无人机航测在土地管理中的应用现状及前景分析
时间：2020-11-03 08:00:57 来源：达达文档网 本文已影响 人 
[摘要]总结无人机航测的特点及其在土地管理中的应用现状，并分析目前存在的缺乏相关规范和标准、低空空域未开放、信息年取方法落后等问题，从政策、科技方面分析了无人机航测在土地管理中的应用前景。
[关键词]无人机；无人机航测；土地管理
[中图分类号]F321 [文献标识码]B
1 引言
隨着土地资源管理精细化和信息化程度不断提高，对土地相关信息数据的采集及更新频率也要求更高，传统的地面勘测方法成本高效率低，已不能满足目前的要求。无人机航测具有大范围、客观、重复获取数据的能力，可快速获取高分辨率的遥感影像图，并提取土地相关的位置和属性信息，是对传统地面勘测方法的一种革新，目前广泛应用于土地规划、整治、执法、确权等工作中，已成为土地管理中不可或缺的一种技术手段。
2 无人机航测特点
无人机航测系统，其主要组成部分包括无人飞行器系统、任务载荷系统和地面保障系统，它综合集成了无人飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、POS（Position and Orientation System—定位定姿系统）技术、GPS（Global Positioning System—全球定位系统）技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专用化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，并进行实时处理、建模和分析的先进新兴航空遥感技术解决方案。近年来，无人机不断向高可靠性、低成本和智能化方向发展，各测绘仪器厂商也都推出了无人机航测系统，无人机航测的应用进入一个蓬勃发展的时期，目前全国各省市的国土和测绘相关单位几乎都已装备无人机航测系统。
无人机航测的优势主要体现在三个方面：（1）成本低，与传统的卫星遥感和航空摄影测量相比，无人机的运行及维护成本远小于前者。（2）机动灵活，相对于有人飞机，无人机对场地和起降条件要求较小，可以在短时间内快速起飞，可在云下航摄，因此受地形、云雾天气等外界因素影响较小，第一时间获取遥感监测数据。（3）操作简单，无人机自动化程度较高，无需对操作人员进行复杂的培训。无人机的这些特点使其具备全天候、全天时、实时化获取高分辨率遥感影像的能力，正逐步成为卫星遥感、有人机遥感和地面遥感的有效补充手段，给遥感应用注入了新鲜血液。
3 无人机航测在土地管理中的应用现状及问题
3.1 应用现状
无人机航测以其成本低、操作简单、实时性强等优点，通过遥测和遥感的方式，获取高精度的地表位置信息和属性信息，可用于生成DEM（Digital Elevation Model—数字高程模型）、地形图、正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等，广泛应用于土地管理工作中，包括土地规划与整治、土地利用监测、土地执法、土地确权等。
3.1.1 土地规划与整治。无人机航测在土地规划与整治工作的各个阶段都可发挥重要作用，包括项目实施前基础地理信息获取，实施过程中对工程进展、工程质量等进行监管和监控，以及项目结束阶段的工程验收。通过无人机航测数据生成的高精度三维地表模型和景观模型，可在宏观上对区域整体情况进行了解，能清楚直观的查看耕地状况；利用DEM数据可方便的进行坡度和土石方量的计算，这是传统手段无法完成的。图1为无人机航测数据用于土地整治竣工验收阶段，图中可以清楚的看到整治后的情况，可准确直观的分析工程施工与设计的一致性及最终成效，有利于成果验收。
3.1.2 土地执法。目前卫星遥感技术在土地督察与执法方面已进入业务化运行阶段，如国土资源部每年开展的“全国土地变更调查与遥感监测工作”。但这项工作存在周期长（每年一次）、时间固定（主要是每年的9、10月份）等特点，因此存在一定的漏洞可以利用，如之前江苏泗洪县发生的“新修马路上铺土种豆”事件，或者利用监测的间隙使违法用地成为事实且难以整改，倒逼国土管理部门接受现实。因此卫星遥感技术无法充分满足土地执法监测“早发现、早制止、早处理”的原则。相对于卫星遥感监测，无人机航测具有灵活机动、实时性好、精细准确的特点，可为国土资源执法部门及时发现违法用地提供数据支撑。
3.1.3 土地利用调查。利用高分辨率卫星数据进行土地利用调查较之传统的人工野外勘查更加高效，但仍有一些问题：如卫星影像获取周期较长，卫星影像分辨率最高仅能制作1：5000土地利用图。随着土地管理工作的逐步细化，土地利用变更调查、征地拆迁等工作常常需要1：2000或更大比例尺的土地利用现状图，因此卫星影像难以达到要求。而无人机航测系统在获取大比例尺数据上则优势明显，利用无人机高分辨率遥感影像，可制作1：2000、1：1000甚至1：500的土地利用现状图，且时效性强，尤其适合小区域、短周期的土地利用调查和监测。
3.1.4 土地确权。为进一步稳定农村土地承包关系，促进农村土地流转，增强农业、农村发展的活力，增加农民财产性收入，维护农民土地承包权益，各地已陆续开展农村土地承包经营权确权登记颁证工作。土地确权工作包括查清土地的权属、界址和面积等，因此需要通过测绘方法获取基础地形图数据。目前主要有3种方法可以获取基础地形图数据：一是工程测量外业实测方式，这种方法精度高但成本也高，需要大量的测量人员，耗费时间也比较长；二是通过有人驾驶大飞机进行航测，但需要有起降场地及空域许可，且航测面积要较大时才能降低成本；三是无人机航测方法，这种方法效率高、成本低，且机动灵活，起降条件要求低。三种方法中，无人机航测较其它两种法具有较大的优势，具有成本低、灵活方便、自动化高、效率高的优点，因此土地登记确权发证工作中采用无人机航测来获取基础地形图数据是较为可行的方式。图2为利用无人机航测影像进行土地确权工作，图2显示可以利用高分辨率的遥感影像，可以清楚的对地块界址和面积进行测算。
3.2 存在的问题
随着无人机成本的降低以及操作方式的傻瓜化，无人机航测在土地管理方面的应用越来越广泛，但广泛应用的背后也也存在一些问题，如以下几个方面就存在一定问题
3.2.1 缺乏相关规范和标准。目前无人机在土地管理方面的应用缺乏相应规范和标准，包括无人机性能规范、无人机航摄操作规范、数据处理规范、不同层次应用的精度及质量标准等，因此容易造成安全隐患，也导致应用成果良莠不齐。如某些小公司为降低成本自己组装无人机或购买消费级无人机，其稳定性达不到适航性要求；无人机操作员水平参差不齐。此外，目前无人机航测技术应用于土地管理方面，数据处理及成果精度等方面主要参考测绘相关标准，缺乏针对土地管理方面的内容，因此亟需研究和出台无人机在土地管理方面的相关标准和规范。
3.2.2 低空空域未开放。2010年国家发布深化低空空域（1000m以下低空）管理体制改革意见，低空空域改革试点自2011年起开始实施，但几年来发展较为缓慢，目前仍处于试点阶段，因此无人机航测仍需对空域进行申请，这在一定程度上限制了无人机航测的应用。此外，目前在某些地方存在一定的“黑飞”现象，这给无人机航测的应用带来一定的安全隐患。
3.2.3 信息提取方法落后。当前无人机航测应用于土地管理方面，主要是提取目标的属性和位置信息，即“是什么”和“在哪”，而提取这两种信息都是基于人工目视解译的方法，因此效率不高。未来需要大力发展基于高分辨率无人机遥感影像的信息提取技术，实现信息的自动化、智能化提取。
4 无人机航测在土地管理中的发展前景
未来，随着无人机技术和传感器技术的不断进步，以及我国低空空域管理改革的深入（未来国家将部署全面推进开放低空空域），无人机航测必将迎来新的机遇，在土地管理中的应用也将更加广泛。可以预见，以下几方面的技术进步，将对无人机航测在土地管理中发展前景具有重要影响。
4.1 传感器技术
目前无人机航测所用传感器主要是商业数码相机。随着传感器加工工艺的不断提高，未来将有更多传感器可供搭载在无人机平台上，如大面阵相机可提高无人机航测的效率，而无人机机载高光谱、LiDAR（Light Detection And Ranging—激光雷达）、SAR （Synthetic Aperture Radar—合成孔径雷达）传感器，将拓展无人机航测技术在土地管理领域的应用范围。
4.2 电池技术
无人机按驱动方式主要有油动和电动两种方式，油动无人机重量较重，对起降场地有一定要求且操作较为复杂，因此电动方式的无人机应用更为广泛。而受限于电池能量密度，电动无人机存在续航时间短、载重量小的缺点，因此其作业半径小、有效载荷少。未来电池能量密度的提高，将提高无人机航测的作业效率，降低成本。
4.3 遥感信息自动提取技术
目前无人机航测影像中的信息提取，主要是人工目视解译的方法。虽然已有一些研究探索了房屋、道路等目标的提取方法，以及土地利用自动分类方法，但精度还不能满足实际应用。随着计算机自动分类、专家分类系统等技术的不断发展，未来将实现遥感影像中信息的自动化提取，这将极大的提高工作效率，拓展无人机航测的应用范围。
4.4 倾斜摄影技术
倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，并已开始应用于无人机航测系统。倾斜摄影技术改变了以往航空摄影测量只能使用单一相机从垂直角度拍摄地物的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、侧视和前后视等不同角度采集影像。倾斜影像不仅能真实反映地物情况，还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、丰富的影像信息，给用户呈现出一个三维世界，获得身临其境的体验，为三维地理信息获取带来了颠覆性变革。目前无人机倾斜摄影技术已开始应用于城市三维建模，未来随着土地利用由粗放型逐渐向集约型转变，这个变化也必然要在地籍管理中得到体现，而直接体现这一变化的方式就是建立三维地籍模型，因此无人机倾斜摄影技术也必将得到广泛应用。
5 结语
无人机航测以其独特的优势，在土地管理中得到了广泛的应用并保持强势增长。未来随着土地管理工作由数量管理、二维管理转向数量质量并重、三维管理，并将实施严格的土地规划和用途管制，而这需要大量详细、精准的土地信息数据作为支撑，无人机航测技术将发挥更加重要的作用，服务于土地管理工作。
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