无人机调查举证在三调省级核查中的应用

赖 云，孔 姗，邓惠元，宁应来，余 国

（1.湖北省国土资源研究院，湖北 武汉 430071；2.北京中天博地科技有限公司，北京 100101）

根据国发[2017]48号《国务院关于开展第三次全国土地调查的通知》的文件要求[1]，国务院决定自2017年10月启动第三次全国土地调查，全面查清当前全国土地利用状况，掌握真实准确的土地基础数据，健全土地调查、监测和统计制度，强化土地资源信息社会化服务，以满足经济社会发展和国土资源管理工作需要。

基于“互联网+”手持设备举证技术，本文首先利用无人机拍摄实地调查地类的举证照片，并对举证照片的内容、拍摄坐标、角度、时间、无人机姿态等信息进行加密，进而形成调查举证成果；然后采用“互联网+”技术将举证成果提交至省级核查平台或“国土调查云”平台进行成果审核与分析，以确保调查成果数据的真实、准确[2]。

1 无人机调查举证系统

湖北省无人机调查举证系统，作为外业调查举证App的有益补充，提高了外业调查、举证的工作效率。系统由湖北省无人机调查举证地面站、湖北省无人机调查举证App和无人机平台3个部分组成，为国土工作的调查、举证、监管等业务提供了调查举证的解决方案。

1.1 无人机调查举证地面站

无人机调查举证地面站（图1）以工程概念为基础，以航线设计为核心，具有内业航线设计、外业飞行成果处理等功能[3]。无人机调查举证地面站是基于ArcGIS和Windows系统研发的桌面端软件，是制作无人机外业调查举证的飞行信息、回收无人机外业调查成果以及举证成果分析与提交的主要工具软件。其主要功能包括设置航点、拍照点信息，设置拍照点拍摄方向，设置图斑与举证照片关联关系，回收举证成果，生成举证DB包等。

图1 无人机调查举证地面站界面

1.2 无人机调查举证App

无人机调查举证App（图2）基于Android系统开发，负责图斑调查举证和在线视频互联工作，界面简洁、傻瓜式操作，一键起飞、一键返航即可完成调查举证工作。无人机调查举证App设计实现了图斑断点续飞、飞行坐标记录、单个图斑手动飞行模式等功能，提高了外业作业效率。

图2 无人机调查举证App界面

1.3 无人机平台

消费级小型无人机具有体积小、重量轻、操作简单、灵活轻便等优势，已广泛应用于国土资源调查监测与举证等工作中。本文主要采用大疆精灵Phantom 4A、御Mavic2等无人机平台进行国土资源调查举证研究，并将调查举证成果应用于省级核查中。无人机类型和主要参数如图3、表1所示。

图3 无人机类型

表1 无人机参数

2 省级核查平台

湖北省县级调查成果、市级汇总成果经自检合格后，由省国土调查主管部门负责组织作业单位进行全面检查[4]。

省级核查在成果完整性和规范性检查的基础上，重点检查成果的真实性和准确性。基于“互联网+”举证成果，采用计算机自动比对和人机交互检查的方式对县市报送的成果进行逐图斑内业比对，重点检查不一致图斑调查地类与影像以及地方举证照片的一致性；然后对内业检查结果的部分疑问图斑开展省级外业实地核查，对外业图斑进行认定，并利用移动外业设备或无人机调查设备拍摄图斑实地照片[5]。

湖北省研发的省级内外业核查平台，利用遥感影像、“互联网+”实地举证照片、项目备案信息等相关资料，对第三次全国土地调查数据库中图斑的地类、边界、范围等信息进行机器自动检查和人机交互对比检查，以确保第三次全国土地调查成果真实、准确。外业核查软件采用“互联网+”云计算、卫星导航定位技术，通过外业核查人员现场定位，数据、照片（视频）实时传输和动态调度，开展在线举证和外业实地核查工作。为解决交通不便、人为管制等受限区域的图斑举证实际困难，提高外业工作效率，本文研发了湖北省无人机调查举证系统，能辅助人工PDA举证系统完成全省外业核查举证工作。

3 无人机调查举证在省级核查中的应用

国土资源调查举证工作时间紧、任务重，利用手机或平板等外业核查举证方法在举证过程中存在一定弊端，如交通不便、植被茂盛无法通过、场地管制不许通行、视野狭窄等；而利用小型无人机开展外业核查举证工作可大大节省人力物力，且对于地形复杂、图斑面积大、人力无法到达的区域，具有较大的优势。利用无人机进行外业调查举证，能快速、全方位地拍摄图斑的实地照片，完成调查图斑举证工作，且调查成果能通过县级提交，实现调查举证成果在省级核查中的应用。

3.1 无人机调查举证技术路线

无人机调查举证采用消费级小型无人机，利用无人机调查举证软件拍摄举证照片，通过Web平台或上传工具将成果传送至省级核查平台。相关调查成果符合省级核查要求，还增加了无人机调查举证特定的参数信息，如无人机起飞点经纬度、拍照点经纬度、拍摄方向、拍摄高度和俯仰角等，为无人机调查举证照片展示提供了相关参数[6]。

为了保证举证成果可还原、可验证、不可被人为替换，在无人机监测结果外业核实工作中需考虑不同的数据加密和举证成果验证技术。

无人机调查举证成果采用MD5算法[7]与RSA非对称加密算法[8]进行加密。MD5算法加密是不可逆的，从而保证信息不被修改和替换；RSA非对称加密算法可提供对加密内容的隐藏和验证功能。无人机调查举证过程中，首先提取原始照片内容的MD5，再组合人员、时间、地点、方向、高度、俯仰角和设备等拍照七要素，然后利用RSA非对称加密算法生成一个验证信息，用以保证举证成果的真实有效，不被替换。外业采用RSA公钥对信息进行加密，数据回收后再通过RSA私钥对信息进行解密，并验证解密信息与接收到数据的一致性。

3.2 无人机调查举证成果与省级核查平台对接

湖北省第三次全国土地调查“互联网+”举证与在线核查平台采用自建省级云平台，县级调查成果通过外业调查设备调查后提交至省级平台进行调查举证成果审核。无人机调查举证省级核查技术流程为内业航线设计、外业实地调查、外业调查成果回收处理、生成标准调查成果包、通过省级平台上传工具将调查成果包上传至省级调查核查平台，如图4所示。

图4 无人机调查举证省级核查技术流程图

3.3 无人机调查举证系统在省级核查中应用

湖北省处于我国地势第二级阶梯向第三级阶梯过渡地带，地势呈三面高专起、中间低属平、向南敞开、北有缺口的不完整盆地；地貌类型多样，山地、丘陵、岗地和平原兼备。山地、丘陵、岗地和平原各占全省总面积的44.38%、22.59%、13.16%和19.87%。全省主要以山地和丘陵为主，地形复杂，个别地区人力不便到达，利用无人机调查举证软件对山区和丘陵地区图斑进行举证，能提高调查举证的工作效率。利用无人机软件调查举证时，需提前了解举证区域的地形地貌和植被特征，选择合适的航高，尤其是在恩施、十堰等山区设置航高时，应充分考虑地形的起伏变化，避免航高设置过低造成撞机事件；而在荆州、武汉等平原地区举证时，设置航高需避开信号塔、高压线等高干扰信号源。无人机调查举证时，正拍照片的拍摄角度在-85°～-90°范围内，斜拍照片的拍摄角度在-30°～-85°范围内[9]。

1）山区、丘陵地区无人机调查举证。山区、丘陵地区因地形地貌复杂、地形高差较大，在航线设计时需参考DEM数据获取图斑之间的高程差，整个航线图斑之间的高程不宜相差超过100 m，高差较大的图斑需在不同的航线中举证。根据地区情况，山区图斑举证以林地和园地为主，零星耕地调查，举证航高建议设置大于图斑之间的高程差，以保证无人机安全飞行。山区举证图斑利用DEM数据解算无人机起飞点与举证图斑之间的高程差，以修正图斑实际航高；并利用无人机参数获取照片范围，可将照片以正拍照片的方式叠加到矢量数据上，为核查人员快速审核提供方便（图5）。

图5 无人机成果展示-山区

2）平原地区无人机调查举证。平原地区地势平坦，利用无人机调查举证时只需避开信号塔、高压线和较高建筑物即可。平原地区举证图斑以耕地为主，需区分耕地中园林地和部分建筑物，建议航高适当降低设置，以保证照片更精细，便于地貌特征识别（图6）。

图6 无人机成果展示-平原

3）无人机调查举证在省级核查中的实例。本文在黄冈市红安县永佳河镇选择了54个实地图斑对湖北省无人机调查举证系统进行实地验证与应用，图斑涉及山区与平原地区。通过实地验证可知，无人机调查举证系统能高效完成图斑调查与举证工作，技术可行。图斑分布在半径为2 km的范围内，周围通视效果良好，图斑密度适当（10～30个图斑），可设计在一条航线内（图7）。照片覆盖多个图斑的，可设置同一个拍摄点完成，单个架次可在20 min内完成调查举证。验证采用人工手机实地举证与无人机实地举证对比测试的方式，以完成全部图斑举证时间为对比指标。结果表明，无人机组在平原地区和山区的作业效率以及举证照片的拍摄效果均明显高于人工组。在交通不便利以及山区人力不便到达区域采用无人机举证，工作效率的提高更加明显（表2）。

图7 测试区域图斑分布与位置影像图

在实地验证与应用中，无人机调查举证采用离线调查的方式，由内业组提供外业调查矢量数据，通过内业分析，在无人机调查举证地面站软件中进行航线设计：平原地区图斑35个，分布在5个行政村，图斑跨度较大，内业航线设计时考虑无人机安全飞行，设计4条航线，航高为100 m，航线长度为4～7 km；山区图斑19个，分布在山顶、半山腰、水库中央、高速路两旁、丘陵缓坡两边等复杂地形区域，设计4条航线，航高设计为150～200 m，其中水库中央1个独立图斑单独设计航线。在航线范围中心处选择无人机起飞点进行实地外业调查举证工作，完成后回收调查成果数据，并生成符合省级平台标准的DB包文件，再通过省级平台上传工具上传至省级核查平台，完成无人机外业核查工作。卫星影像、人工举证照片、无人机举证照片三者的效果对比如图8所示。

表2 无人机与人工作业效率和效果对比

图8 3种方式的调查举证效果对比

4 结 语

无人机调查可同时采用倾斜视角和垂直视角，弥补了人工举证照片视角不佳、拍摄不全的缺点，拍摄的照片能反映图斑整体的土地利用状况，便于内业人员判定图斑的地类和边界。调查举证过程中，无人机具有流程清晰、操作简单、速度快等特点，为自然资源调查举证提供了技术保障。无人机调查举证技术在湖北省第三次全国土地调查核查中进行了初步应用，后续将在湖北省第三次全国土地调查专项调查、草原资源调查、国土监测以及地质灾害调查中开展更广泛的应用。然而，信号干扰（通信塔、磁场）、遥控距离限制、电池续航、气候（风力、雨天等）等因素均会制约无人机的工作效率，因此如何克服消费级无人机在调查举证中的不利因素，是需要进一步研究并攻克的技术难关。