无人机航摄技术在国土资源领域的应用

刘 洋，祁 琼

（1．荆州市土地勘测规划院，湖北 荆州434000；2. 湖北省土地规划勘测院，湖北 武汉 430071）

随着国土资源管理信息化技术的迅速发展以及在地籍测量、土地利用变更调查监测与核查、土地执法检查、地质灾害监测、科研基地系列技术研究等方面的应用深化，国土资源管理对信息数据采集及更新的技术要求也有了进一步提高。与传统的数据采集及更新方式相比，无人机航摄系统拥有低成本、高效率，快速及时获取高分辨率大比例尺影像的优势，可作为传统数据采集及更新方式的有效补充，满足信息化技术发展的需求。

1 无人机航摄系统的特点与优势

无人飞行器是指利用无线电遥控设备和自备的程序控制的无人驾驶航空飞行器[1,2]。

无人机航摄系统主要包括飞行平台、数据获取系统、地面监控系统和配套作业软件（航线设计软件、航摄影像质量检查软件、畸变差改正软件各1套），典型机型参数见表1，其中固定翼无人机在所有的无人机类型中技术最为成熟、市场应用最为广泛。

无人机航摄系统具有以下优势：

1）拍摄条件。与卫星遥感相比，无人机航高较低，航拍时可在云下飞行，最大可抗6级风，甚至可在小雨中作业，对天气的要求相对较低，能快速反应，及时获取影像数据[3]；和普通有人机航拍相比，无人机航拍具有操作方便，易于转场，起飞降落受场地限制较小，可到达人无法涉足的危险区域等优点[4]。

表1 无人机典型机型参数统计表

2）拍摄精度。无人机航拍的精度较高，分辨率可达5～40 cm，成图比例尺一般在1∶500～1∶5 000之间，可满足地籍测量和工程建设的制图需要[5]。同时，无人机航拍的精度能为全国土地变更调查监测与核查、科研基地系列技术研究等项目的顺利实施提供强有力的支撑和保障。

3）拍摄能力。一架普通无人机在较理想的天气状态和有利的地理条件下，1 d能获取到的航拍数据不超过100 km2，能充分满足应急项目、中小型项目的规模需要，同时也是大型项目很好的补充。

4）拍摄成本。无人机航摄系统的价格一般在几十万元到几百万元不等，最为先进的长航时宽镜头的无人机价格可达上千万元。采购无人机用户自行航拍获取数据的成本根据不同的技术水平和熟练程度，每km2单价从数百到数千元不等。无人机航拍服务费用，虽存在不同地区的差异，但一般航拍每km2约需数百元，内业处理生成正射底图每km2需要数百元，合计约每km2需1 000元，具有成本较低的应用优势。

2 无人机在国土资源管理中的应用

无人机的低成本、高效率，快速及时获取高分辨率的大比例尺影像，使得其在国土资源管理领域中的应用有着非常大的潜力，决定了在未来发展的广阔前景；可望用于地籍测量、全国土地利用变更调查监测与核查、土地执法检查、地质灾害监测和科研基地系列技术研究等领域。

2.1 地籍测量

地籍测量是土地管理工作的重要基础。它以地籍调查为依据，以测量技术为手段，从控制到碎部，精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图，以满足土地管理部门以及其他国民经济建设部门的需要[6]。根据《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见》（中发[2012]1号）的文件精神，要稳定和完善农村土地政策，加快推进地籍调查和地籍信息化建设，2012年基本完成覆盖农村集体各类土地的所有权确权登记颁证，推进包括农户宅基地在内的农村集体建设用地使用权确权登记颁证工作[7]。要发证就必须进行地籍测量，传统的全野外数据采集方法成图，作业量大，成本也高（每km2的费用达到8～15万元），且不宜大面积开展。相比野外实测，无人机航测具有周期短、效率高和成本低等特点，对于面积较小的大比例尺地形测量任务（10～100 km2），受天气和空域管理的限制较少，成本低。而将无人机遥感系统进行工程化、实用化开发，则可利用它机动、快速、经济等优势，在阴天、轻雾天也能获取合格的彩色影像，从而将大量的野外工作转入内业，既能减轻劳动强度，又能提高作业的技术水平和精度。

2010年黑龙江全省开展农村地籍调查，急需大比例尺航空影像作为底图。由于村级行政单位分布广、每个村的成图面积小，采用卫片制作正射影像分辨率难以达到要求，采用传统航空摄影方法成本又过高，采用地面测量的方式周期又过长。对此，黑龙江省国土管理部门选取双鸭山市集贤县先锋、长征、宏图等10个村作为试点，采用无人机航摄系统进行大比例尺航空摄影。机组仅用了2 d时间，累计飞行5个架次，获取分布在40 km2范围内的10个村级行政单位的0.05 m分辨率影像1 536张。经检查，航摄成果完全满足大比例尺影像图的精度要求。同时，无人机的起降选择在“村村通”公路上，平均每个有效航摄日无人机能实施航摄3个架次，0.05 m分辨率条件下的航摄面积约10 km2。无人机航空摄影测量在以村落为单位的测量中将发挥明显的技术优势[8]。

2.2 全国土地利用变更调查监测与核查

每年开展的全国土地变更调查监测与核查项目中对遥感数据的需求量非常大，且时效性非常强，卫星遥感数据往往难以满足需求，特别是在一些重点地区，如35个国家审批监管城市，这些地区一般面积不大，要求在年底1～2个月的时间内采用高分辨率的遥感数据进行监测。由于受能力和天气等因素的制约，高分辨率遥感卫星很难在这么短的时间内及时获取全部的遥感数据。采用无人机航拍系统配合高分卫星，对于高分卫星未获取到合格数据的地区，在一定的时间点启动无人机系统进行作业，能大大增加这些地区高分遥感数据全覆盖的几率，保证变更调查和监测时有图可依，有据可查。

另外，在一些地形较复杂的山区，由于天气情况较差，卫星遥感数据的接收非常困难，部分地区在变更调查之前常因接收不到合格的遥感数据而难以开展工作。在目前雷达卫星数据暂时还无法满足要求的情况下，如果经费有保障，采用无人机航拍将可能是及时获取这些地区的遥感数据的唯一技术手段。

2.3 土地执法检查

土地执法检查工作的特点是时间紧、任务急，使用最新的高分辨率遥感数据是其开展工作的基础。这些地区虽然一般面积不是很大，但卫星遥感由于受其重返周期和天气等因素限制，往往不能及时获取到所需要的遥感数据。而无人机系统所具备的快速反应和高分辨率数据获取能力，与其他遥感方式相比，具有明显优势。

2.4 地质灾害监测

为进一步深入开展湖北省重点区域地质灾害监测，改变其发生种类多、分布广、频率高、灾情重的现状，无人机遥感监测系统可对省内除武汉市主城区以外的103个县市区开展无人机航摄工作，获取全省各县市更高分辨率的影像，编制《湖北省无人机航摄影像图册》和《湖北省无人机地质灾害监测图集》，为区域地灾防治和动态遥感监测工作提供清晰的影像数据源，为政府以及监管部门提供准确的信息[9]。此外，在险情发生时，无人机亦可克服交通中断等不利因素，快速赶到出险区域，利用航摄系统，获取最新险情影像，监视险情发展。2008年汶川地震与2010年青海玉树地震中采用无人机航摄系统快速起飞，成功获取了灾区影像，在第一时间为指挥决策提供参考，最大限度地规避了风险[10]。

2.5 科研基地系列技术研究

无人机系统在科研基地研究领域，可为土地生态状况变化快速监测及土地资源综合管护提供有效支撑；还可为科研基地多年系列基础数据的积累提供有益补充。

3 结 语

与传统的数据采集、更新手段相比，无人机航摄技术在地籍测量、土地利用变更调查监测与核查、土地执法检查、地质灾害监测、科研基地系列技术研究等方面具有明显优势，可为国土资源管理提供快捷高效的工作方式，加快国土资源管理信息化建设步伐，进一步提高土地资源管理水平和效率。

[1]李军，盛新蒲，夏志宇，等.无人飞行器低空摄影技术探讨[J].测绘科学，2011，36(4)：145-147

[2]孙晓东，王晓静，张振勇.无人机航摄系统简介及应用[J].中国科技信息，2011(16)：99,105

[3]李兵，岳京宪，李和军.无人机摄影测量技术的探索与应用研究[J].北京测绘，2008(1)：1-3

[4]李宁.无人机系统的空中交通管理[J]. 中国民用航空，2010(9)：48-51

[5]周晓敏，赵力彬，张新利.低空无人机影像处理技术及方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2012，35(2):182-184

[6]马海涛，汪继伟.基于无人机开展村庄地籍调查精度的可行性研究[J].科技资讯，2012(2)：94-95

[7]中共中央，国务院.关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见（中发[2012]1号）[EB/OL].http://theory.people.com.cn/GB/16996451.html，2012-02-01

[8]李安利.农村地籍调查面小点多无人机灵活便捷显神通[EB/OL]. http://www.zgchb.com.cn/newspaper/show.php?itemid=17843,2011-08-19

[9]黄爱凤，邓克续.民用无人机发展现状及关键技术[C].第九届长三角科技论坛，南京，2012

[10]曾涛，杨武年，简季.无人机低空遥感影像处理在汶川地震地质灾害信息快速勘测中的应用[J].测绘科学，2009，34(10)：64-65