李小光

(清遠(yuǎn)市測(cè)繪地理信息中心 廣東清遠(yuǎn) 511500)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求日益增大，在一些耕地、礦產(chǎn)資源富足的地區(qū)，由于地處偏遠(yuǎn)、隱蔽存在監(jiān)管不便的情況，往往有很多不法分子在未得到有關(guān)部門許可的情況下擅自動(dòng)工，違規(guī)改變土地利用類型，這種情況在經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的背景下屢禁不止，給自然資源部門帶來巨大的監(jiān)管壓力[1]。

以廣東省某地基層自然資源所為例，機(jī)構(gòu)規(guī)模偏小，人員編制一般為3～5人，管轄范圍較廣以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單位，環(huán)境復(fù)雜以地形地貌山地為主，建設(shè)活動(dòng)零散分布，任務(wù)繁重同時(shí)還承擔(dān)地質(zhì)災(zāi)害、土地利用巡查等工作任務(wù)，有限的設(shè)備和巡查條件致使基層員工巡查效率低，難以真正做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置。

當(dāng)前，無人機(jī)航拍技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展已非常成熟，作為國(guó)土資源動(dòng)態(tài)巡查傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效補(bǔ)充，在國(guó)土資源動(dòng)態(tài)巡查、耕地和永久基本農(nóng)田保護(hù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面已獲得各級(jí)自然資源部門的認(rèn)可。

1 變化圖斑的判識(shí)方法

將前后兩時(shí)相的影響與年度土地調(diào)查庫(kù)進(jìn)行套合。兩期影像與之對(duì)比，根據(jù)地物特征，利用數(shù)據(jù)時(shí)相、地域特點(diǎn)、地形地貌、周邊環(huán)境等要素進(jìn)行分析[2]。

如果影像表現(xiàn)為新增建設(shè)用地部分被數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)用地圖斑壓蓋，則僅提取數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)用地圖斑外未被壓蓋部分，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)用地圖斑邊界直接作為新增建設(shè)用地圖斑邊界。根據(jù)影像特征，將“非建設(shè)用地”類型范圍內(nèi)新增建設(shè)用地圖斑的類型分別歸為一、二、三、五、六、七類中二級(jí)類，具體分類如圖1所示。

圖1 “非建設(shè)用地”類型范圍內(nèi)新增建設(shè)用地圖斑的類型

2 數(shù)據(jù)獲取

2.1 研究區(qū)域

廣東某地為中國(guó)南方重稀土礦產(chǎn)地中心位置，稀土豐富。通過硫酸銨浸泡泥土的方式，把離子態(tài)稀土元素置換到溶液中，再用草酸或碳銨沉淀得到92%以上品位稀土精礦，進(jìn)而完成開采。稀土礦產(chǎn)高額利潤(rùn)導(dǎo)致在各縣礦產(chǎn)區(qū)盜采稀土毫不收斂，致使大片林地被破壞、環(huán)境遭到污染和國(guó)家礦產(chǎn)資源損失嚴(yán)重。

劃定礦產(chǎn)資源重點(diǎn)區(qū)域，利用無人機(jī)不定期對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)露天越界、無證開采礦產(chǎn)資源等違法行為，提取礦產(chǎn)利用變化信息，并制作打印外業(yè)巡查圖，開展疑似圖斑外業(yè)巡查、野外驗(yàn)證，拍攝野外圖片并制作《礦山遙感監(jiān)測(cè)內(nèi)業(yè)解譯與野外驗(yàn)證記錄表》，分析現(xiàn)場(chǎng)整改情況[3]。

2.2 監(jiān)測(cè)方案

本實(shí)驗(yàn)主要使用搭載Sony A7R 相機(jī)的P316 垂直起降固定翼無人機(jī)、X-Chimera 型復(fù)合翼無人機(jī)和DJI PHANTOM 4 RTK 型多旋翼無人機(jī)3 種型號(hào)無人機(jī)進(jìn)行航拍數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)處理使用PIXEL 4D 攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件和INPHO UASMASTER攝影測(cè)量處理軟件；數(shù)據(jù)處理、分析、解譯軟件使用ArcGIS軟件[4]。

根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍和實(shí)際地形地貌設(shè)計(jì)航飛，選擇較好的航飛天氣航攝。航攝分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)分區(qū)內(nèi)地形高度差不應(yīng)大于1/6航攝航高，對(duì)于地形復(fù)雜地區(qū)可以放寬到1/2，但要加大航向重疊度、旁向重疊度航攝分區(qū)[5]。在大疆手持平板上設(shè)置好航高和重疊度等參數(shù)，并劃分好測(cè)量區(qū)域后，平板的自帶軟件會(huì)自動(dòng)規(guī)劃出相應(yīng)的航攝路線，航線設(shè)計(jì)結(jié)果具體見圖2。

圖2 航攝路線設(shè)計(jì)

3 數(shù)據(jù)處理流程

相對(duì)于普通的垂直攝影測(cè)量，傾斜攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)處理更加復(fù)雜，生成的產(chǎn)品也更多。其數(shù)據(jù)處理的流程具體見圖3。首先根據(jù)無人機(jī)POS數(shù)據(jù)、傾斜像片和像素點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理和區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，然后經(jīng)過影像密集匹配、高精度彩點(diǎn)云處理生成數(shù)字表面模型或者三維模型，最后進(jìn)行正射糾正后才能形成真正射影像TDOM產(chǎn)品[6]。

圖3 傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程

根據(jù)解算出來的各影像外方位元素，進(jìn)行特征匹配得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由點(diǎn)云構(gòu)成不規(guī)則三角網(wǎng)，建立高精度、高分辨率的數(shù)字表面模型，數(shù)字正射糾正后得到真正射影像TDOM。

4 判識(shí)與匯總

相鄰圖斑原則上需按照10種圖斑類型分別勾繪，并明確圖斑邊界的拓?fù)潢P(guān)系。若出現(xiàn)第一類與第三類圖斑相鄰的情況，可勾繪為一個(gè)圖斑，圖斑類型以面積較大的類型為準(zhǔn)。若第一類或第三類圖斑與第二類圖斑相鄰，且通過影像無法確定其為同一建筑類型，則需分類處理。

根據(jù)各地土地利用變化特點(diǎn)、管理需要的不同，將全國(guó)劃分為四類監(jiān)測(cè)區(qū)。其中，一類區(qū)面積134.8 萬km2，采用優(yōu)于1 m的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。二類區(qū)面積433.6 萬km2，采用2 m級(jí)多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)。三類區(qū)面積200.4萬km2，采用2 m 級(jí)全色或5 m 級(jí)彩色衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。四類區(qū)面積178.7萬km2，采用5 m級(jí)全色或多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

（1）如果在建設(shè)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，影像表現(xiàn)為集中建設(shè)部分與推填土部分有明確界限，且均具備一定規(guī)模，則需將兩者拆分歸類。此外，一個(gè)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)如果有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的集中建設(shè)區(qū)，則每個(gè)集中建設(shè)區(qū)可單獨(dú)勾繪為一個(gè)圖斑，與周邊推填土部分拆分處理，但不可對(duì)同一建設(shè)區(qū)的建筑物單獨(dú)勾繪。

（2）如果影像表現(xiàn)為整體建設(shè)，僅在內(nèi)部及外圍小面積推填土部分，可將圖斑整體歸為“一類”或“三類”。圖4展示了將整體建設(shè)歸為“一類”的情況。

圖4 整體建設(shè)歸為“一類”

（3）如果影像表現(xiàn)為整體推填土，內(nèi)部?jī)H有零散分布的小面積建筑，可將圖斑整體歸為“二類”。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

2019年至2020年4月，分別采用P330、DJI Phantom 4 RTK、X-Chimera 無人機(jī)，共飛行30 架次，完成劃定區(qū)域的航攝工作。

對(duì)劃定監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域?qū)Φ爻上?，?nèi)業(yè)采用Pixel4D、Inpho UASmaster 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件進(jìn)行處理，生產(chǎn)優(yōu)于0.2 m分辨率（含0.2 m）正射影像共183.37 km2。

5.1 疑似新增開采監(jiān)測(cè)圖斑提取情況

新增開采圖斑的勾繪結(jié)果具體見圖5。本次實(shí)驗(yàn)共提取10個(gè)疑似新增開采圖斑，對(duì)于解譯監(jiān)測(cè)出的疑似新增開采圖斑，通過疊加無人機(jī)影像數(shù)據(jù)，制作打印外業(yè)巡查圖，開展外業(yè)巡查、野外驗(yàn)證，拍攝野外圖片、視頻資料，核查后制作《礦山無人機(jī)監(jiān)測(cè)內(nèi)業(yè)解譯與野外驗(yàn)證記錄表》。經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證，有3個(gè)圖斑為新增稀土收尾水圖斑，其余7個(gè)圖斑為設(shè)施農(nóng)用地圖斑。

圖5 新增開采圖斑勾繪

5.2 往年已發(fā)現(xiàn)開采圖斑跟蹤監(jiān)測(cè)情況

在劃定監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，結(jié)合了2016—2018年發(fā)現(xiàn)開采圖斑分布情況，將往年發(fā)現(xiàn)的82個(gè)礦產(chǎn)開采圖斑一并納入一階段跟蹤監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，通過對(duì)比前后時(shí)相影像，對(duì)往年監(jiān)測(cè)到開采圖斑打擊整治情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

對(duì)于往年發(fā)現(xiàn)開采點(diǎn)圖斑，如通過無人機(jī)拍攝高分辨率影像可以對(duì)其整改情況進(jìn)行判定的，無須外業(yè)核查，否則也需要打印外業(yè)巡查圖，開展外業(yè)巡查、野外驗(yàn)證，拍攝現(xiàn)場(chǎng)巡查圖片、視頻資料，核查后制作《新增開采圖斑跟蹤監(jiān)測(cè)情況表》。

本次實(shí)驗(yàn)采用無人機(jī)分3個(gè)階段對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)圈定的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)合了2016—2018年發(fā)現(xiàn)開采圖斑分布情況，研究人員對(duì)重點(diǎn)區(qū)域利用無人機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)巡查，其中監(jiān)測(cè)圖斑總數(shù)為140塊，正確監(jiān)測(cè)個(gè)數(shù)127 塊，總體預(yù)測(cè)精度高達(dá)90.7%，總監(jiān)測(cè)面積約183.37 km2，證明基于無人機(jī)進(jìn)行自然資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效性和高效率。