无人机测绘技术在自然资源动态监管系统中的应用_吴海峰.pdf

2022 年第 4 期江西测绘江西测绘江西测绘江西测绘无人机测绘技术在自然资源动态监管系统中的应用吴海峰1华东锋2（1.青田县土地规划勘测队浙江丽水323900;2.青田县不动产登记中心浙江丽水323900）摘要：国家在加强自然资源监管的背景下，对各级自然资源部门的监管工作提出了更高要求。自然资源动态监管工作涉及面广，情况复杂，由于各级政府和相关职能部门更注重审批，而忽视批后监管，造成监管工作拖拉滞后。论文结合青田县自然资源动态监管系统的建设和运行，根据利用低空无人机航测技术在土地批后监管、矿产资源、自然资源执法监察等管理情况，阐述了低空无人机航空摄影测量新技术在自然资源动态监管系统运行中的优点，提出了需要进一步改进的建议。关键词：动态监管系统；无人机航空摄影；动态监测作者简介：吴海峰（1983），男，本科，工程师，研究方向为工程测量、不动产测绘、无人机倾斜摄影、国土空间规划。E-mail:Application of UAV Surveying and Mapping Technology in DynamicSupervision System of Natural ResourcesWU Haifeng1HUA Dongfeng2(1.LandPlanningandSurveyingTeamofQingtianCounty,Lishui323900,China;2.RealEstateRegistrationCentreofQingtianCounty,Lishui323900,China)Abstract:Under the background of strengthening the supervision of natural resources of China,higher requirements are putforward for natural resource departments of all levels.The dynamic supervision of natural resources covers a wide range and thesituation is complex.As governments and relevant functional departments pay more attention to approval and neglect postapproval supervision,the supervision work lags behind.Combined with the construction and operation of the dynamicsupervision system of natural resources in Qingtian County,this paper analyzes the working methods of using low altitude UAVaerial survey technology in post land grant supervision,mineral resources,and natural resources law enforcement andsupervision.The advantages of using low altitude UAV aerial photogrammetry in the supervision system are summarized andsome suggestions are proposed.Keyword:Dynamic Supervision System;UAV Photography;Dynamic Monitoring1引言近年来，无人机技术得到快速发展，基于无人机平台的测绘技术以其灵活性高、速度快、成本低等优点，在地形测量、空间规划、国土整治、实景三维、应急救灾等领域广泛应用1-3。随着国家逐步加强对自然资源的监管工作，各级地方政府原有以常规手段进行监管工作，已不适应新时代社会经济发展的需要，急需建立以各种新技术为手段的自然资源动态监管系统。自然资源动态监管是指依据集成各自然资源基础数据，包括自然资源调查、法定规划、审批等空间数据，构建统一的信息库，作为自然资源监管的大平台；针对进行有效动态监督，对资源开发利用过程中可能造成自然资源浪费、破坏的行为进行规避和惩治，完善自然资源保护职责，实现自然资源批后监管精细化管理，减少监管风险4。由于自然资源动态监管系统主要采用 GIS 和遥感技术，结合计算机图形图像处理识别和人工判别解译手段与方法，将清晰有效的高分辨率航空影像或卫星遥感影像进行对比监测。本文通过工程实例，利用低空无人机航空摄影技术获取影像，将其运用于自然资源动态监24总第 134 期管系统中。2自然资源动态监管系统2.1系统模块自然资源动态监管系统是围绕自然资源监管工作中自然资源管理、数据调查采集、自然资源开发和预警监管等方面的需求，将各类监管数据叠加，构建自然资源动态监管数据库，建立监管综合平台，利用卫星影像、无人机航空监测、移动终端 APP 等技术手段，开展自然资源动态监管综合服务。系统模块实现自然资源管理中的信息管理、变化采集监测、查询统计、预警分析、综合展示等。2.2主要功能根据自然资源动态监管的需求，自然资源动态监管系统的主要功能有以下几个部分：一是自然资源动态监管系统矢量空间服务数据对接，调用业务成果数据，包括农转用图层、供地图层、垦造耕地图层、矿产资源图层、地质灾害图层、行政区域范围等空间要素层；二是自然资源动态监管空间数据库及系统平台建设，基于 GIS 技术开发，实现相关业务管理功能；三是自然资源动态监管系统巡检移动端系统建设，基于 WebApp 开发技术、结合手持移动终端内置的 GNSS，实现供地信息、农转用信息、垦造耕地信息、矿产资源信息、自然资源违法等信息上报，提高巡检人员工作效率，提升动态监管信息化管理水平;四是自然资源监管变化监测，主要手段是利用低空航空影像或卫星遥感影像进行对比监测，以及通过视频监控感应发现和人工举报巡查等方式，来确保自然资源动态监管系统的有效运行。3无人机航空摄影测量3.1航空摄影近年来，无人机航空摄影测量主要是利用倾斜摄影测量技术，有效融合了近景摄影测量与传统航测技术的优势，它是通过在无人飞行平台上搭载多种传感器，从一个垂直和四个倾斜角度来拍摄地面物体的多视角高清立体倾斜影像，同时还能获取到地物的侧面纹理信息，所拍摄的影像再借助于全自动、高性能后处理系统，可快速构建出具有地物准确位置和清晰纹理的高分辨率真三维场景，借助于专业数据处理软件不但可以实现地物的三维数字化精准量测，还可进一步生成多种数字化测绘产品1。3.2工作流程无人机航空摄影测量工作流程:无人机倾斜影像数据采集(航线规划、像控测量、外业航飞)、倾斜三维建模数据处理(数据预处理、空三处理)、实景三维模型制作、真正射影像制作2、精度检查等，具体的工作流程如图 1 所示。图 1 无人机航空摄影测量工作流程4变化监测4.1工作流程监管系统变化监测的一般工作流程（见图 2）：一是收集前期、后期无人机航测影像，如无前期影像，则需要收集监管任务区域的基础遥感卫星影像，后期影像则根据监管系统下发的任务需要进行实时定期航飞采集；二是利用相关遥感软件进行智能变化检测，并融合检测结果；三是在智能变化监测的结果上进行人工解译对比，确保智能变化监测的不漏检、不错检；四是根据智能变化监测和人工解译对比的结果，进行图斑提取，并向监管系统报送数据。图 2 变化监测的一般工作流程4.2遥感卫星影像的获取遥感卫星影像是自然资源动态监管系统中重要的基础数据，是整个辖区内自然资源变化监测最快速的信息源。我国一直以来采取了中低分辨率遥感数据免费分发、高分辨率遥感数据授权发放的政策，以推动对地观测数据资源共享和有效利用。然而，由于数据价值观念、基础设施、技术支撑能力、共享机制等方面的一些不足，卫星遥感数据并没有在中国实现真正的流通。对于政府参与投资的卫星遥感数据，用户申请和审批过程非常烦琐，难以获取。县级自然资源部门获取遥感卫星影像的途径较为有限，一般只能通过上级自然资源部门年度卫片下发，以及天地图的适当补充，虽然能做到全域覆盖，但是时效性不强。4.3智能变化监测智能监测使用的是 DeltaCue 工具，它是遥感软件 ERDAS 的一个功能扩展模块，用于大范围影像变化的分析，协助用户识别遥感影像中的变化图斑5。它提供了一系列的法则等处理方法，是基于工作流的方式对项目进行预处理、变化检测、变化过滤、变化结果查看以及解译。在影像配准的基础之上，对不同时相的影像做定量分析，并在这个基础上显示出无人机测绘技术在自然资源动态监管系统中的应用252022 年第 4 期江西测绘江西测绘江西测绘江西测绘变化的情况。对影像差异进行差分运算，测算出影像有变化的部分，从而判别变化量是不是达到阈值。DeltaCue 的一个关键技术在于发现感兴趣的变化。首先它会尝试去辨别显著的变化图斑，然后帮助用户识别感兴趣的变化图斑6。变化检测算法类型的选取需适应于变化检测的感兴趣区域，不同算法的重点可以根据植被变化、土地变化，尤其是主色调的变化来选取或将其对应的像素高亮显示。例如，一条新的路或者建筑物被考虑为显著变化，尽管它可能并非用户所感兴趣的。不明显的变化取决于传感器的噪声、大气或者配准不良，则不在考虑范畴之内。其次，软件通过选择过滤器和设置过滤参数允许用户去掉这些不明显的变化图斑，利用域值设定可以达到这一目的。小域值用于去除小图斑(传感器的噪声)，大的域值适合于大区域的，很明显的变化图斑(由云区引起的)。不精确配准滤波用来去除因配准不良引起的明显变化。一旦已经界定了变化输出，输出的结果就被认定为显著变化（如图 3）。图 3 监测显著变化结果由于智能监测是通过计算机的算法计算得出的结果，其结果不能完全准确地反应真实情况，可能存在误判、漏判、范围不准确等诸多不确定因素，其结果只能作为我们监测成果的初始成果，需要人工解译软件进行进一步识别、筛选和核查才能得出理想的成果。4.4人工解译比对由于航空影像获取的季节不同和云雾水汽等诸多不确定因素的存在，再加上智能监测本身存在一定的技术局限性，导致提取图斑的准确性受到一定影响，需要人工进行进一步核查比对，以确保监测成果图斑的质量。为了确保最终成果的准确性，还要专门为影像比对开发一套人工解译软件系统，系统以 200m200m 为一个网格大小，将监测全境分为若干个网格，对核心区域利用网格化比对方法，每个作业员通过系统自动分配的网格，并叠加智能分析结果对网格内的变化进行人工解译，绘制未监测出来的变化图斑，修改范围不准确的图斑和删除误判图斑信息。完成所有网格比对后，系统会自动转换为核查模式，对已比对的网格，重新分配给其他作业员进行核查，以确保每个网格内监测成果的准确性，尽量避免图斑遗漏、误判和边界不准确等问题。人工解译时需要对每个图斑的变化性质进行分类，按照变化类型不同，变化类型分为新增、疑似、拆除、变化、道路、桥梁、河道、沟渠等。遥感影像变化监测人机交互软件的研发，是为了方便处理人员对 DeltaCue 智能提取出来的变化图斑进行人机交互核查比对，更重要的是实现数据处理团队内部人员的分工合作及数据处理效率，提高数据成果质量。4.5图斑提取通过智能变化监测和人工解译系统处理后，得到输出的变化图斑信息已基本能反映当前测区全境的变化情况。但对于变化监测来说，当前变化成果数据还需要进行进一步处理，以便按照变化类型进行分类统计、汇总。最终按照监管系统的要求报送相关对比影像图。5案例应用及结果分析5.1项目概况青田县自然资源动态监管系统是浙江省最早建立的一批监管综合平台，是浙江省自然资源监管系统试点项目之一，主要是对县域 2493 平方千米范围内的土地，通过卫星遥感、航空监测、人工巡查或无人机航拍实现对自然资源变化进行常态化监测、采集，实现对自然资源违法行为早发现、早处置。青田县自然资源动态监管系统综合平台运行试点期限为三年，本项目根据监管试点任务要求，投入纵横大鹏CW-15C 固定翼无人机一台，搭载索尼 AR 相机进行航摄影，可采集 0.1-0.3 米分辨率影像，大疆 M300以及飞马 D2000 无人机飞行平台搭载五镜头相机各一台，大疆精灵 4rtk 无人机十台，以定期现场无人机测绘为主和临时应急性无人机测绘为补充的方式进行外业采集，2020-2021 年项目运行情况，如表 1 所示。表 1 2020-2021 年自然资源动态监管系统运行情况5.2结果分析通过自然资源动态监管系统近三年时间的试运行，特别是无人机测绘技术的应用，取得了一定的成年度无人机测绘架次大型无人机 小型无人机2020245213620211621782监测面积（km2）397335出具监测报告数量（份）30327626总第 134 期区域，研究了无人机倾斜摄影测量技术在三维实景建模的关键技术及流程，并对三维实景模型平面坐标及高程精度进行了分析验证，结果表明，无人机倾斜摄影三维实景建模的精度均符合相关技术标准和规范。搭载无人机飞行的倾斜航空摄影技术所采集的三维实景模型同时拥有高分辨率和高精度的特征，且模型在影像纹理和地物色彩上更逼真，数据采集更精准。参考文献：1程飞,张子文,姜炳功.无人机倾斜摄影测量在河流综合治理中的应用J.测绘与空间地理信息,2022,45(6):58-60，66.2冯啸.无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害监测中的应用以四川省茂县叠溪镇山体滑坡为例J.华北自然资源,2022(4):98-101.3储云志.无人机倾斜摄影测量技术在东至县房地一体确权应用中技术要点分析J.资源信息与工程,2022,37(4):79-81，85.4梁翌昕,潘宏宇.无人机倾斜摄影测量技术在少数民族村寨保 护 中 的 探 索 与 应 用J.电 子 测 试,2022,36(12):123-125，128.5崔巨月.无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评定J.资源信息与工程,2021,36(6):68-70.6邱春霞,张巧玲,董乾坤,等.无人机倾斜影像三维建模中的空地融合研究J.测绘地理信息,2021,46(6):67-71.7苏晓刚.无人机倾斜摄影测量的不动产三维单体化建模及应用研究D.合肥:安徽理工大学,2020.8向华林,李秉兴.单镜头无人机倾斜摄影测量的三维建模及精度评估J.测绘通报,2022(S2):237-240.9王成,潘少炜,李岩.基于无人机倾斜摄影测量的露天矿山三维建模及精度分析以广西为例J.南方自然资源,2022(5):57-62.果。（1）技术加持，提升监管效率，监管时间由长变短，监管范围由小变大。无人机测绘将原本需耗时几天的监测任务压缩至几小时，通过投入多台无人机设备，有效扩大监管范围，由过去的 100 平方千米扩大到 300 多平方千米；（2）人机结合，提高监测准确率。利用高分辨率无人机对重点范围内的影像变化情况进行监测，通过影像自动比对、人工复核的方式，实现监测准确率达到 98%以上。（3）监管有效，降低违法案件发生率。利用监测成果，发现疑似违法用地，占用永久基本农田、超供地红线、占用生态红线等违法行为，实现自然资源违法行为早发现、早制止，正式立案件数有所降低，监管系统运行前后违法案件变化情况如表 2 所示。表 2 自然资源动态监管系统运行前后违法案件变化表（4）部门联动，建立共同监管击任机制。通过与农业农村、综合执法、水利等部门进行业务协同，加强部门和乡镇（街道）之间的数字化联动，及时发现自然资源监管中存在的漏洞，减小监管风险。自然资源动态监管工作点多面广，地形复杂，单纯依靠无人机摄影测量，工作量仍巨大，需要很多的人力物力，还是远远无法满足监管任务的需求。另一方面，按照现在的技术手段，系统的智能化水平比较低，监测图斑的发现，还是以相关遥感软件检测结合人工解译发现为主，及时主动发现的功能较弱，需要进一步提高。6结束语本文通过无人机测绘及智能变化监测技术在自然资源动态监管系统运行中的应用不断进行实践与总结，优化了自然资源监管的工作方法，真正实现了监管的及时和高效，做到真正掌握自然资源的动态变化情况，及时发现疑似违法用地，通过制止和督促整改等手段，有效降低自然资源违法案件的数量。参考文献：1胡扬攀,涂朝月.无人机倾斜摄影测量技术在农村不动产权籍调查中的应用J.浙江测绘，2021(1)：43-45.2罗献栋.无人机技术在土地整治项目中的应用探讨J.江西测绘，2018(2):25-26,43.3叶络,吕花,向红.稀少控制无人机航测在带状地形图中的应用J.地理空间信息，2018(6):58-59.69.4叶金伟,徐斌峰.关于县域自然资源动态监管综合平台建设的探索以青田县为例J.浙江国土资源,2020(1):51-53.5汪继伟.DeltaCue在快速应急监测中的应用J.科技资讯，2012(2):43-44.6王永乔.基于“3S”技术的违法建筑及设施影像监测信息系统设计与实现J.测绘与地理空间信息，2011(6):71-73,77.年度发现疑似违法用地次数总数占用基本农田98111211920182019202035667202128553占用生态红线6151928制止整改数立案件数超出用地红线333860764576103314428225728（上接第23页）无人机测绘技术在自然资源动态监管系统中的应用27