雷雙友,尹向紅,李軒宇
(1.湖南省測繪科技研究所,湖南長沙410005;2.湖南省國土資源信息中心,湖南長沙410008)
無人機遙感技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用監(jiān)測評價中的應(yīng)用
雷雙友1,尹向紅2,李軒宇1
(1.湖南省測繪科技研究所,湖南長沙410005;2.湖南省國土資源信息中心,湖南長沙410008)
以某城鎮(zhèn)區(qū)域為例,探討利用無人機遙感技術(shù)手段獲取區(qū)域高分辨率影像,并對影像進行技術(shù)處理后,應(yīng)用于土地集約利用監(jiān)測評價的一系列技術(shù)方法、指標體系,為土地集約利用監(jiān)測評價工作提供一條新的技術(shù)路徑。
無人機遙感;土地集約利用;評價指標體系
土地集約化利用,是我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。城市土地利用集約化程度的確定,需要利用土地集約評價理論、指標體系等方面對土地進行綜合科學(xué)評估來完成。傳統(tǒng)城鎮(zhèn)土地集約利用評價大多采用各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的人工統(tǒng)計方法,不僅需要大量的人力物力,而且評價周期長,易受人為因素干擾。因此,其評價結(jié)果的現(xiàn)勢性和準確性值得懷疑。
當(dāng)前遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展,為土地集約利用監(jiān)測評價工作帶來了新思路。遙感影像在時效性、現(xiàn)勢性和直觀性方面具有明顯優(yōu)勢,特別是近年來無人機遙感技術(shù)發(fā)展迅猛,其機動靈活、快速獲取并處理高分辨率遙感影像的能力越來越得到社會各界肯定。如何利用無人機遙感技術(shù)用于土地集約利用監(jiān)測評價,使評價結(jié)論更加客觀可靠,及時滿足政府部門土地規(guī)劃和宏觀決策需要,已成為相關(guān)技術(shù)部門研究的重要課題。
無人機遙感技術(shù)以航空攝影測量理論為基礎(chǔ)。航空攝影測量是在飛機平臺上,利用航攝照相機對地面按規(guī)定的航高和設(shè)計方向呈直線攝取像片,結(jié)合地面控制點測量和像片調(diào)繪,通過航空攝影測量方法進行影像匹配、空三解析等手段生成數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM),同時,可加工生成數(shù)字線劃圖(DLG)。無人機系統(tǒng)作為飛行平臺的一種,繼承了傳統(tǒng)航空攝影測量的理論和方法,將非標準傳感器數(shù)據(jù)變換成透視圖像,并用專業(yè)軟件進行處理,具有數(shù)據(jù)獲取和處理的能力。它綜合利用了先進的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙控程控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù),是繼衛(wèi)星遙感和普通航空攝影測量技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新型航空遙感技術(shù)手段。
1.技術(shù)思路
筆者立足于試驗區(qū)實際情況,通過分析國內(nèi)外城鎮(zhèn)土地集約利用研究成果,在調(diào)查、分析和研究試驗區(qū)土地集約利用情況的基礎(chǔ)上,參考國內(nèi)發(fā)達地區(qū)相關(guān)標準,運用理論分析和實證研究相結(jié)合的手段,建立試驗區(qū)城鎮(zhèn)土地集約利用評價指標體系。然后對試驗區(qū)進行無人機航拍,對影像進行處理,在MapGIS平臺上對獲取的無人機正射影像進行解譯,得到相關(guān)的指標值。最后結(jié)合相關(guān)資料,綜合分析與評價試驗區(qū)土地集約利用的限制條件、利用程度與土地利用發(fā)展趨勢,得到評價結(jié)果,并分析土地利用現(xiàn)狀特點的成因。
2.研究方法
①實地調(diào)研,收集文獻資料、基礎(chǔ)資料和相關(guān)數(shù)據(jù),進行評價區(qū)域分析。② 采用定性與定量研究、橫向比較與綜合分析相結(jié)合的方法,運用多學(xué)科融合的分析手段,探討實現(xiàn)城鎮(zhèn)土地集約化利用模式,提出集約化綜合評價的目標、原則及內(nèi)容,構(gòu)建評價指標體系。③ 在既定的城市土地集約利用評價指標體系下,對利用無人機遙感技術(shù)獲取的試驗區(qū)影像解譯,結(jié)合基礎(chǔ)資料、數(shù)據(jù)對研究區(qū)域進行評價,剖析城鎮(zhèn)土地集約利用現(xiàn)狀的原因。
1.無人機遙感影像獲取
明確任務(wù)目標,做好前期工作準備,包括收集地形圖等基礎(chǔ)資料,確定成圖比例尺和飛行日期,設(shè)計航線等。進行實地踏勘、現(xiàn)場航飛作業(yè)、影像檢查、飛行總結(jié),獲取航拍原始影像。
1)航攝準備。根據(jù)成圖比例尺和試驗區(qū)地理特點,參考航高、相機焦距等相關(guān)參數(shù),制訂合理飛行方案。本次試驗飛行絕對航高1 000 m,航線6條,方向西北至東南;航攝儀采用佳能400D,焦距24 mm,UV濾光鏡,光圈自動曝光間隔3 s;航向重疊85%,旁向重疊55%。
2)航攝作業(yè)。航飛安排兩架次,按設(shè)計航線飛行,有效相片總數(shù)636張。根據(jù)POS數(shù)據(jù),攝區(qū)內(nèi)最大最小航高差29.49 m,小于設(shè)計航高的5%。各像片類標志齊全,飛行質(zhì)量符合要求,影像分辨率高(達0.1 m)、色調(diào)柔和、層次豐富,滿足航內(nèi)作業(yè)要求。
2.外業(yè)控制測量
根據(jù)像片控制點布設(shè)原則,把影像控制點全部布設(shè)成平高點,高程點視精度檢測需要布設(shè)。采用區(qū)域網(wǎng)布點方案,根據(jù)1∶2 000加密成圖比例尺的要求間隔一定基線布設(shè)控制點,沿周邊布設(shè)6個或8個平高點,航線方向間隔4~6條基線。根據(jù)《無人駕駛飛機攝影測量項目1∶2 000數(shù)字測圖外業(yè)技術(shù)實施方案》要求,組織外業(yè)人員進行RTK控制點測量,建立兩次基準站,選取城鎮(zhèn)內(nèi)均勻分布的4個一級點為基礎(chǔ)控制點,選取相對均勻的9個平高點作為像控點進行聯(lián)測,解算出像控點坐標。
3.內(nèi)業(yè)處理
1)正射影像生成。在航天遠景軟件支持下對航拍影像進行空三解析,利用控制點做絕對定向,生成數(shù)字高程模型,生成正射影像圖。
2)遙感影像解譯。各種城鎮(zhèn)土地利用類型表現(xiàn)出的影像色調(diào)(灰度值)、圖形結(jié)構(gòu)與紋理特征不同,清晰可辨,有利于分析判讀。
3)正射影像圖矢量化。結(jié)合實地調(diào)查資料,通過目視判讀解譯法,在MapGIS6.7平臺上對正射影像進行解譯,得到試驗區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖,進而得到以下10項土地利用類型指標值,為分指數(shù)指標實際值的確定提供基礎(chǔ),如表1所示。
表1 土地利用類型指標解譯后的統(tǒng)計值
4.試驗區(qū)土地集約利用評價分析探討
1)評價實際值的確定方法。根據(jù)試驗區(qū)土地集約利用影響因素的綜合性和全面性特點,建立由1個目標層、4個指數(shù)指標和12個分指數(shù)指標構(gòu)成的評價指標體系,見表2。
表2 分指數(shù)指標標準化值統(tǒng)計表
2)評價指標權(quán)重的確定。以特爾菲法確定權(quán)重。
3)指標合理值的確定。指標合理值的選取標準主要根據(jù)國家有關(guān)的標準及政策確定,如“人均城鎮(zhèn)用地”、“土地利用率”、“生產(chǎn)/生活用地比”等;部分沒有標準的則采用相關(guān)的均值代替,如“容積率”、“單位面積固定資產(chǎn)投入”、“地均財政支出”、“地均GDP”等。
4)評價指標標準化處理。根據(jù)確定的實際值和合理值,將土地集約利用度評價指標實際值進行標準化處理,基本公式為
式中,Si是i項指標分值;ti是i項指標集約利用合理值;ai是i因子指標實際值。
5)土地集約利用綜合指數(shù)值測算。根據(jù)土地集約利用度總體評價指標標準化值,計算城鎮(zhèn)土地集約利用綜合指數(shù)值λ,基本公式為
式中,βi是第i因子指標權(quán)重,所有指標的權(quán)重值和為100;Si為對應(yīng)的指標標準化值。綜合指數(shù)λ表示整個城鎮(zhèn)土地利用狀況接近合理的集約化利用程度,λ越大,表明實際相關(guān)指標距離標準值越遠,土地利用越不集約。
6)試驗區(qū)土地利用集約度分析。在計算各評價指數(shù)指標層的基礎(chǔ)上,得出試驗區(qū)土地集約利用評價的集約度綜合指數(shù)為40.8%,屬于“一般集約”,集約潛力較大。就具體指標而言,土地利用程度高,容積率較高,基礎(chǔ)設(shè)施比較完備,社會生態(tài)效益較好。但是土地的經(jīng)濟投入不足,土地利用的經(jīng)濟效益處于中等水平,城鎮(zhèn)內(nèi)部還有少量閑置地或未完全利用土地以及需要深度開發(fā)的土地,城鎮(zhèn)土地集約利用還有一定潛力可挖。
城鎮(zhèn)土地是城市社會經(jīng)濟活動的載體和基礎(chǔ),為了更好地指導(dǎo)城鎮(zhèn)發(fā)展,要求不斷加強城鎮(zhèn)土地集約利用研究。筆者以試驗區(qū)為對象,以集約用地理論為指導(dǎo),運用無人機遙感技術(shù),獲取高分辨率正射影像數(shù)據(jù),結(jié)合地理信息技術(shù)、測量技術(shù),通過影像的解譯和快速處理,獲取研究區(qū)的集約用地評價相關(guān)指標值,然后采用理論與實際、定性與定量、橫向比較與綜合分析相結(jié)合的方法,探討了在無人機遙感技術(shù)支持下的城鎮(zhèn)土地集約利用評價方法和評價指標體系,證明該技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用評價中的可行性和實用性。
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Application of UAV RS to Monitoring and Evaluating of Intensive Land-use
LEI Shuangyou,YIN Xianghong,LI Xuanyu
0494-0911(2011)07-0034-03
P237
B
2011-03-31
雷雙友(1972—),男,貴州銅仁人,高級工程師,研究方向為無人機遙感系統(tǒng)應(yīng)用、土地管理與利用等。