無人機遙感技術在農村土地監測中的應用

萬翔 楊樂 楊新飛 楊楊

摘要：無人機遙感憑借操作簡便、可動態連續監測等優勢，在農村土地監測中得到廣泛應用，使農村土地管理具備實時數據獲取、準確定位及高效應對的特點，填補了地面監測和高空遙感測量能見度低的空白。文章以某農村地區作為試驗區域，首先，利用無人機遙感技術獲取該試驗區域高分辨率圖像，通過總結無人機遙感技術的應用方式和實施流程，對該試驗區域的土地利用情況展開評價；其次，構建實際值評價方法、指標權重確定、指標合理值確定以及對評價指標標準化處理等指標體系；最后，分析無人機遙感技術在農村土地監測中的應用場景。研究旨在為農村土地監測工作提供一種新的技術手段。

關鍵詞：無人機；遙感技術；農村土地監測；評價指標

中圖分類號：TP79? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0084-04

0 引言

實現農業地籍利用類型和指標數據化，是農業地籍監測管理工作的基本前提。無人機遙感技術是以無人機載遙感傳感器為基礎，綜合運用無人駕駛、遙感、遙測遙控和空間定位系統等現代信息技術，獲取農業空間信息的重要手段［1］。在農村土地監測中，無人機遙感技術能夠實現對農村土地的高效監測；此外，該技術能實現快速獲取農田空間位置信息、劃分土地利用類型、定位農田基礎設施、量算種植面積等目的，其精確度遠超傳統的農村土地測量方法。

隨著遙感技術的快速發展，現階段已實現農村土地監測和評價工作的創新。怎樣借助無人機遙感技術實現對農村土地的高效監測和評價，讓農村土地利用率最大化，已成為相關技術部門研究的重點方向。從現階段對無人機遙感技術的應用情況來看，大部分集中在對土地管理或是對單一農作物在植株數量、植株品質的選取等方面的應用，很少有關于農村土地監測的全面應用。因此，本文的研究立足于具體的試驗區域，對無人機遙感技術在土地檢測中的應用方式、流程、土地利用評價指標體系等方面展開探索，在有效填補理論研究空白的同時，為農村的土地監測提供一種全面的技術手段，進一步提升農村土地的利用率。

1 無人機遙感技術監測土地的實現方式

1.1 技術基礎

影像拍攝是無人機遙感技術的應用基礎。在無人機上安裝航空攝像、照相機，根據航高高度和設計角度呈現出直線拍攝照片，并根據飛行軸線位置進行圖像調繪，采用圖像匹配、空三分析等方法，得到影像圖和數字高程模型，同時可加工生成數字線劃圖［2］。無人機平臺是飛行設備的一部分，繼承了常規航空攝影測量的原則與方式，把非規范性傳感器信息轉化成透視圖像，通過專門程序對數據加以處理，具備信息收集與處理功能。具體的技術基礎配置如圖1所示。

1.2 技術思路

首先，通過分析試驗區域土地利用情況，構建相應的評價指標；其次，將無人機航拍獲得的影像放置在相關平臺進行分析和解譯，得出相關指標數值；最后，根據相關資料對該農村土地實驗區域進行綜合分析，對土地利用程度、限制條件及發展趨勢做出全面評價。

1.3 采用的方法

本次研究主要采用實地調研、定性定量分析結合的綜合方法監測試驗區土地。其中，實地調查是指針對試驗區域農村土地的實際情況進行調查，其他研究方法是為了探討能夠實現農村土地監測的創新模式，提出綜合性的評價目標、原則及內容，為構建相應的指標體系做鋪墊。根據評價指標，對獲得的影像展開解譯，根據試驗區域的基本資料、數據等進行評價，用于分析農村土地利用存在問題的原因。

2 技術實施流程

2.1 無人機遙感影像獲取流程

在獲取無人機遙感影像之前，需要對本次工作目標進行確認，以便安排試驗的前期工作。確認內容包括收集區域內的基礎資料、確定飛行時間及航線、成圖的比例尺等方面。通過試飛、影像查閱、總結等流程，獲取原始圖像。

（1）航攝準備。根據比例尺、區域特征、航高、焦距等數據，制訂合理的飛行方案。本次設定的飛行高度為1 km，總共設計6條飛行航線，沿著西北至東南的方向飛行；本次實驗的航攝儀為“佳能”400D，將焦距設置為24 mm，并設置間隔3 s的光圈自動曝光時間；航向重疊部分為85%，旁向重疊部分為55%。

（2）航攝作業。本次作業安排2架次無人機根據設計的飛行路線飛行，共計獲取636副影像。根據POS（Position Orientation System）參數，最大和最小航高的差距為29.49 m，低于設計高度的5%。不同影像的種類、標志齊全，滿足攝影需求，影像的分辨率高達0.1 m，影像色調柔和、層次豐富，滿足本次飛行作業的要求。

2.2 外部作業控制測量

根據相片的設計原理，將設想的控制點全部設計成平高點，此外需要進行高程點視的分析。采用區域網的布局方法，根據1∶2 000的成圖比例要求，在控制點之間間隔一定路線，并在基線的周圍設置6～8條平高點，在線上間隔4～6條路線。根據相關無人機遙感技術要求，讓外部作業人員對控制點進行測量，構建2次基準站，選取分布較為均勻的4個點位作為基準控制點；選取均勻的9個平高點作為檢測點，測定像控點的實際坐標。

2.3 內部作業處理

（1）正射影像生成。在相關軟件技術的支撐下，對本次拍攝到的照片進行解譯，將控制點作為參考點位進行定向，構建數學模型，最終形成影像。

（2）影像圖解譯。結合各種農村土地利用種類所呈現的影像色調、結構和紋理等方面的差異進行解譯，以便后續分析工作的順利開展。

（3）正射影像圖矢量化。結合試驗區域的基礎資料，采用目視的方法進行判斷，在相應的平臺上對影像進行解譯，得到試驗區域的土地形狀和10項利用類型的指標參數（見表1）。

2.4 試驗區域土地利用評價分析

（1）評價實際值的方法。結合試驗區域土地利用整體性情況，構建評價指標體系（見表2）。

（2）確定評價指標權重。在本次試驗過程中，試驗區域土地利用情況評價的指標權重借助特爾菲法確定。

（3）確定指標合理值。指標合理值采用國家相關的標準和政策進行確定，針對部分未納入國家標準的指標用相關均值替代。

（4）評價指標的標準化處理。結合確定的指標實際值與合理值，將試驗區域農村土地利用程度評價指標的實際值進行標準化處理，處理的基本公式如下：

[Si=ti-aiti]

其中，[Si]為i項的指標分值；[ti]為i項指標的土地利用合理值；[ai]為i因子指標實際值。

（5）土地利用綜合指數值計算。根據土地利用的評價指標，計算綜合利用數值，具體的計算公式如下：

[λi=（βi×Si）]

其中，[βi]為i因子指標權重（100）；[Si]為對應的標準化值；λ為土地利用的合理情況。

（6）試驗區土地利用程度分析。根據得出的指標數值，可以分析得出試驗區域的土地利用指數為40.8%。從實際的指標看，土地利用程度越高，容積率越大，基礎設施更完善，農作物產量越高。但是，該試驗區中仍有部分閑置或未完全開發的土地及需要進行深度開發的土地，在土地利用率上仍有一定的挖掘潛力。

3 無人機遙感技術在農村土地監測中的應用場景分析

就農村土地利用情況而言，農作物種植用地所占比重較大，關系著農村人口的基本生計，因此無人機遙感技術在農村土地監測的應用層面，大部分是用作對農田空間信息、農作物生長信息以及威脅農作物正常生長因素的監測。

3.1 無人機遙感技術在農田空間信息監測中的應用

農田的空間信息包含土地的地理坐標及農作物的分類2個部分，將無人機遙感技術應用于對2種信息的監測，能夠實現對各種農作物種植面積的精確計算及對農田空間位置信息的實時獲取［3］。此外，廣泛應用空間構型測量技術后，能進一步將農田空間信息監測與高程信息接軌，最大限度地提高空間的分辨率，進而獲取更準確的數據資料，提高對農田信息判斷的精準度。

3.2 無人機遙感技術在農作物生長信息監測中的應用

（1）農作物信息監測主要包含對葉面積指數及地上部生物量2個內容的信息監測。針對葉面積指數的監測，主要是對地面的單面綠葉面積總和進行計算，能更好地呈現農作物吸收和利用光能的情況，關系農作物的物質積累和最終產量。目前，無人機遙感監測的葉面積指數是作物生長主要參數之一，因此在進行研究時，需要對高光譜技術進行合理利用。針對地上部生物量的監測，通常應用多光譜信息，建立模型和運用空間構型計算，提高數據的精準度［4］。

（2）對農作物中的營養指標進行采集和監測。借助無人機遙感技術，結合不同農作物對光能產生的不同反應，實現對農作物各項指標的判斷和識別。其中，農作物能在不同的光波段中產生不同的反應，可以通過對顏色和紋理的分析，掌握和了解農作物的實際營養吸收情況。

（3）對農作物的最終產量進行監測。利用綜合性的整理和分析方法對多種因素進行識別，形成一個能對農作物最終產量進行精確估算的模型。

4 無人機遙感技術在農村土地監測領域的發展趨勢

4.1 研發使用模式更簡便且成本更低的無人機平臺

目前，無人機遙感技術應用于農村土地監測的過程中仍存在許多缺陷，使無人機技術的推廣使用受到阻礙。例如，在惡劣的天氣環境下，無人機遙感技術對農村土地的監測準確性不高且存在較大的安全隱患。因此，未來需要加大對無人機平臺研發的投入，加大力度支撐無人機平臺的研發工作。同時，需要政府部門加大政策支持力度，對無人機研發團隊提供必要的試驗場地或政府財政支持等。

4.2 實現對農作物生長周期情況的動態監測

借助無人機遙感技術對農村土地進行監測時，由于信息監測缺乏周期性和聯系性，所以使監測數據缺乏一定的準確性和合理性［5］。農作物的生長過程具有周期性，不同的生長階段監測到的數據存在一定的差異，因此利用無人機遙感技術對農村土地監測時，需要強化對農作物生長信息動態性和周期性的監測力度，以便更好地了解農作物在不同生長階段對生長環境的不同需求。

4.3 提高數據處理能力

應用無人機遙感技術監測農村土地，會產生種類多樣的數據，但現階段還不能較好地對這些數據進行處理和動態解譯，在一定程度上限制了農業的發展［6］。因此，在后續的應用過程中，需要不斷提高數據的處理能力，為農業發展提供科學的數據支撐。

5 結語

綜上所述，農村土地資源作為農村經濟活動的重要載體和基礎，為了能夠實現農村地區的高質量發展，需要不斷強化對農村土地的監測，尤其是對農作物生產方面的監測。本文的研究基于農村試驗區域，借助無人機遙感技術，在獲取高分辨率影像數據的同時，對得到的數據進行解譯和分析，得出試驗區域農村土地的利用情況。通過構建無人機遙感技術在農村土地中的應用場景，探討無人機遙感技術在農村土地監測領域的發展趨勢，以期能進一步提高農業生產的科學性，為農村地區經濟的發展提供保障。

6 參考文獻

［1］于堃，單捷，王志明，等.無人機遙感技術在小尺度土地利用現狀動態監測中的應用［J］.江蘇農業學報，2019，35（4）：853-859.

［2］李海燕.無人機攝影測量技術在土地整治項目中的應用［J］.地球，2019（3）：96-97.

［3］周伊伊.基于無人機遙感技術的設施農業用地監測研究［J］.現代化農業，2023（2）：47-50.

［4］劉貞利，蘇壯.無人機遙感技術特點及在土地管理工作中的應用［J］.商情，2022（39）：43-45.

［5］趙占營，陳靜.無人機遙感技術在土地管理中的應用進展［J］.價值工程，2022，41（10）：129-131.

［6］馬林，明春梅.無人機航空遙感技術在土地調查中的應用研究［J］.IT經理世界，2022，25（11）：4.