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

一、引 言

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。

二、應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)

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。

三、技術(shù)思路及方法

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。

四、技術(shù)實施過程

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。

五、結(jié)束語

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。