無人機遙感技術在數字鄉村建設中的應用

冀 龍

（山西省測繪地理信息院，山西太原 030001）

0 引言

數字鄉村建設旨在通過信息技術的應用，提升村民生活質量，促進農業可持續發展，推進鄉村現代化。在數字鄉村建設中，高精度地圖的制作是非常重要的一環，而無人機遙感技術可以提供高分辨率、高精度和高時效性的地圖數據，因此被廣泛應用于數字鄉村建設中。通過兩年駐村幫扶工作中的實踐經驗總結，對此課題進行了深入研究，將以無人機遙感技術在數字鄉村建設中的應用為研究對象，探討其在地圖制作、數字化鄉村規劃等方面的應用，并結合實際案例對其效果進行評估和分析。通過此研究，可以更好地理解無人機遙感技術在數字鄉村建設中的應用價值和未來發展方向。

1 數字鄉村建設

1.1 數字鄉村建設的概念和意義

數字鄉村建設是指利用信息技術手段，對農村地區進行信息化改造，推進農村現代化和鄉村振興的過程［1］。數字鄉村建設的目標是提高農村地區的信息化水平，促進農業生產和村民收入的提高，推動鄉村振興和農業農村現代化。

1.2 數字鄉村建設的發展現狀和趨勢

當前，數字鄉村建設已經成為國家政策的重要內容，各地也紛紛制定數字鄉村建設的實施方案，推進數字化技術在農村地區的應用推廣。其發展趨勢是以智能化、信息化、綠色化、生態化為主要方向，推動農村地區的現代化和鄉村振興。

1.3 數字鄉村建設的關鍵技術和應用場景

1.3.1 物聯網技術

物聯網技術是數字鄉村建設的重要支撐技術之一，它通過將各種物理設備、傳感器等連接到互聯網上，實現對農業生產、水資源、氣象等方面的實時監測和數據采集［2］。

1.3.2 云計算技術

云計算技術是數字鄉村建設的重要技術支持之一，它通過網絡技術和分布式計算技術，實現對大規模數據的存儲、處理和分析。

1.3.3 大數據技術

大數據技術是數字鄉村建設的重要技術支持，可以實現對農業生產、資源利用、環境監測等方面的大規模數據采集、處理和分析。

大數據關鍵技術涵蓋數據存儲、處理、應用等多方面，根據大數據的處理過程，可將其分為大數據采集、大數據預處理、大數據存儲與管理、大數據分析及挖掘、數據可視化等，如圖1 所示。

圖1 大數據五大關鍵技術

大數據技術推廣也是無人機遙感技術在數字鄉村建設中的重點應用方向，本文將具體說明使用無人機航拍技術對國土資源進行數據采集、數據處理和分析、數據可視化及三維建模等方面的應用。

1.3.4 應用場景

數字鄉村建設的應用場景包括智能農業、智慧交通、智慧醫療、數字教育等。

2 基于無人機遙感技術的高精度地圖制作

2.1 基于無人機數據采集

基于無人機獲取影像數據具有精度高、作業效率高等特點，因此在小范圍內該方法是目前主流的影像數據采集方法。

首先，無人機的飛行高度可以根據需要進行調整，可以在不同高度下獲取不同分辨率的地圖數據。其次，無人機可以在短時間內完成大范圍的數據采集，從而提高采集效率。再次，無人機可以應用多光譜遙感技術，通過多光譜傳感器獲取更全面、更準確的地圖數據［3］。

在無人機采集過程中，需要注意保證飛行安全和數據質量。例如，需要選擇合適的天氣條件進行飛行，以避免風力和降水等天氣因素對數據采集造成影響［4］。同時，還需要選擇合適的攝像頭和傳感器，以確保獲取的地圖數據具有高精度和高可靠性。

2.2 科學編制測量地圖

科學編制測量地圖是指在無人機采集到的高精度地圖數據基礎上，進行數據處理和分析，最終生成高精度的數字化地圖。以使用大疆精靈4 RTK無人機為例，操作流程和航拍高清影像示例如圖2所示。

圖2 無人機航拍測繪流程及高清鄉村地圖實例

具體來說，在數據處理階段，首先需要對采集到的原始數據進行初步處理，如去除噪聲、調整色彩等。然后進行地面控制點的勘測，獲取地面控制點的坐標信息。最后，進行校正和配準，將無人機采集到的數據與地面控制點進行匹配，以獲得更高的地圖精度。

在拼接階段，將多個小區域的地圖數據拼接成一個完整的大區域的地圖，并進行重疊區域的處理，以確保地圖的連續性和準確性。最后，對地圖進行標注，添加地名、道路、建筑物等信息，以增加地圖的可讀性和實用性。

2.3 實景三維建模流程

利用無人機獲取影像數據后，后續的數據處理流程如下：1）將傾斜影像進行空中三角測量，獲得所有影像的高精度外方位元素；2）基于畸變校正后的傾斜影像和高精度的外方位元素通過多視影像密集匹配，獲得高密度三維點云，構建地形3DTIN模型；3）根據3DTIN 每個三角形面片的法線方程與二維圖像之間的夾角選擇相對應的最佳紋理信息，實現紋理的自動關聯；4）輸出并獲得地形三維模型成果。上述流程可以在Smart3D 等軟件中自動計算，最后生成三維場景。流程如圖3 所示。數字模型如圖4 所示。

圖3 影像數據的三維建模處理流程

圖4 三維地形場景

在整個編制測繪地圖的過程中，需要注意數據的準確性和一致性，以確保生成的地圖可以滿足數字鄉村建設中的需求，為數字鄉村建設提供有力支持。

2.4 數字化鄉村科學規劃

無人機遙感技術可以為數字鄉村建設提供高精度、高效率的地圖數據，從而為其提供有力支持。基于此高精度地圖數據，可以進行數字化鄉村科學規劃，包括農村土地利用規劃、農業生產規劃、農村旅游規劃等，從而為數字鄉村建設提供有力支持，全面實現鄉村振興偉大戰略。

3 基于無人機遙感技術的數字鄉村建設實踐

3.1 概述

基于無人機遙感技術的數字鄉村建設實踐是指利用無人機遙感技術，對農村地區進行數據采集、處理和分析，從而為數字化鄉村建設提供有力支持。具體包括高精度地圖制作、農業生產管理、農村環境監測等方面的應用。在實踐中，需要結合實際情況，選擇合適的無人機和傳感器，制定科學的數據采集和處理方案，以確保實踐效果的有效性和可靠性。

3.2 實踐與應用

首先，高精度地圖制作。通過無人機采集高分辨率影像數據，并完成高精度地圖制作，為數字化鄉村建設提供了有力數據支持。

其次，農業生產管理。利用無人機遙感技術實現對農業生產的精準管理。通過無人機采集土壤、氣象等數據，結合大數據分析和人工智能算法，實現針對農業生產過程中的各種數據進行收集和分析，優化農業生產結構，提高生產效率。

最后，農村環境監測。利用無人機遙感技術實現對農村環境的監測和治理。通過無人機采集大氣、水質等數據，結合傳感器和監測設備，實現了對農村環境的實時監測和數據分析，為環境治理提供了有效科學依據。

3.3 效果評估

基于無人機遙感技術的數字鄉村建設實踐已經在一定程度上取得了成效。為了更好地了解其應用價值和未來發展方向，需要對實踐效果進行評估。

1）數據精度和準確性評估。在實踐中，需要評估數據采集和處理過程中的精度和準確性，以確保數據的可信度和有效性。

2）應用效果和影響評估。通過評估，可以了解實踐的實際應用效果和促進農村經濟發展的能力。

3）經濟效益和社會效益評估。通過評估實踐所帶來的經濟效益和社會效益，可以了解其貢獻和推動農村現代化建設的能力。

3.4 問題和挑戰

在基于無人機遙感技術的數字鄉村建設實踐中，仍然存在一些問題和挑戰。具體來講，技術和設備成本高：無人機遙感技術需要大量的設備和技術支持，成本較高。數據處理和分析難度大：無人機遙感技術采集的數據量大，需要進行大量的數據處理和分析，對技術和人才要求較高。數據共享和安全問題：無人機遙感技術采集的數據涉及隱私和安全問題，需要建立完善的數據共享和安全保障機制。法律法規和政策環境不穩定：無人機遙感技術的應用受到法律法規和政策環境的影響，存在不確定性和風險。

3.5 未來發展方向

基于無人機遙感技術的數字鄉村建設實踐具有廣闊的發展前景。未來的發展方向包括技術創新和升級：無人機遙感技術需要不斷地創新和升級，提高數據采集和處理的效率和精度。數據共享和開放：建立完善的數據共享和開放機制，促進數據的共享和利用。產業協同和融合：推動自然資源、農業農村、生態環境、文化旅游等產業的協同和融合，實現數字鄉村建設的全面發展。人才培養和技術普及：加強人才培養和技術普及，提高數字鄉村建設的技術水平和應用能力。

4 結語

本文以無人機遙感技術在數字鄉村建設中的應用為研究對象，探討了無人機采集手段、科學編制測繪地圖、給數字鄉村建設提供數據進行科學規劃等方面的應用，并結合實際案例對其效果進行評估和分析。通過研究發現，無人機遙感技術可以為數字鄉村建設提供高精度、高效率的地圖數據，從而科學規劃鄉村發展建設藍圖，全面實現鄉村振興發展。