多旋翼无人机在自然资源监测监管中的应用研究

钱育君，束 平，胡 伟

(常州市自然资源和规划服务中心，江苏 常州 213000)

0 引言

随着自然资源信息化技术的迅速发展，航空摄影技术在地籍测量、土地利用变更调查监测、土地利用批后监管、土地执法监察等方面的应用不断深化，自然资源管理对信息数据采集获取、更新方式提出了更高的技术要求。

目前，土地违法用地、执法监察、耕地保护、矿产资源保护等自然资源监测监管问题日益突出，自然资源监测监管工作具有任务重、问题多、压力大的特点。为加强自然资源“全链条”监管，共同遏制自然资源违法行为，迫切需要运用新技术来创新监测监管工作。利用卫星遥感监测技术进行自然资源监测监管，而卫片成果存在更新周期较长、受云雾影响较大等缺陷[1]。多旋翼无人机机身小巧，灵活性强，携带方便，配备专业的摄影摄像设备，通过专用遥控器进行操作控制，预计操控距离200 m左右，能稳定悬停，适合外业巡查人员使用[2]。多旋翼无人机航摄系统能够快速获取小范围、零星区域的高分辨率影像数据，是一种新型的区域土地监测监察技术手段。

1 多种巡查模式对比分析

自然资源综合巡查有着多样化的市、县(区)、国土所三级互联的巡查模式。随着科技的不断进步，新的产品不断涌现，特别是新型硬件设备不断出现给自然资源巡查提供了很好的技术装备基础[3]。而传统的数据采集获取方式，比如小型旋翼机、固定翼无人机、手持测量型PDA、视频监控等，各自均存在着明显的优劣势，如表1所示。

表1 多种巡查模式优劣势的对比分析

通过对比分析明确了多种巡查模式的技术优势和劣势，其中，固定翼无人机稳定性较差，起飞降落很难操控。与传统的数据采集以及更新获取方式相比，基于多旋翼无人机平台的监测手段具有实时对地观测能力、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活、受场地影像小的优势，可作为测量型PDA设备、固定翼无人机、移动视频监控设备等传统数据采集以及更新方式的有效补充，以满足信息化技术的发展需求。因此，本文选择多旋翼无人机作为自然资源监测的手段，可快速有效掌握区域自然资源动态变化情况，使自然资源监察工作由被动变为主动。

2 基于多旋翼无人机的自然资源监察技术流程

多旋翼无人飞行器巡查首先需要确定巡查路线，通过回传系统实时获取巡查区域的视频信息，对于重点区域进行图像取证、疑似违法区域进行悬停多角度巡查，最后填写巡查记录，将成果导入自然资源综合监管平台“一张图”数据中心中[3]。具体流程如图1所示。

图1 多旋翼无人机的自然资源监察技术流程

(1)设定飞行路线完成信息采集：确定飞行路线，手动遥控无人飞行器，通过4G网络在线或离线存储视频采集信息，视频信息存储在设定外网服务器中或离线导入。

(2)制作生成DOM正射影像：通过移动手持设备或PC端在线方式浏览采集信息，采集信息包括飞行坐标和相关视频信息，对重要区域或者疑似违法地块进行截图，作为巡查的主要成果进行保存。对遥感影像进行几何校正、图像拼接和影像配准等数据预处理，制作DOM区域正射影像。

(3)成果数据入库：对于地质灾害易发区、封闭区域、行人无法到达区域利用小型的无人飞行器采集实时视频画面，采集成果通过图传系统在线实时展示；同时，视频采集成果也可以通过离线方式导入数据管理系统中。

(4)平台成果展示与影像对比分析：采集数据上传后，可以浏览到飞行路线和视频。数据入库后，将不同时期影像数据进行动态对比，将变化图斑进行展现，可以作为专题数据在自然资源“一张图”中进行浏览和对比分析。结合自然资源“一张图”数据中心的基础地理数据、国土调查数据、业务管理数据等，对变化图斑合法性进行判定，对疑似违法图斑进行重点展示，巡查成果作为例行巡查的重要来源，成果可反映在自然资源综合监管平台中。

3 航射区域概况

实验区位于常州市新北区孟河镇(31°53′～32°01′N，119°50′～120°01′E)，地处宁镇山脉末梢、长江之畔，西北与丹阳市接壤，总面积88.26 km2，西环线与北环线交汇处，238和338省道穿境而过，东枕长江，南临京沪铁路、沪宁高速公路和312国道。

本文搜集了孟河镇相关地理空间数据，包括2019—2020年度孟河镇卫星遥感影像数据、地质灾害隐患点数据、第三次国土调查数据库。

4 多旋翼无人机在自然资源监测监管中的应用成果

4.1 地质灾害易发区巡查

对具体的地质灾害隐患点和地质灾害易发区的综合巡查，由操作人员操控小型旋翼机抵近地质灾害易发区，近距离悬停、多角度拍摄，快速获取地质灾害易发区视频、图像等现场信息[4-5]，并将采集到的航空摄影测量相片制作成特定区域的三维影像。

选择巡查和监测的孟河镇小黄山、栖凤山，两地都是山区，地形复杂，且均为地质灾害隐患点和地质灾害易发区，较易发生崩塌滑坡，巡查人员近距离接近容易发生危险，人工巡查困难。采用的飞行器为大疆Phantom 3 Professional，整个飞行时间约13 min，覆盖将近0.3 km2的巡查范围，形成小黄山和栖凤山崩塌滑坡区照片信息、三维影像成果，直观真实地展示了地质灾害易发区情况。拍摄成果对比如图2和图3所示(箭头所指为地质灾害易发区位置)。

图2 小黄山多旋翼无人机拍摄影像

4.2 土地执法动态监察

基层土地执法部门在日常巡查过程中，存在发现难、周期长、受天气因素限制等缺点。借助多旋翼无人机进行土地执法动态巡查，可高效全面地了解确定时间段内违法用地、违法建筑的发生情况[6]。

通过对指定区域指定时间开展无人机航摄工作，对比前后时相高分辨率影像，利用计算机自动解译与人工解译相结合的方法获取变化区域，为土地执法提供可靠的数据来源。由于动态巡查的周期约为一个季度，甚至为一个月，使得对影像获取、影像解译的实效性要求较高，对无人机飞行平台的稳定性提出了更高的要求。对一定区域采集制作航空摄影测量影像，通过小型旋翼机连续拍摄照片，根据旋翼机飞行航向重叠区和旁向重叠区，将多幅单张照片拼接成一幅完整的航空摄影测量影像，实现对一定区域的动态监测。

图4为在孟河林场实验区获取的周边地块局部正射影像和历年卫片的对比。从图4中可以看出，2019年和2020年的卫星遥感影像分辨率较低，对自然资源执法会造成较大的困难。2021年旋翼机航拍的影像分辨率高，影像质量清晰，能很好地完成自然资源执法的调查取证工作。

图4 孟河林场及周边地块(局部)影像对比

4.3 疑似违法用地调查取证

多年来从部、省、市各级卫片执法工作数据来看，土地违法占用更加频繁，耕地保护任务加重。基层土地执法部门对已发现的疑似违法用地案件进行调查取证时，有围墙阻拦情况时有发生，导致无法进入封闭区域，执法人员无法取得案件现场资料，给土地执法带来了极大的不便。对于有围墙阻拦等无法进行内部巡查的区域，常规的巡查手段无法实施，采用小型旋翼机进行空中航摄，针对重点区域多视角抓取证据，实时记录疑似违法案件现场情况。

图5为新北区孟河镇某厂房无人机正摄影像。从图5可以看出，厂房内部被围墙拦住，执法工作人员无法进入。本文利用旋翼机可以快速获取现场影像，此次飞行共获取102张图像，通过几何校正、影像配准与拼接，制作DOM正摄影像，同时录取现场飞行视频，由业务人员人工判读分析，发现该地没有存在违法乱用土地现象。因此，将无人飞行器应用到自然资源综合巡查中，对及时发现、及时查处工作提供了可靠的技术保障，将有效实现土地违法行为的早预防、早发现、早查处。

图5 新北区孟河镇某厂房无人机正摄影像

5 结论与展望

与传统的数据获取手段相比，小型旋翼机航摄技术在地质灾害易发区、土地执法监察、疑似违法用地案件调查取证等方面具有明显优势。本文应用小型旋翼机进行巡查和监测工作取得了一定成果，在不同时间段对特定区域进行多次航拍，生成特定区域的相隔一定时间跨度的多次航片，通过遥感影像解译以及人工核查提取出变化图斑，将图斑和自然资源“一张图”中的土地利用现状、规划数据、征地和供地数据比对分析，及时监测和发现疑似违法用地。将小型旋翼机巡查有机融合在自然资源动态监测综合监管平台下，与手持测量型PDA、无人机和“国土卫士”视频摄像头等多种巡查和监测手段相结合，构建起“天上看、视频探、地上查、网上管”的空地一体化监测体系[7-8]，可加快自然资源信息化建设步伐，进一步提高土地资源管理水平和工作效率，创新自然资源管理监管与服务方式。