李國杰

摘 要：當(dāng)前，傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)無法滿足高分辨率影像需要，無人機遙感技術(shù)因其高分辨率、靈活性強、成本少等優(yōu)點，已成為衛(wèi)星遙感系統(tǒng)檢測技術(shù)的補充，廣泛運用于土地執(zhí)法工作中。該文闡述了無人機遙感技術(shù)的特點及影像處理流程，在此基礎(chǔ)上，分析了無人機遙感技術(shù)在土地執(zhí)法工作中的運用，旨在促進(jìn)無人機遙感技術(shù)在土地執(zhí)法工作的作用，更好地為土地資源管理提供幫助。

關(guān)鍵詞：無人機遙感技術(shù) 土地執(zhí)法 遙感監(jiān)測

中圖分類號：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（a）-0009-05

無人機遙感技術(shù)較傳統(tǒng)的遙感技術(shù)而言，是一種低空遙感技術(shù)，它是以獲取低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)為目標(biāo)，操作方便、靈活性強、成本較低的一種專業(yè)化遙感系統(tǒng)。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對高分辨率的基礎(chǔ)地理信息需求越來越大，僅靠以往傳統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)獲得的遙感信息數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)已無法滿足現(xiàn)實需求。因此，無人機遙感技術(shù)作為一種新興的、低成本、高分辨率、易操作的遙感技術(shù)自然受到各行業(yè)的追捧。當(dāng)前，無人機遙感系統(tǒng)廣泛運用于土地執(zhí)法監(jiān)測，這樣有助于監(jiān)測土地利用情況，并對其進(jìn)行合理規(guī)劃和土地資源管理。

1 無人機遙感技術(shù)概述

1.1 無人機遙感技術(shù)的特點

1.1.1 操作簡單

隨著無人機技術(shù)的不斷成熟，其操作也愈顯簡便化，在使用無人機進(jìn)行土地執(zhí)法檢查時，可以事先設(shè)定好飛行路線，針對空中和地面實際情況，通過校正數(shù)據(jù)以達(dá)到對目標(biāo)的精確測量；當(dāng)無人機出現(xiàn)故障時，其系統(tǒng)可以自動進(jìn)行診斷，一旦出現(xiàn)故障，無人機可以自行返航到起點，以等待排除故障重新進(jìn)行測量。

1.1.2 靈活方便

無人機不需要專門的場地進(jìn)行起飛或降落，使用起來極為方便，可以通過多種方式在山坡、田地等地域進(jìn)行起飛，并快速到達(dá)預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行測量，完成測量任務(wù)后可以通過傘降或滑行方式回收。同時，無人機機身重量較輕，體型不大，攜帶也較為方便。

1.1.3 高分辨率

相比傳統(tǒng)航拍技術(shù)，無人機遙感技術(shù)具有高分辨率獲取影像數(shù)據(jù)的能力，這是無人機遙感技術(shù)的最大特點，無人機遙感技術(shù)獲取影像的空間分辨率最高可以達(dá)到厘米級，主要得益于其具備面積覆蓋、傾斜成像的技術(shù)能力。

1.1.4 低使用和維護(hù)成本

日常的維護(hù)、保養(yǎng)費用低，作業(yè)時的成本不高，正常情況下的支出：系統(tǒng)的直接成本很低，只需要設(shè)備的折舊費、人員工資、交通開支等。隨著大量實驗生產(chǎn)的開展，低空遙感技術(shù)已日趨成熟，無人機遙感技術(shù)以其機動、靈活、快速的反應(yīng)能力和運行成本低等優(yōu)勢，正逐步成為航空遙感系統(tǒng)的有力補充，尤其是在小范圍的遙感調(diào)查中能發(fā)揮非常重要的作用。近年來已成為影像數(shù)據(jù)獲取的有效手段之一，能彌補衛(wèi)星RS的不足。

1.2 無人機遙感的影像處理流程

1.2.1 影像的畸變差糾正

由于無人機遙感系統(tǒng)操作簡單、運用靈活，成像分辨率高的特點，便廣泛用于航拍領(lǐng)域中。因無人機相機的不同，無人機的類型也不盡相同，大多數(shù)情況下無人機遙感系統(tǒng)使用的都是普通相機，其拍攝出來的相片會出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)畸變，在后期相片數(shù)據(jù)處理結(jié)果上會出現(xiàn)誤差，為了保障數(shù)據(jù)的真實準(zhǔn)確性，都會事先糾正影像畸變，常見的處理方式有消除主點偏移、旋轉(zhuǎn)影像等。

1.2.2 影像的三角測量

無人機遙感系統(tǒng)在低空進(jìn)行航拍時會自動完成影像的三角測量，傳統(tǒng)影像的選點和轉(zhuǎn)點工作是由人工完成的，其效率較低，而無人機遙感技術(shù)能夠自動完成選點和轉(zhuǎn)點工作，工作效率大大提高。同時，影像中的各個坐標(biāo)也是自動獲取的，其坐標(biāo)系中密點位置及參數(shù)也是自動形成。

1.3 無人機遙感系統(tǒng)簡介

無人機遙感系統(tǒng)分為空中控制、地面控制以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，空中控制系統(tǒng)主要包括無人機機身、影像獲取系統(tǒng)、控制飛行的動力系統(tǒng)等；地面控制系統(tǒng)主要包括無線通信系統(tǒng)及接收系統(tǒng)等，以對無人機進(jìn)行航線規(guī)劃及飛行控制。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要是影像數(shù)據(jù)處理軟件。目前無人機遙感系統(tǒng)在國土遙感應(yīng)用、能源遙感應(yīng)用、林業(yè)遙感應(yīng)用和農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用等領(lǐng)域得到了廣泛推廣，具體無人機航測遙感系統(tǒng)如圖1所示。

民用無人機通常分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機這3個種類。固定翼無人機是多數(shù)民用無人機的主流平臺，這種飛行器的發(fā)展趨勢主要向微型化和長航時發(fā)展，當(dāng)前微型化的無人飛機大小只有巴掌大，長航時無人機能飛行時間大約10小時，起飛的方式也多種多樣，有彈射、滑行、車載等等，降落的方式也可以選擇傘降、滑行和撞網(wǎng)都可以；無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼（多軸）無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間（起降需要推力），但操縱簡單、成本較低。

2 無人機遙感技術(shù)在土地執(zhí)法工作中的運用

土地執(zhí)法是指縣級以上人民政府國土資源行政主管部門按照法定程序和方式，依據(jù)該行政區(qū)域內(nèi)土地管理法律和法規(guī)，通過遙感監(jiān)測、動態(tài)巡查、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段掌握該行政區(qū)域的新增建設(shè)用地和耕地保護(hù)情況，起到發(fā)現(xiàn)、制止并監(jiān)督查處違法用地行為。具體體現(xiàn)在土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查的應(yīng)用、土地管理動態(tài)巡查監(jiān)測、違法土地案件整改情況監(jiān)測和耕地保護(hù)的日常監(jiān)測等方面的工作。

2.1 土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查的應(yīng)用

國土資源部在2010年頒布了15號令，并且在全國開展了土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作，土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查是指通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段對一個地區(qū)的土地利用情況進(jìn)行監(jiān)測，制成遙感影像圖，將同一地域前后兩個不同時點的遙感影像圖進(jìn)行疊加對比，可以反映出該地域土地利用的地表變化情況。通過對衛(wèi)片監(jiān)測所反映土地利用情況發(fā)生變化的地塊逐一核查，掌握該行政區(qū)域的新增建設(shè)用地情況，發(fā)現(xiàn)、制止并查處違法用地行為。這幾年持續(xù)的土地衛(wèi)片執(zhí)法工作使得湖南土地管理和土地合理利用得到了進(jìn)一步改善；個人、企業(yè)及各地政府依法使用土地的意識有所提高；土地市場秩序有所好轉(zhuǎn)，但是由于衛(wèi)星影像是全國統(tǒng)一時點獲取，獲取時間是在土地衛(wèi)片執(zhí)法開展前一年的8月份，所以在開展土地衛(wèi)片執(zhí)法時，較發(fā)達(dá)地區(qū)的影像和實地有較大的差別；另外有的地區(qū)的衛(wèi)星影像分辨率不高，影像的清晰度不夠，因此，較發(fā)達(dá)地區(qū)的國土資源局為了加強對土地利用情況監(jiān)督，有效遏制土地違法使用行為，進(jìn)一步規(guī)范土地管理，采取無人機航拍監(jiān)測方式對該地域進(jìn)行土地監(jiān)測。以2015年湖南省岳陽市土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作為例，2015年4月，岳陽市國土資源局獲得了國家下發(fā)的2014年8月的2M分辨率彩色衛(wèi)星影像，但是由于得到的衛(wèi)星影像部分區(qū)域出現(xiàn)被云層，薄霧遮擋，清晰度不夠，并且衛(wèi)片執(zhí)法開展時間和衛(wèi)片拍攝時間相差半年，為了保證該市土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，政府部門采用了無人機遙感技術(shù)對該市區(qū)進(jìn)行航拍取像。在無人機機型中，固定翼無人機是飛行速度最快，續(xù)航能力最強的機型，因此，政府部門選用了IRSA（中遙）Ⅱ固定翼無人機，佳能HF M52相機進(jìn)行航拍，拍攝的航片影像的分辨率為0.2 m，從線路規(guī)劃、無人機飛行、航片的快速處理（如圖2）和影像的建設(shè)用地解譯等全部工作共用了15天順利完成。

2.2 土地管理動態(tài)巡查監(jiān)測

近年來，由于土地經(jīng)濟市場繁榮，從而導(dǎo)致違法占用土地、違法建設(shè)現(xiàn)象時有發(fā)生，基層執(zhí)法部門任務(wù)繁重，在日常巡查過程中，由于受地域條件等因素制約，巡查工作有一定困難，存在對違法用地發(fā)現(xiàn)率低、發(fā)現(xiàn)不及時等弊端?！盁o人機航拍監(jiān)測具有靈活機動、精細(xì)準(zhǔn)確等特點，不受地形地貌等因素干擾，能夠獲得準(zhǔn)確的視頻和高精度的圖片，確保不留盲區(qū)和死角，實現(xiàn)對轄區(qū)范圍的全覆蓋。土地執(zhí)法部門通過無人機對該區(qū)域土地進(jìn)行動態(tài)巡查監(jiān)測，可以全面有效地了解該區(qū)域違法用地、違法建筑的情況。通過對制定區(qū)域進(jìn)行無人機監(jiān)測，對比同一區(qū)域前后不同時間點的影像數(shù)據(jù)資料，利用對比軟件設(shè)備進(jìn)行解譯，最終為執(zhí)法部門的執(zhí)法行為提供數(shù)據(jù)來源。筆者所在的長沙市國土資源局在開展土地執(zhí)法的動態(tài)巡查工作中，對涉及的違法用地進(jìn)行了執(zhí)法檢查，對部分違法情況不清楚的地方或者某區(qū)域可能存在違法用地行為的，采用了無人機遙感技術(shù)對其進(jìn)行拍攝，對土地監(jiān)察動態(tài)進(jìn)行定點巡查，其期限通常為3個月，為了保證航拍影像質(zhì)量，航拍效率，使用了高質(zhì)量、高安全性的無人機遙感技術(shù)。從而取得清晰的遙感監(jiān)測圖斑。圖3為岳陽市某廣場的影像對比圖，由于2012年的衛(wèi)星影像分辨率太低，無法有效辨認(rèn)影像中的一些信息，無法為違法占用土地立案工作提供有力的依據(jù)，2013年是用無人機航拍，無人機是運用zc-5型，長2.1 m、翼展2.6 m，可以抵抗五級左右大風(fēng)，飛行范圍一般在2 000 km2，配置相機是佳能5D Mark Ⅱ、24 mm定焦鏡頭。在最終形成的清晰航片影像中，可以發(fā)現(xiàn)分辨率較高，建設(shè)面積和類型非常明顯。

2.3 違法土地案件整改情況監(jiān)測

在土地執(zhí)法工作中，許多違法占用土地、違法建設(shè)案件被發(fā)現(xiàn)和查處整改，而土地執(zhí)法部門在對違法占用土地查處整改情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查取證時，如果用常規(guī)全站儀實地野外數(shù)據(jù)采集方法成圖，作業(yè)量大，耗費時間長，成本高（每平方公里的費用達(dá)到8～15萬元），且不宜大面積開展，不僅給土地執(zhí)法工作帶來不便，也嚴(yán)重影響了遏制違法占用土地的行為。相比野外實測，無人機航測具有周期短、效率高和成本低等特點，對于面積較小的大比例尺土地測量任務(wù)受天氣和空域管理的限制較少，成本較低。而將無人機遙感系統(tǒng)進(jìn)行工程化、實用化開發(fā)，則可利用它機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢，在陰天、輕霧天也能獲取合格的彩色影像，從而將大量的野外工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)，保證違法土地整改查處情況監(jiān)測的高效性。所以越來越多的國土資源局通過使用無人機遙感技術(shù)對違法占用土地面積較大和集中的區(qū)域進(jìn)行航拍攝像，更直觀和快捷地了解該區(qū)域的實際查處整改情況，而基于無人機機動性能強、不受場地情況限制，并且攜帶方便，執(zhí)法部門可以充分利用無人機對違法占用土地進(jìn)行監(jiān)測攝像，實時記錄土地違法案件的整改情況。

2.4 耕地保護(hù)的日常監(jiān)測

耕地保護(hù)是加快經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的根本要求，李克強在2015年1月視頻會議作出重要批示，批示指出我國人多地少，任何時候都要守住耕地紅線，守住基本農(nóng)田紅線。要堅持?jǐn)?shù)量與質(zhì)量并重，嚴(yán)格劃定永久基本農(nóng)田，既要明確其特殊用地政策，又要嚴(yán)格規(guī)范用地管理，加強監(jiān)測督察，對土地違法違規(guī)問題動真碰硬、重點問責(zé)。這對土地執(zhí)法的工作有了很高的要求，為了認(rèn)真落實耕地保護(hù)，一些政府對于耕地較集中，耕種條件較好的區(qū)域開展了無人機遙感的定期巡查。比如常德市政府今年計劃對該市區(qū)撥款150萬元，運用無人機，分辨率為0.5 m的遙感技術(shù)，隔兩三個月拍一次重點基本農(nóng)田的保護(hù)區(qū)，以第一次作為基礎(chǔ)，如果地面上有變化，比如耕地變成建設(shè)用地，或者耕地變成其他地類而引起耕地被破壞，這樣就可以清楚地在內(nèi)業(yè)處理后的航片影像中發(fā)現(xiàn)，常德市計劃通過此項工作來開展對重點基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的監(jiān)測和耕地保護(hù)的高技術(shù)、高效率的推廣工作。

3 無人機遙感技術(shù)可能存在的問題

無人機遙感技術(shù)作為一種低空航拍影像數(shù)據(jù)采集的主要方式，其靈活機動、續(xù)航時間較長、影像收集實時等優(yōu)點，已成為衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的有效補充，而隨著社會的不斷發(fā)展，無人機遙感技術(shù)的運用將更加廣泛，然而，基于無人機自身的限制，還需要不斷完善無人機系統(tǒng)，以確保無人機遙感技術(shù)的穩(wěn)定性和抗風(fēng)險性。

3.1 抗風(fēng)險能力有待提高

無人機機身較輕，由于飛行高度低，容易受到風(fēng)速影響，但為了提高無人機的抗風(fēng)險性，通常情況下都是采取增加無人機機身重量，但是無人機承擔(dān)量小，如果增加機身重量，其穩(wěn)定性會下降。因此，如何在機身較低或不增加重量的情況下，通過改善無人機遙感技術(shù)來提高無人機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗風(fēng)險性，保證無人機飛行安全是當(dāng)前無人機遙感技術(shù)需要解決的重要問題。

3.2 拍攝范圍不大

由于是低空飛行，一個架次拍攝的范圍較小，并且體積不大，續(xù)航時間較短，一般只能飛行幾個小時到十幾個小時，僅適用于小范圍區(qū)域的調(diào)查，對于大面積區(qū)域的全天候調(diào)查，需要配合大飛機、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)開展調(diào)查。

3.3 遙感數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)

當(dāng)前使用的無人機遙感攝像設(shè)備是一種小型的數(shù)字相機，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星攝像系統(tǒng)相比，其攝像數(shù)據(jù)太多，影像篇幅小，從而導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)處理時間較長，因此，針對這類問題，應(yīng)開發(fā)影像自動識別和拼接軟件，提供影像數(shù)據(jù)處理效率，節(jié)省數(shù)據(jù)處理時間。

4 結(jié)語

當(dāng)前，與傳統(tǒng)航空遙感系統(tǒng)相比，無人機遙感技術(shù)具有更大的靈活性，使用便利，并且攝像時間短、影像分辨率高，彌補了傳統(tǒng)航空遙感系統(tǒng)的不足，從而被廣泛運用于土地執(zhí)法監(jiān)測領(lǐng)域。通過無人機遙感技術(shù)獲取的高分辨率影像，對各類地物信息進(jìn)行提取，可以有效提供土地利用情況的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。然而，無人機遙感技術(shù)作為衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的補充，多運用于一般的小范圍區(qū)域地形圖繪制，加之無人機自身的一些不足和限制，無法滿足大范圍監(jiān)測需求，因此，改進(jìn)無人機系統(tǒng)質(zhì)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗風(fēng)險性，改進(jìn)遙感數(shù)據(jù)的處理技術(shù)等，是下一步無人機遙感技術(shù)發(fā)展完善的一個方向。

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