浅析新技术在农业土地测绘等方面的应用

山东省寿光市自然资源和规划局 杨海涛 张中华

江苏农林职业技术学院信息工程学院 李守学

传统的土地测绘等工作基本由工作人员携带GPS（全球定位系统）等专业设备，驾驶作业车辆到野外实地进行勘察，工作量大，并且容易遇到不可预知的危险。近年，随着新技术的迅猛发展，无人机、5G 技术、北斗导航等快速迭代进步，使得农业土地测绘等工作可以广泛应用这类新技术，大大提高了土地测绘的效率。

一、无人机平台技术

无人机现已广泛应用到农业的各个方面，例如，农药喷洒、土地测绘等。无人机先进配件的开发、应用也日益完善，如摄像机（红外、高清、高速摄像机）、云台系统、传感器（陀螺仪、磁力计、光学、超声波和加速度计等）和通信系统。其中，客户购买较多的是能在空中悬停的、六轴或八轴无人直升机。这些无人机的控制模式简单，且在直升机的一个马达悬停失效期间，不会导致直升机故障，可安全着陆。此外，控制算法不复杂，可携带更多的有效载荷，并可附加额外的硬件，如机械臂或激光雷达传感器，用于测绘、检查和各种应用。无人机也根据其结构和质量分为宏观飞行器、微型飞行器和纳米飞行器。无人直升机配备不同的组件，用于不同的应用，如路径和轨迹规划，检查和评估等高级功能，其结构主要分为数据采集、数据处理和数据驱动或评价。数据收集系统处理机载传感器、摄像头、电池和智能设备的功能数据，这些数据由无人机的中央核心单元处理，用于路径规划、监视、检查检测、定位等定义的任务。这些硬件机载组件涵盖了无人机悬停过程中的路径规划、避碰和检测等不同应用领域。激光雷达和红外设备主要用于避碰和测绘，摄像头和GPS 用于监视无人机在前后方向的特定区域或路径。中央核心系统驱动无人机用于现实环境应用。无人机配备了各种组件，如电子调速控制器，相机和万向架，飞行控制器和锂离子电池等。电子调座控制器主要用于为无人机电机提供动力和高频，电子调座控制器的主要功能是将直流电转换为三相交流电，也用于交流电机速度。在无人机中，锂离子聚合物电池用于为机载组件和传感器供电。

农业土地测绘等方面可以充分利用无人机作为各种测绘设备的空中平台，由人在远程进行操控即可，大大提高了测绘效率，节省了人力资源，减少了未知的人身风险。与卫星图像、实地勘验一样，无人机是获取地面图像的另一种方案，且具有更低的成本、更高的操作便利性以及实时生成高分辨率图像的可能性等主要优势。

二、测绘技术

（一）可见光相机

可见光相机传感器是一种成像器，它收集波长400～700 nm 的可见光将其转换为电信号，并组织该信息以渲染图像和视频流。可见光相机利用 400～700 nm波长的光，这与人眼感知的光谱相同。可见光相机旨在创建复制人类视觉的图像，捕捉红色、绿色和蓝色波长的光，以实现准确的颜色表示。现代安全和监控摄像机以高清或更高的分辨率执行此操作，并配备多种镜头选项，用于广角或远摄视图，以识别场景中的目标和物体。姚立民为实现对马铃薯的田间表型信息的采集，利用无人机搭载可见光遥感相机获取田间马铃薯的图像信息，利用可见光影像构建马铃薯数字表面模型，获取马铃薯植被覆盖度和株高等信息。

（二）多光谱相机

单色图像和彩色图像相机成相比较单一，而多光谱成像技术能够通过多波段图像信息进行集成，因此，多光谱相机的信息获取能力更强。多光谱成像技术是一种低光谱分辨率的成像技术。与高光谱成像技术相比，如在可见光和近红外波段，其光谱分辨率为30～50 nm，而高光谱成像的光谱分辨率通常小于10 nm。因此，近红外波段、可见光等10 个波段都可以通过多光谱成像技术获得。多光谱相机可以用来进行土地资源调查，设定农业区划。多光谱相机还能够用于监测农作物产生病虫害农田情况。在实践中，将根据具体需要设计频带的数量。该技术可应用于农业、林业、水文、环境监测等领域，具有广泛的应用前景。

（三）探地雷达

探地雷达是用频率在106～109Hz 的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。通过装载在航空器上探地雷达的发射天线，能够连续向下发射106～109Hz高频电磁波，然后航空器上可以通过特殊装置接收探地雷达发射的电磁波的反射波。由于高频电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的物质时，其分界面会发生反射，不同物质导电性质的差异，导致电磁波的各种特征性反馈不同，从而根据差异发挥预测功能。探地雷达的突出优点是能够实现快速、无损探测。探地雷达可以用于识别地下水中无机污染物和废物分层的高污染地区。

（四）北斗导航系统

目前，世界上共有三个全面运作的全球导航卫星系统：中国北斗卫星导航系统、俄罗斯联邦的全球导航卫星系统和美国的全球定位系统。全球定位系统主要由24颗携带原子钟的卫星组成，在与地球赤道平面呈55°倾角的6 个轨道平面中，每一个都有4 颗卫星。控制部分由若干地面监测站不断从卫星收集资料发送到主控站，主控站分析信息后上传至卫星，再传送给用户，用户通过接收卫星发射的信号，能够确定位置、速度和当地时间。北斗导航系统能够提高土地测绘精度和农业土地规划管理工作水平，保持测绘信息时效性，现已广泛应用于耕地测绘、耕地水利设施施工、耕地病虫害防治、农机作业遥感监测等方面。湖南省自然资源厅依托北斗高精度定位技术，在手机系统上开发的易测APP，能够为调查监测提供数据底图，还可用于执法督察和耕地保护。

三、新技术在农业土地测绘等方面的应用

农村管理工作及农村土地规划有效开展的前提是农业土地测绘工作。精确的农业土地测绘工作不但是农村土地确权及管理等一系列相关工作的重要保障，还是确保中央农业农村工作决策科学合理可行的基本依靠。因此，加强对农业土地管理工作中的测绘工作至关重要。王鹏等认为，按照农村土地规划要求，现代测绘技术主要有扫描数字化测量、航空摄影测量与遥感测量、连续运行卫星定位服务综合系统测量、全野外数字测量四种方式。由于技术、观测条件和地形的不同，这四种模式各有利弊，能够优势互补、相辅相成，实现高质量、高精度、高效率地全覆盖采集地籍信息。曾洪明等综述了测绘GPS 外业控制测量、遥感摄影影像图、全站仪数字化细节测量、3S 技术（地理信息技术）、内业成图技术等新技术在农村土地测绘、农村土地整理等多方面的应用。

此外，新技术还在农业地下排水、杂草整治、小麦成熟和海床监测等方面具有较大的应用潜力。Koganti等利用无人机搭载探地雷达和三种不同相机（可见光、多光谱和热红外）对农业地下排水系统进行测绘，发现探地雷达和相机可以在农业地下排水系统测绘时相互补充。Adade 等综述了无人机平台和传感器技术在海岸带领域的应用，共有海岸带土地利用和土地覆盖制图、海岸带灾害管理、潮间带、海洋垃圾、海岸带生物和栖息地5 个方面。Hunter 等将无人机杂草测绘和无人机喷雾器结合到无人机集成系统中，可以提供一种新的替代方案来实施特定地点的害虫管理，与地面广播应用相比，无人机集成系统在识别和处理目标杂草区域方面时效率提高了0.3～3 倍，同时最大程度地减少了对非杂草区域的处理。Pea 等利用无人机捕获的远程图像，在萌芽后早期设计详细的特定地点杂草控制处理具有巨大潜力，利用六波段多光谱相机（可见光和近红外范围）对一系列无人机图像开发了一种全自动的基于目标的图像分析程序，其最终目标是在西班牙的一个实验玉米田生成杂草图。Hassan 等使用无人机来量化小麦的衰老，使用来自多光谱图像的营养指数，并得出基于无人机的高通量表型分析有利于小麦衰老遗传基础的时间评估。Tahara等认为利用卫星和航空图像进行海草遥感监测生成的图像分辨率较低，无法分析草甸中不同海草种类的组成变化，继而采用无人机（传感器）制图与深度学习相结合，可以在非常精细的尺度上监测海草床的空间范围，并对海草床的物种组成进行分类。

四、小结

无人机等新设备、新技术的出现，改变了原来农业测绘的方式，使得测绘更方便、更快捷。但是由于新设备、新技术的使用，需要相关软件的配合，因此，在以后的工作中，需要积累使用经验，编制更适合农业土地测绘方面的软件程序，提高新设备、新技术在农业土地测绘方面的准确性。