无人机遥感技术在农村土地监测中的应用.pdf

0引言实现农业地籍利用类型和指标数据化，是农业地籍监测管理工作的基本前提。无人机遥感技术是以无人机载遥感传感器为基础，综合运用无人驾驶、遥感、遥测遥控和空间定位系统等现代信息技术，获取农业空间信息的重要手段1。在农村土地监测中，无人机遥感技术能够实现对农村土地的高效监测；此外，该技术能实现快速获取农田空间位置信息、划分土地利用类型、定位农田基础设施、量算种植面积等目的，其精确度远超传统的农村土地测量方法。随着遥感技术的快速发展，现阶段已实现农村土地监测和评价工作的创新。怎样借助无人机遥感技术实现对农村土地的高效监测和评价，让农村土地利用率最大化，已成为相关技术部门研究的重点方向。从现阶段对无人机遥感技术的应用情况来看，大部分集中在对土地管理或是对单一农作物在植株数量、植株品质的选取等方面的应用，很少有关于农村土地监测的全面应用。因此，本文的研究立足于具体的试验区域，对无人机遥感技术在土地检测中的应用方式、流程、土地利用评价指标体系等方面展开探索，在有效填补理论研究空白的同时，为农村的土地监测提供一种全面的技术手段，进一步提升农村土地的利用率。1无人机遥感技术监测土地的实现方式1.1技术基础影像拍摄是无人机遥感技术的应用基础。在无人机上安装航空摄像、照相机，根据航高高度和设计角度呈现出直线拍摄照片，并根据飞行轴线位置进行图像调绘，采用图像匹配、空三分析等方法，得到影像图和数字高程模型，同时可加工生成数字线划图2。无人机平台是飞行设备的一部分，继承了常规航空摄影测量的原则与方式，把非规范性传感器信息转化成透视图像，通过专门程序对数据加以处理，具备信息收集与处理功能。具体的技术基础配置如图1所示。1.2技术思路首先，通过分析试验区域土地利用情况，构建相应的评价指标；其次，将无人机航拍获得的影像放置在相关平台进行分析和解译，得出相关指标数值；最后，根据相关资料对该农村土地实验区域进行综合【作者简介】万翔，男，任职于自然资源部陕西基础地理信息中心，助理工程师，研究方向：遥感信息提取与分析；杨乐，女，任职于自然资源部陕西基础地理信息中心，工程师，研究方向：遥感信息提取与应用；杨新飞，女，任职于自然资源部第二地形测量队，工程师，研究方向：自然资源调查监测；杨杨，女，任职于自然资源部陕西基础地理信息中心，高级工程师，研究方向：遥感信息提取与应用。【引用本文】万翔，杨乐，杨新飞，等.无人机遥感技术在农村土地监测中的应用 J.企业科技与发展，2023（6）：84-86，90.无人机遥感技术在农村土地监测中的应用万翔1，杨乐1，杨新飞2，杨杨1（1.自然资源部陕西基础地理信息中心，陕西 西安 710054；2.自然资源部第二地形测量队，陕西 西安 710054）摘要：无人机遥感凭借操作简便、可动态连续监测等优势，在农村土地监测中得到广泛应用，使农村土地管理具备实时数据获取、准确定位及高效应对的特点，填补了地面监测和高空遥感测量能见度低的空白。文章以某农村地区作为试验区域，首先，利用无人机遥感技术获取该试验区域高分辨率图像，通过总结无人机遥感技术的应用方式和实施流程，对该试验区域的土地利用情况展开评价；其次，构建实际值评价方法、指标权重确定、指标合理值确定以及对评价指标标准化处理等指标体系；最后，分析无人机遥感技术在农村土地监测中的应用场景。研究旨在为农村土地监测工作提供一种新的技术手段。关键词：无人机；遥感技术；农村土地监测；评价指标中图分类号：TP79文献标识码：A文章编号：1674-0688（2023）06-0084-04企业技术实践万翔，杨乐，杨新飞，等.无人机遥感技术在农村土地监测中的应用84分析，对土地利用程度、限制条件及发展趋势做出全面评价。1.3采用的方法本次研究主要采用实地调研、定性定量分析结合的综合方法监测试验区土地。其中，实地调查是指针对试验区域农村土地的实际情况进行调查，其他研究方法是为了探讨能够实现农村土地监测的创新模式，提出综合性的评价目标、原则及内容，为构建相应的指标体系做铺垫。根据评价指标，对获得的影像展开解译，根据试验区域的基本资料、数据等进行评价，用于分析农村土地利用存在问题的原因。2技术实施流程2.1无人机遥感影像获取流程在获取无人机遥感影像之前，需要对本次工作目标进行确认，以便安排试验的前期工作。确认内容包括收集区域内的基础资料、确定飞行时间及航线、成图的比例尺等方面。通过试飞、影像查阅、总结等流程，获取原始图像。（1）航摄准备。根据比例尺、区域特征、航高、焦距等数据，制订合理的飞行方案。本次设定的飞行高度为1 km，总共设计6条飞行航线，沿着西北至东南的方向飞行；本次实验的航摄仪为“佳能”400D，将焦距设置为24 mm，并设置间隔3 s的光圈自动曝光时间；航向重叠部分为85%，旁向重叠部分为55%。（2）航摄作业。本次作业安排2架次无人机根据设计的飞行路线飞行，共计获取 636 副影像。根据POS（Position Orientation System）参数，最大和最小航高的差距为29.49 m，低于设计高度的5%。不同影像的种类、标志齐全，满足摄影需求，影像的分辨率高达0.1 m，影像色调柔和、层次丰富，满足本次飞行作业的要求。2.2外部作业控制测量根据相片的设计原理，将设想的控制点全部设计成平高点，此外需要进行高程点视的分析。采用区域网的布局方法，根据1 2 000的成图比例要求，在控制点之间间隔一定路线，并在基线的周围设置68条平高点，在线上间隔46条路线。根据相关无人机遥感技术要求，让外部作业人员对控制点进行测量，构建2次基准站，选取分布较为均匀的4个点位作为基准控制点；选取均匀的 9个平高点作为检测点，测定像控点的实际坐标。2.3内部作业处理（1）正射影像生成。在相关软件技术的支撑下，对本次拍摄到的照片进行解译，将控制点作为参考点位进行定向，构建数学模型，最终形成影像。（2）影像图解译。结合各种农村土地利用种类所呈现的影像色调、结构和纹理等方面的差异进行解译，以便后续分析工作的顺利开展。（3）正射影像图矢量化。结合试验区域的基础资料，采用目视的方法进行判断，在相应的平台上对影像进行解译，得到试验区域的土地形状和10项利用类型的指标参数（见表1）。表1解译后的土地利用种类指标统计值土地利用种类指标试验区面积（km）房屋建筑面积（km）空闲地面积（km）农作物种植面积（）实际值1.141.20.01105 497.06土地利用种类指标居住用地面积（）道路广场面积（km）道路总长度（km）绿化覆盖面积（km）实际值351 940.20.138.950.082.4试验区域土地利用评价分析（1）评价实际值的方法。结合试验区域土地利用整体性情况，构建评价指标体系（见表2）。表2分指数指标标准化值统计指数指标土地利用程度B1土地利用程度B2土地利用程度B3土地利用程度B4分指数指标人均农村用地C1总容积率C2土地利用率C3生产/生活用地比C4道路广场比重C5单位面积固定资产投资额 C6基础设施投入占 GDP 比重 C7地均财政支出 C8地均 GDP C9单位土地二、三产业产值 C10交通网密度 C11绿地率 C12实际值65.61.05990.2911.40.81.60.0040.0634.757.850 97.01合理值900.461000.77103.511 340.004 40.052 18.6863.58标准化值0.27-0.560.010.62-0.240.770.60.09-0.210.45-0.960.12（2）确定评价指标权重。在本次试验过程中，试验区域土地利用情况评价的指标权重借助特尔菲法通信技术遥控程控技术遥感传感器技术无人驾驶飞行器技术无人机遥感技术图1无人机遥感技术的技术基础GPS（全球定位系统）差分定位技术企业科技与发展，2023年，第6期，总第500期85确定。（3）确定指标合理值。指标合理值采用国家相关的标准和政策进行确定，针对部分未纳入国家标准的指标用相关均值替代。（4）评价指标的标准化处理。结合确定的指标实际值与合理值，将试验区域农村土地利用程度评价指标的实际值进行标准化处理，处理的基本公式如下：Si=ti-aiti其中，Si为i项的指标分值；ti为i项指标的土地利用合理值；ai为i因子指标实际值。（5）土地利用综合指数值计算。根据土地利用的评价指标，计算综合利用数值，具体的计算公式如下：i=（i|Si）其中，i为i因子指标权重（100）；Si为对应的标准化值；为土地利用的合理情况。（6）试验区土地利用程度分析。根据得出的指标数值，可以分析得出试验区域的土地利用指数为40.8%。从实际的指标看，土地利用程度越高，容积率越大，基础设施更完善，农作物产量越高。但是，该试验区中仍有部分闲置或未完全开发的土地及需要进行深度开发的土地，在土地利用率上仍有一定的挖掘潜力。3无人机遥感技术在农村土地监测中的应用场景分析就农村土地利用情况而言，农作物种植用地所占比重较大，关系着农村人口的基本生计，因此无人机遥感技术在农村土地监测的应用层面，大部分是用作对农田空间信息、农作物生长信息以及威胁农作物正常生长因素的监测。3.1无人机遥感技术在农田空间信息监测中的应用农田的空间信息包含土地的地理坐标及农作物的分类2个部分，将无人机遥感技术应用于对2种信息的监测，能够实现对各种农作物种植面积的精确计算及对农田空间位置信息的实时获取3。此外，广泛应用空间构型测量技术后，能进一步将农田空间信息监测与高程信息接轨，最大限度地提高空间的分辨率，进而获取更准确的数据资料，提高对农田信息判断的精准度。3.2无人机遥感技术在农作物生长信息监测中的应用（1）农作物信息监测主要包含对叶面积指数及地上部生物量 2个内容的信息监测。针对叶面积指数的监测，主要是对地面的单面绿叶面积总和进行计算，能更好地呈现农作物吸收和利用光能的情况，关系农作物的物质积累和最终产量。目前，无人机遥感监测的叶面积指数是作物生长主要参数之一，因此在进行研究时，需要对高光谱技术进行合理利用。针对地上部生物量的监测，通常应用多光谱信息，建立模型和运用空间构型计算，提高数据的精准度4。（2）对农作物中的营养指标进行采集和监测。借助无人机遥感技术，结合不同农作物对光能产生的不同反应，实现对农作物各项指标的判断和识别。其中，农作物能在不同的光波段中产生不同的反应，可以通过对颜色和纹理的分析，掌握和了解农作物的实际营养吸收情况。（3）对农作物的最终产量进行监测。利用综合性的整理和分析方法对多种因素进行识别，形成一个能对农作物最终产量进行精确估算的模型。4无人机遥感技术在农村土地监测领域的发展趋势4.1研发使用模式更简便且成本更低的无人机平台目前，无人机遥感技术应用于农村土地监测的过程中仍存在许多缺陷，使无人机技术的推广使用受到阻碍。例如，在恶劣的天气环境下，无人机遥感技术对农村土地的监测准确性不高且存在较大的安全隐患。因此，未来需要加大对无人机平台研发的投入，加大力度支撑无人机平台的研发工作。同时，需要政府部门加大政策支持力度，对无人机研发团队提供必要的试验场地或政府财政支持等。4.2实现对农作物生长周期情况的动态监测借助无人机遥感技术对农村土地进行监测时，由于信息监测缺乏周期性和联系性，所以使监测数据缺乏一定的准确性和合理性5。农作物的生长过程具有周期性，不同的生长阶段监测到的数据存在一定的差异，因此利用无人机遥感技术对农村土地监测时，需要强化对农作物生长信息动态性和周期性的监测力度，以便更好地了解农作物在不同生长阶段对生长环境的不同需求。（下转第90页）万翔，杨乐，杨新飞，等.无人机遥感技术在农村土地监测中的应用86流体。薄膜干燥机回收氯硅烷的效率比传统旋转式干燥机更高，回收率可达95%以上，干燥粉末内的氯硅烷含量低于10%，经过干燥的粉末再送入中和系统，消耗的碱液更少，中和后的浆料通过高速离心机可以将固体回收率提高到85%以上，离心机回收的含盐废水继续送至循环水罐实现再次利用，极大地减少了水的消耗。此外，薄膜干燥机的工作压力仅为30kPa，提供的热源需要120左右即可正常干燥浆料，相比传统旋转式干燥机，更节能且操作安全性更高。传统旋转式干燥机与薄膜干燥机的主要技术参数对比见表2。3结论干燥水解法作为目前多晶硅生产企业氯硅烷浆料回收处理的主流工艺，技术方案及设备简单，经济性较好。薄膜干燥机具有连续进料量大、物料停留时间短、传热效率高、设备投资低、碱耗和能耗低等优点，并且适用于黏附性较强的糊状、团状物料及易燃易爆物料的干燥，能提高氯硅烷浆料的回收率和控制传热媒介的消耗量，干燥后的固相干粉可以使用弱碱性原料进行中和，极大地减少氯硅烷等原辅料的消耗和对环境造成的污染。利用干燥水解法配备薄膜干燥机的方式，能够高效分离氯硅烷和浆料，进一步提高干燥水解法工艺中氯硅烷的回收率，降低浆料处理成本和企业环保投入成本，对多晶硅行业的高质量发展具有重大意义。4参考文献1 郭辉，杨玫，王晓伟.多晶硅生产装置氯硅烷渣浆料连续处置技术 J.化工机械，2018，45（2）：211-214.2COLEMAN L M，TAMBO W.Waste treatment in siliconproduction operations：US，4519999 P.1985-05-28.3 姜静，刘毅，唐明元，等.多晶硅生产中含氯硅烷废气、废液的燃烧处理工艺：陕西，CN101968226A P.2011-02-09.4 陈幼军，何惠民.多晶硅渣浆处理工艺与旋转式间接干燥机 J.化工机械，2016，43（3）：401-404.4.3提高数据处理能力应用无人机遥感技术监测农村土地，会产生种类多样的数据，但现阶段还不能较好地对这些数据进行处理和动态解译，在一定程度上限制了农业的发展6。因此，在后续的应用过程中，需要不断提高数据的处理能力，为农业发展提供科学的数据支撑。5结语综上所述，农村土地资源作为农村经济活动的重要载体和基础，为了能够实现农村地区的高质量发展，需要不断强化对农村土地的监测，尤其是对农作物生产方面的监测。本文的研究基于农村试验区域，借助无人机遥感技术，在获取高分辨率影像数据的同时，对得到的数据进行解译和分析，得出试验区域农村土地的利用情况。通过构建无人机遥感技术在农村土地中的应用场景，探讨无人机遥感技术在农村土地监测领域的发展趋势，以期能进一步提高农业生产的科学性，为农村地区经济的发展提供保障。6参考文献1 于堃，单捷，王志明，等.无人机遥感技术在小尺度土地利用现状动态监测中的应用 J.江苏农业学报，2019，35（4）：853-859.2 李海燕.无人机摄影测量技术在土地整治项目中的应用J.地球，2019（3）：96-97.3 周伊伊.基于无人机遥感技术的设施农业用地监测研究J.现代化农业，2023（2）：47-50.4 刘贞利，苏壮.无人机遥感技术特点及在土地管理工作中的应用 J.商情，2022（39）：43-45.5 赵占营，陈静.无人机遥感技术在土地管理中的应用进展J.价值工程，2022，41（10）：129-131.6 马林，明春梅.无人机航空遥感技术在土地调查中的应用研究 J.IT经理世界，2022，25（11）：4.表2技术参数对比对比项目热源接入形式工作压力及温度干燥后产品特点维修成本与可靠性干燥机类型传统旋转式干燥机热源需要通入旋转桨叶轴内工作压力为2050 kPa，操作温度约145，需要直接通入热源至夹套和轴头干燥成膏状固体，氯硅烷含量高卧式结构极易在轴封处发生泄漏，桨叶轴及夹套磨蚀较快，维修成本高薄膜干燥机仅外壳通入热源工作压力为1030 kPa，热源温度低于120，可使用精馏系统换热后的余热热源干燥成粉末，氯硅烷含量更低立式结构轴封更容易密封，磨蚀程度较低，桨叶叶片可单独更换，维修成本较低（上接第86页）企业科技与发展，2023年，第6期，总第500期90