域中取得較為理想的應用效果[9]。

此外，在開展GPS 測繪作業時，可根據情況不同分別選擇間隔性復測與連續監測兩種模式。對于連續監測模式應用，可將其測量精度控制在亞毫米級別，并發揮天線誤差消除的功能，但投入成本明顯更大。而對于間隔性復測的應用，在成本控制方面存在優勢，但測量精準性控制效果相對較差。若自然資源測繪期間采用間隔性復測模式，需視情況借助輔助設備來提升測繪精準度。

2.4 GIS 測繪技術

作為新型測繪技術之一，GIS 技術主要是以細節信息、特定地形圖的存儲為前提，以數字化模擬的方式對空間原貌進行分析處理，以保證點位分布數據的獲取符合準確、全面的要求。目前，GIS 技術在監測預報、輔助決策等方面發揮重要作用，且系統支持對數據信息的自動化采集，具有文件數據測繪處理功能，并支持對圖像、聲音、數據、視頻等信息資源的海量存儲。以礦山資源測繪為例，GIS技術的發展涉及到對地理測繪、計算機工程等學科知識的集成，依托于GIS 制定的決策輔助，能夠為自然資源測繪、災害預警等工作的有效開展提供助力。分析GIS系統構成，具體包括數據庫、模型庫以及方法庫[10]。其中數據庫主要是測繪信息數據存儲、調用的載體，依托于數據庫模塊的有效設置，可實現對測繪數據信息檢索、利用、存儲的一體化集成，確保相關數據信息的調用符合測繪工作要求。模型庫主要是基于對測繪計劃的確定，對宏模型進行補充、更新或調用，可以此為支撐來促進測繪工作的高效開展。而方法庫則是當前測繪方法的存儲載體，能夠在運行階段對路徑算法、排序算法以及分類算法進行存儲和調用。另外，GIS 決策輔助系統構成涉及GIS 分析、OLAP 模塊的設置，可在測繪期間依據分析結果自動化開展邏輯推演，具體功能原理如圖2 所示。

圖2 GIS 測繪系統原理

2.5 三維激光掃描技術

得益于技術升級與發展，促使三維激光掃描技術在我國自然資源測繪領域得到廣泛應用，可通過轉變傳統單點測量模式來提升測繪精準性。在自然資源測繪中合理應用激光掃描技術，可在結構全面掃描的基礎上進行三維點參數界定，并結合對數字地形模型的構建為自然資源測繪提供參考。相較于其他測繪技術應用，三維激光掃描技術具有以下優勢：

（1）采集效率、精度較高。可借助自動化的形式對目標區域進行掃描分析，在保證信息數據獲取符合精準性要求的前提下，提升自然資源測繪效率。以往單點測量手段應用不僅測量周期長，還需同時配備多名人員負責操作設備，導致自然資源測繪成本增大。而借助三維激光掃描技術的有效應用，可在保證自然資源測繪作業高效率開展的同時，實現對人力資源投入的縮減。

（2）實現安全測繪。常規測量測繪技術應用要求相關人員對設備近距離操控，而受到外業測繪環境復雜、條件惡劣等方面的影響，使得自然資源測繪工作出現安全事故的概率增大。而借助對三維激光掃描技術應用，可在保證其測量測繪結果符合預期要求的前提下，實現對外業測繪危險事故的有效規避。

在實際自然資源測繪中，該技術應用主要流程包括：第一，外業數據采集。即要求相關人員以規定要求為參照，開展現場踏勘工作，確保掃描儀與標靶位置定位符合精準性要求的前提下開展外業數據采集工作。同時，在數據獲取時需注意在保證數據完整的同時盡可能做到對數據量的縮減。第二，點云數據配準。因掃描期間每個測站只能對局部坐標系的獲取，所以需在確定掃描區域的前提下，結合對多個控制標靶的設置來實現對數據統一坐標系的有效獲取。第三，地物提取繪制。以配準后點云數據為基準進行地物特征點的提取，具體參數包括電線桿中心點、房屋角點等。同時對特征點利用軟件算法或人工操作的方式進行擬合，并按照規定規格輸出為文本文件。第四，地表數據獲取。在測繪期間該技術應用涉及到對測區空間信息的整體掃描，所以涵蓋地表所有信息。為避免等高線等參數的生成受到地表植被的影響，要求人員在處理過程中重視對非地表數據的全面剔除。第五，等高線生成。其數據密度控制與掃描時設備距離控制之間存在密切關聯，對此需結合現場情況的分析，通過對點位抽稀處理來提升等高線生成的合理性。需注意，點位密度的抽稀需以地形測繪要求的分析為前提。第六，地形圖編輯。即對等高線、地物圖形等參數進行編輯、疊加處理后生成地形圖。

結語：

綜上所述，數據信息的準確、全面采集是自然資源測繪工作價值體現的關鍵基礎，而自然資源測繪開展水平不僅影響到我國自然資源管理與利用成效，亦對宅基地測繪、耕地保護、地籍調查、國土空間規劃、礦山測繪等領域的發展有著重要影響。鑒于此，為促進自然資源測繪模式與方法的轉變，需在明確當前資源管理需求的前提下，積極轉變自然資源測繪觀念，在積極引進測繪新技術的同時，加大對測繪技術與裝備的創新與研究力度，以期轉變以往低效率、高成本、誤差大的自然資源測繪局面，實現以高效率、高質量測繪工作為支撐，促進我國自然資源管理的高水平開展。