榆林市第三次全国国土调查无人机举证飞控平台

张 青 贺枫斐 ＊ 郭小雨

（1.榆林市自然资源和规划局，陕西 榆林 719000；2.内蒙古大学，内蒙古 呼和浩特 010070）

加强“第三次全国国土调查”质量管理、保证调查数据成果真实性，是保障各级政府科学决策和人民群众切身利益的实践举措，也是贯彻落实新发展理念、保证国家安全和经济社会平稳健康发展的必然要求[1]。第三次全国国土调查工作时间紧任务重，作为三调重要环节外业核查举证工作对于地形地貌复杂的榆林地区更是难点、重点工作，如何提高外业核查举证工作效率显得尤为重要。

1 举证现状及难点

1.1 传统举证现状

榆林市地处北纬 36°57′～39°35′，东经 107°28′～111°15′，地域东西长 385 公里，南北宽 263 公里，国土总面积4.3 万平方公里。地貌大体以长城为界，北部为毛乌素沙漠南缘风沙草滩区，南部为黄土高原的腹地，沟壑纵横，丘陵峁梁交错。 地势由西部向东倾斜，境内海拔为1000～1900 米。第三次全国土地调查图斑部分需要进行实地核查举证，榆林市地域广阔，图斑总数较大，加之地形地貌复杂，影像质量不及平原地区，导致外业核查举证图斑数较其他地区更大。

举证核查工作时间紧、任务重、要求高。 榆林市全市三调图斑数总计251.57 万个，全市需举证图斑数共计有77.61 万，占比超过30%，平均每一个县级区域需举证的图斑数量超过6 万多个，前期主要通过手机端进行外业核查举证。 以神木市为例，一天一组外业核查举证人员平均完成27 个图斑手机端举证，手机核查举证外业派出40 个组，核查举证11.2 万三调图斑至少需104 天，加之天气原因等特殊状况，需4 个月之久，按照全国三调的时效要求远不能完成工作任务。

1.2 传统举证难点

第三次全国国土调查图斑除数量多外，还具有范围广、面积小的特点。 给外业核查举证工作带来诸多困难。

（1）地形因素限制。 榆林地形地貌复杂，山区交通不便利，手机端外业核查人员难以到达举证现场，即使抵达现场后，还可能遇到围墙阻挡、人为遮挡等困难，甚至存在人身安全威胁，手机端核查很难实现实地拍照举证。

（2）手机端限制。 榆林市部分区域受下发影像质量所限，存在同谱异物，该类图斑面积较大但地类多样，手机端核查很难拍到完整图斑，无法进行图斑细化工作。 对于图斑地类单一，如大范围耕、园、林、草地、典型线物分类型举证等，手机端核查很难拍到完整图斑。

（3）人力、物力资金限制。手机端核查举证方式需要一组外业核查人员开车前往实地一个图斑一个图斑地拍照举证，单是前往现场耗费大量人力、物力，如果在山区将更加困难。 图斑地处山高路遥，奔赴现场手机端拍摄核查举证传统调查方法存在高成本、低效率的弊端，无法适用于当前第三次全国土地调查的工作要求。

2 无人机举证飞控终端实现

三调工作时间紧、任务重，如何通过技术创新提高调查效率成为三调亟待解决的问题。针对三调图斑具有范围小、分布广的特点，通过对比分析研究，大疆无人机“御”Mavic 2 系列，具有智能避障、外形轻小、灵活轻巧、携带方便、操作简单、安全稳定等优势，若作为三调外业核查利器，性价比极高。 基于大疆SDK开发第三次全国国土调查无人机举证飞控平台，是完成无人机地面起飞、空中飞行并执行任务、返回目的地整个飞行过程的核心。

2.1 SHP 数据导入功能

第三次全国国土调查空间数据为SHP 格式，实现SHP 格式数据导入是飞控平台首要任务。 通过内业转换将三调图斑转换为无人机识别的图形，在基于高德地图开放平台和谷歌瓦片图上接入SHP 格式数据导入接口，采用高清卫星数据作为飞控底图，在野外可准确查找定位图斑，并且能够对加载图斑进行一系列操作。

2.2 自动规划航线

根据无人机的巡航速度、续航时间、可控距离等性能参数，以及传感器避障功能、举证地区的地形特征等，结合外业核查举证图斑的空间分布和图斑大小划分拍摄任务并合理布局无人机单架次的飞行航线，主要采用沿着举证图斑的几何中心线飞行、沿着举证图斑外接矩形长轴直线飞行两种方式[2]进行航线规划，尽量减少无人机往返飞行，以保证无人机的飞行安全。 外业核查工作人员选择需要核查举证的图斑后，支持一键生成执行任务默认的航线。 飞行高度设计按照使用相机参数与地面分辨率要求进行。

2.3 失联后自动飞行

榆林市受地形因素的影响，无人机在起飞后可能会立即失去信号，按照传统无人机飞控，失联后无人机将自动返回。 如在无信号控制范围内，无人机无法完成三调举证任务，举证效率极差。 无人机举证飞控平台使无人机可在与遥控器失去信号联系后按照原定任务执行三调图斑的举证工作，任务完成后，可选择返回原地或另行区域自动降落。

2.4 实地举证拍照

实地举证拍照是国土调查成果进行内业判读的重要依据，数码相机控制系统由软硬件组成，其主要功能要求如下： 具备自动控制与管理数码相机的能力；记录数码相机曝光时刻照片的经度、纬度、高度、横滚角、俯仰角、航向角等数据。无人机到达举证图斑后需对举证照片拍摄正拍照片和斜拍照片至少各一张。 外业核查工作人员也可以自由添加和删除拍摄点，并且调整每个点的细节参数。

根据无人机相机拍摄的焦距、水平及垂直角度等参数，以及位置和航高，计算举证照片四至范围和地理坐标，用于全国第三次国土调查举证成果应用。

在任务执行完成之后，当次任务完整地在飞控平台地图上复现出来，并且可以查看每个图斑拍摄的图片，对拍摄举证过的图斑，飞控终端进行自动标记。

2.5 自动生成举证数据包

无人机执行任务过程中，飞控平台记录了飞控参数。完成举证返航后保证无人机举证飞控平台正常连接无人机，通过大疆api 获取拍摄图片，然后根据无人机举证飞控平台对飞行任务的缓存数据（照片信息包括举证照片路径、举证照片编号，举证照片拍摄范围，拍摄点位置、拍摄时间、拍摄方向与角度等信息；无人机飞行信息包括无人机的飞行位置、高度、方向等飞行轨迹信息）生成对应的数据，迅速生成符合三调要求的举证DB 文件，并通过校验码防止图片在传输和导入过程中人为造假。最后通过标准接口轻松上传至国土调查举证及核查平台。

2.6 安全措施

无人机举证飞控平台设计在飞机执行任务的过程中实时记录飞机的位置，丢失信号后可通过该功能查到飞机丢失失信号位置。 为保障无人机的安全，无人机举证飞控终端的同时设置了低电量返航功能，以确保无人机在低电量的情况下顺利返航。

3 实现效果

3.1 手机举证无人机举证对比

实地调查每块图斑的地类、范围等利用状况，外业核查举证是第三次全国国土调查工作的重要部分，也是保障国土调查成果真实准确的重要过程。通过对比手机端核查一天一组平均举证图斑30 个，而无人机飞控平台核查一天一组平均举证图斑150 个，远高于手机端举证。 当前榆阳区借助无人机完成了31708个图斑的举证任务，其中大量举证图斑因山高路遥、人力难以到达而应举未举。无人机核查举证一体化解决方案，改变了传统低效、繁重的外业核查举证工作，大大节省了劳动成本，为高时效、高质量地完成第三次全国国土调查工作打下了扎实的基础。

3.2 无人机举证优点

基于无人机举证飞控平台核查举证方案，具有低成本、高效率的特点，可作为传统外业调查及举证的补充，是新技术应用的典范。

（1）效率提升显著。 无人机举证不受地形及地面交通影响，可从空中抵达人力难以到达的区域，对于位置偏远、地处险峻、被人为阻隔的图斑区域具有独特的举证优势。 大疆“御”Mavic 2 系列无人机小巧便携，单人携带执行任务同样无压力，并且大大降低了举证成本。

（2）三调图斑补充细化调绘。 对于面积较大但占多个地类图斑，根据无人机核举证照片，通过分析初次确定不一致图斑的地类、范围，进行三调图斑细化调绘工作。

（3）范围广地类单一图斑的外业核查举证。 影像判读，图斑地类单一，如大范围耕、园、林、草地等均可利用无人机进行外业调查举证工作，响应国家“外业跑一次”的号召。

（4）一组照片举证多个图斑。 图斑分布相对密集的地区，无人机举证一个架次就可完成10 个左右图斑的拍照举证任务，整个过程仅需20 分钟，是人工手机端举证所不能及的。

（5）保证数据真实性。 数据的真实性是国土调查的生命线。 举证时，至少有1 张正拍照片与1 张斜拍照片。 无人机可以调整灵活飞行角度和路线，弥补了在地面调查视角不佳、拍摄不全的缺点，同时能从不同角度反映周边环境，准确反映土地利用现状。 无人机还可将高精度的经纬度坐标写入图像中，有效验证数据真实性。

4 经验推广

无人机技术可广泛用于自然资源管理领，大大提高部门行政效率，如地灾监测、土地执法、土地利用变化调查监测和地籍调查等方面。无人机的测绘数据可以为地质灾害的排查提供数据支持；煤矿火烧区等人员无法到达区域，可通过无人机进行监测。