寧應(yīng)來

北京中天博地科技有限公司，中國·北京 100101

第三次全國國土調(diào)查；大疆無人機(jī)；調(diào)查舉證；互聯(lián)網(wǎng)+

1 緒論

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于開展第三次全國土地調(diào)查的通知》（國發(fā)[2017]48 號）[3]，在中國全國范圍內(nèi)開展第三次全國國土調(diào)查，目的是全面查清當(dāng)前全國土地利用狀況，掌握真實(shí)準(zhǔn)確的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，健全土地調(diào)查、監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)制度，強(qiáng)化土地資源信息社會化服務(wù)，滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國土資源管理工作需要。開展第三次全國國土調(diào)查，對貫徹落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度和最嚴(yán)格的節(jié)約用地制度，提升國土資源管理精準(zhǔn)化水平，支撐和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展等均具有重要意義[2]。

采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)開展舉證、核查工作，是確保第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確的重要技術(shù)手段。各縣（區(qū)）利用“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證技術(shù)，對實(shí)地調(diào)查地類與國家內(nèi)業(yè)預(yù)判地類不一致的圖斑和地方自主變更、重點(diǎn)地類圖斑需要拍攝帶定位坐標(biāo)的舉證照片，國家和?。▍^(qū)、市）利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)開展內(nèi)業(yè)核查、在線舉證及外業(yè)實(shí)地核查工作，確保調(diào)查數(shù)據(jù)真實(shí)性[4]。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證技術(shù)下的基于手持設(shè)備開展舉證工作的現(xiàn)狀下，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證技術(shù)下的以大疆旋翼無人機(jī)為平臺開展舉證工作的可行性?；谑殖衷O(shè)備的“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證技術(shù)路線較為成熟，但其拍攝視角和工作效率上具有一定的局限性，基于旋翼無人機(jī)的舉證方式可以彌補(bǔ)手持設(shè)備的不足。旋翼無人機(jī)用于舉證工作，實(shí)現(xiàn)在空中懸停的情況下，以俯視、斜視的視角，拍攝完整的、清晰的圖斑整體利用情況和邊界信息，并且對于偏遠(yuǎn)地區(qū)、人力較難到達(dá)地區(qū)的圖斑，旋翼無人機(jī)具有工作效率上的優(yōu)勢。當(dāng)前消費(fèi)級無人機(jī)市場中，通過調(diào)研選取深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的大疆旋翼無人機(jī)為平臺，設(shè)計(jì)第三次國土無人機(jī)調(diào)查舉證sdk 接口標(biāo)準(zhǔn)，采用大疆無人機(jī)在貴州省黔西縣進(jìn)行第三次國土三調(diào)圖斑舉證，并取得應(yīng)用成功，對比人工調(diào)查提高外業(yè)調(diào)查舉證效率。

2 引言

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于開展第三次全國土地調(diào)查的通知》、《第三次全國國土調(diào)查實(shí)施方案》[4]和《第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[1]等相關(guān)要求，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)開展的舉證、核查工作，是確保第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確的重要技術(shù)手段。以大疆旋翼無人機(jī)為平臺的“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證，即是將無人機(jī)技術(shù)用于國土三調(diào)工作的創(chuàng)新，又是對當(dāng)前基于手持設(shè)備的“互聯(lián)網(wǎng)+”舉證工作模式的補(bǔ)充，提供空中獨(dú)特的拍攝視角，以俯視、斜視的方式彌補(bǔ)手持設(shè)備視角窄、不能拍攝圖斑全貌的不足。并自主設(shè)計(jì)適用于大疆旋翼無人機(jī)舉證的SDK[5]和舉證成果包格式，形成一整套的旋翼無人機(jī)舉證工作方案。

論文結(jié)合第三次土地調(diào)查工作任務(wù)及需求，探索無人機(jī)調(diào)查舉證技術(shù)在第三次國土調(diào)查上的應(yīng)用，旨在提高土地調(diào)查舉證工作效率，促進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段在全國土地調(diào)查中發(fā)揮重要作用。

3 技術(shù)路線

無人機(jī)用于第三次全國國土調(diào)查技術(shù)路線圖如圖1所示：

圖1 技術(shù)路線圖

4 無人機(jī)設(shè)備介紹

無人機(jī)調(diào)查舉證系統(tǒng)以大疆旋翼無人機(jī)Phantom 4 Advanced（簡稱“精靈4A”）、御 Mavic 2（簡稱“御2”）等消費(fèi)級機(jī)型為飛行平臺，搭配Android 版中天無人機(jī)外業(yè)調(diào)查APP，開展國土外業(yè)調(diào)查相關(guān)工作。

4.1 大疆旋翼無人機(jī)

推薦使用精靈4A、“御”2 等機(jī)型，除支持精靈4 系列、“御”Mavic 2 系列外，還支持悟2、經(jīng)緯M 系列等機(jī)型。

圖2 精靈4A 和御2

表1 無人機(jī)參數(shù)

4.2 Android 平板

推薦使用華為M3、M5 系列平板。要求Android 系統(tǒng)5.0以上，建議存儲空間不小于64GB。

5 研究方法

5.1 無人機(jī)調(diào)查舉證系統(tǒng)簡介

中天無人機(jī)國土調(diào)查舉證一體化系統(tǒng)，作為國土調(diào)查云外業(yè)舉證APP的有益補(bǔ)充，提高了外業(yè)調(diào)查、舉證的工作效率。系統(tǒng)由三部分組成：中天無人機(jī)調(diào)查舉證地面站、中天無人機(jī)離線調(diào)查舉證APP 和大疆旋翼無人機(jī)，為國土工作的調(diào)查、舉證、監(jiān)管等業(yè)務(wù)提供解決方案。

5.2 無人機(jī)調(diào)查舉證地面站

中天無人機(jī)調(diào)查舉證地面站是中天無人機(jī)國土應(yīng)用的特色產(chǎn)品，為國土業(yè)務(wù)的開展提供技術(shù)支持。以工程概念為基礎(chǔ)，以航線設(shè)計(jì)為核心，真正做到了內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)、外業(yè)飛行的狀態(tài)。

地面站是基于Arcgis 與Windows 系統(tǒng)研發(fā)的桌面端軟件，目的是制作無人機(jī)外業(yè)調(diào)查、舉證的飛行信息，以及回收無人機(jī)外業(yè)調(diào)查成果、舉證成果分析與提交的主要工具軟件。具體功能包括設(shè)置航點(diǎn)、拍照點(diǎn)信息，設(shè)置拍照點(diǎn)拍攝方向，設(shè)置圖斑與舉證照片關(guān)聯(lián)關(guān)系，回收舉證成果、生成舉證DB 包等。

圖3 無人機(jī)調(diào)查舉證地面站界面

5.3 無人機(jī)調(diào)查舉證APP

無人機(jī)調(diào)查舉證APP 基于Android 系統(tǒng)開發(fā)，可用于離線圖斑調(diào)查和在線視頻互聯(lián)工作，界面簡潔、傻瓜式操作，一鍵起飛、一鍵返航即可完成調(diào)查、舉證工作。軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖斑斷點(diǎn)續(xù)飛、單個(gè)圖斑手動(dòng)飛行模式，提高了外業(yè)作業(yè)效率。

圖4 無人機(jī)調(diào)查舉證app 界面

5.4 無人機(jī)調(diào)查舉證工作流程研究

國土調(diào)查工作均以圖斑為單位，分區(qū)域進(jìn)行開展。在了解圖斑分布情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)作業(yè)區(qū)域地形地貌特征，內(nèi)業(yè)規(guī)劃無人機(jī)飛行航線，并設(shè)置拍攝點(diǎn)及拍攝方向，以最合理的航線開展外業(yè)調(diào)查工作。無人機(jī)外業(yè)調(diào)查工作是傻瓜式操作，只需簡單培訓(xùn)即可上手，通用性較強(qiáng)。

圖5 無人機(jī)調(diào)查舉證技術(shù)路線圖

5.4.1 確定采集區(qū)域

使用無人機(jī)用于外業(yè)調(diào)查舉證，首先需要確定調(diào)查區(qū)域，并根據(jù)相關(guān)要求，申請作業(yè)區(qū)空域。

5.4.2 準(zhǔn)備階段

項(xiàng)目開始前，需要做好充足的準(zhǔn)備，主要從資料、設(shè)備（無人機(jī)、電池、筆記本電腦）和人員三方面進(jìn)行準(zhǔn)備。

5.4.3 確定采集列表

分析討論作業(yè)區(qū)內(nèi)圖斑情況，分別根據(jù)圖斑地類、面積、形狀、密集情況進(jìn)行分類，對農(nóng)用地、建設(shè)用地、未利用地不同地類類型的圖斑，進(jìn)行舉證拍攝。根據(jù)面積劃分，50 畝以上為大面積圖斑、5-50 畝為中等面積圖斑、5 畝以下為小面積圖斑，根據(jù)形狀劃分河流、溝渠、道路等為狹長圖斑。

5.4.4 設(shè)計(jì)航線、設(shè)計(jì)航高、設(shè)計(jì)拍照點(diǎn)及方向

根據(jù)確定的采集圖斑列表類別，分別設(shè)計(jì)無人機(jī)飛行航線和航高，根據(jù)圖斑分布及密度情況，合理規(guī)劃航線；根據(jù)相機(jī)參數(shù)，在保證拍攝照片清晰的前提下，將圖斑拍攝完整，合理設(shè)計(jì)航高；逐圖斑或分塊區(qū)域設(shè)計(jì)拍照點(diǎn)及拍照方向，保證拍攝照片、視頻的科學(xué)性、可用性。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦吻闆r，建議在設(shè)計(jì)航線時(shí)考慮山區(qū)地形，航高設(shè)計(jì)在150-200 米之間，航線設(shè)計(jì)采用分塊區(qū)域設(shè)計(jì)拍攝點(diǎn)，采用斜拍、正拍交疊方式進(jìn)行拍攝點(diǎn)布設(shè)與規(guī)劃，斜拍角按不同圖斑類型設(shè)置30-50 度之間，拍攝點(diǎn)距離拍攝區(qū)域圖斑設(shè)置在100-150 米左右。

5.4.5 無人機(jī)外業(yè)拍攝

航線室內(nèi)規(guī)劃完成后，在申請的空域及申請的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行無人機(jī)外業(yè)調(diào)查舉證拍照工作，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的航線、航高、拍攝點(diǎn)方向，分架次依次或多架次同時(shí)開展外業(yè)調(diào)查工作。此外，還應(yīng)保證出行路線的合理及無人機(jī)起飛點(diǎn)的安全性。

5.4.6 內(nèi)業(yè)照片整理

將無人機(jī)拍攝的照片與圖斑進(jìn)行關(guān)聯(lián)，逐圖斑篩選，去掉質(zhì)量明顯不符合要求的照片，比如拍攝角度不佳、照片模糊不清等情況；選擇質(zhì)量較好的照片進(jìn)行內(nèi)業(yè)分析處理。

5.4.7 照片補(bǔ)拍

經(jīng)過內(nèi)業(yè)整理后，對內(nèi)業(yè)整理篩選的不合理照片，按照工作流程重新進(jìn)行無人機(jī)或人工補(bǔ)拍；對建設(shè)用地、臨時(shí)用地和設(shè)施農(nóng)用地等需要內(nèi)部照片的圖斑，進(jìn)行人工補(bǔ)拍。

5.4.8 地類認(rèn)定、屬性標(biāo)注、舉證說明

對經(jīng)過內(nèi)業(yè)照片整理合格的圖斑，對照無人機(jī)舉證照片進(jìn)行圖斑地類認(rèn)定、屬性標(biāo)注工作，并填寫舉證說明。

5.4.9 舉證成果

上述工作完成后，進(jìn)行項(xiàng)目組內(nèi)部討論，確定舉證圖斑，挑選舉證照片，形成舉證成果數(shù)據(jù)包。

6 無人機(jī)舉證拍攝方法研究

為保證調(diào)查成果真實(shí)性與易辨性，無人機(jī)調(diào)查舉證照片每個(gè)圖斑需要保證至少一張正拍照片，一張斜拍照片，根據(jù)內(nèi)業(yè)預(yù)判地類及外業(yè)調(diào)查地類情況，設(shè)置不同航高進(jìn)行拍攝舉證。在無人機(jī)禁飛區(qū)，緩沖區(qū)范圍內(nèi)圖斑建議不使用無人機(jī)進(jìn)行舉證，人工實(shí)地調(diào)查舉證。

6.1 耕地、園地、林地、草地圖斑舉證拍攝

中、小面積圖斑需要設(shè)置至少一個(gè)正拍拍攝點(diǎn)，每個(gè)圖斑需要有至少一張正拍與斜拍舉證照片，平地地區(qū)圖斑正拍照片設(shè)置航高150-200 米，俯仰角設(shè)置-90 度，斜拍照片設(shè)置150 米，斜拍俯仰角設(shè)置-30—-45 度。山區(qū)圖斑需考慮坡度問題，正拍照片設(shè)置航高200 米，俯仰角設(shè)置-90 度，斜拍照片設(shè)置航高150 米，斜拍俯仰角設(shè)置-45 度。園地、林地圖斑航高與俯仰角設(shè)置需要考慮植被茂密情況及樹冠大小情況，樹冠小的建議航高設(shè)置低點(diǎn)，俯仰角小點(diǎn)；樹冠大的園地、林地建議航高設(shè)置高點(diǎn)，俯仰角可以適當(dāng)設(shè)置大點(diǎn)。

大面積、橫縱向跨度大于200 米的圖斑需要設(shè)置兩個(gè)以上正拍拍攝點(diǎn)，確保拍攝的照片、視頻能夠覆蓋整個(gè)圖斑范圍，對圖斑寬度大于200 米的圖斑，需要多設(shè)置航線，橫向拍攝點(diǎn)設(shè)置間隔150-200 米左右。平底區(qū)域圖斑正拍照片設(shè)置航高150-200 米，俯仰角設(shè)置-90 度，斜拍照片設(shè)置航高150 米，斜拍俯仰角設(shè)置-30—-45 度。山地區(qū)域圖斑正拍照片設(shè)置航高200 米，俯仰角設(shè)置-90 度，斜拍照片設(shè)置航高150 米，斜拍俯仰角設(shè)置-45 度。

斜拍拍攝點(diǎn)坐標(biāo)距按設(shè)置俯仰角來設(shè)置拍攝點(diǎn)離圖斑邊界距離，-45 度角離圖斑邊界距離為飛行航高的1/2 為宜，俯仰角越大，拍攝位置離圖斑邊界應(yīng)縮小，俯仰角越小，拍攝位置離圖斑邊界應(yīng)擴(kuò)大。山區(qū)斜拍方位角應(yīng)朝下坡方向進(jìn)行拍攝。

拍攝的照片應(yīng)以細(xì)節(jié)清晰為主，盡量保證地類特征信息明顯，在保證照片的清晰下，盡量覆蓋圖斑范圍。

6.2 狹長面積圖斑舉證拍攝

（1）狹長面積圖斑一般包括道路、河流、溝渠、林帶等線狀地物。

（2）狹長圖斑拍攝照片的，應(yīng)沿圖斑走向45°與正拍方向拍攝單一地類的照片。

（3）拍攝的照片應(yīng)以細(xì)節(jié)清晰為主，盡量保證地類單一、特征信息明顯，在保證照片的清晰下，盡量覆蓋圖斑范圍。

6.3 建設(shè)用地、設(shè)施農(nóng)用地圖斑舉證拍攝

（1）對內(nèi)業(yè)認(rèn)定為新增建設(shè)用地、設(shè)施農(nóng)用地的圖斑，需人工補(bǔ)充拍攝內(nèi)部照片。

（2）正拍照片設(shè)置航高150 米，俯仰角設(shè)置-90 度，斜拍照片設(shè)置100 米，斜拍俯仰角設(shè)置-30—-45 度。

6.4 農(nóng)變未圖斑調(diào)查舉證

二調(diào)數(shù)據(jù)庫為農(nóng)用地，三調(diào)數(shù)據(jù)庫中變?yōu)槲蠢玫膱D斑舉證，集中連片圖斑舉證正拍照片設(shè)置航高150米，俯仰角-90度，斜拍照片設(shè)置航高100 米，俯仰角-40 度，對于集中連片圖斑寬度大于200 米的區(qū)域，需要多設(shè)置航線，橫向拍攝點(diǎn)設(shè)置間隔150-200 米左右。

6.5 集中連片圖斑整體調(diào)查舉證

圖斑密集區(qū)域，采用集中連片區(qū)域整體舉證方式，在一張正拍照片范圍內(nèi)圖斑采用一張照片整體舉證方式進(jìn)行舉證，保證區(qū)域內(nèi)的每個(gè)圖斑至少存在一張正拍照片，一張斜拍照片。

集中連片區(qū)域整體舉證按圖斑分布情況整體設(shè)計(jì)飛行航線，圖斑區(qū)域?qū)挾却笥?00 米的區(qū)域，需要多設(shè)置航線，縱向、橫向正拍、斜拍拍攝點(diǎn)設(shè)置間隔150-200 米左右。航高參考區(qū)域內(nèi)地類情況，設(shè)置合適航高進(jìn)行拍攝，正拍航高設(shè)置150-200 米，斜拍航高設(shè)置100 米，俯仰角設(shè)置-35—45度之間。

7 無人機(jī)調(diào)查舉證應(yīng)用

論文通過對無人機(jī)調(diào)查舉證新技術(shù)的介紹與方法研究，并成功用無人機(jī)調(diào)查舉證技術(shù)在第三次土地調(diào)查中的應(yīng)用。并通過對黔西縣舉證圖斑外業(yè)調(diào)查、實(shí)踐，驗(yàn)證了無人機(jī)調(diào)查舉證新技術(shù)的可行性，為第三次國土調(diào)查技術(shù)提供新思路，并在第三次土地調(diào)查工作中的應(yīng)用奠定理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。無人機(jī)調(diào)查舉證技術(shù)作為第三次國土調(diào)查互聯(lián)網(wǎng)+舉證技術(shù)提供新的方案，彌補(bǔ)人工調(diào)查中交通不便到達(dá)圖斑，提高調(diào)繪效率。

采用無人機(jī)外業(yè)調(diào)查舉證，在內(nèi)業(yè)規(guī)定設(shè)計(jì)好航線后，每個(gè)架次能舉證圖斑20-30 個(gè)，保證電量充足的情況下，初次舉證每天能完成外業(yè)圖斑150 左右，效率明顯高于人工實(shí)地調(diào)查。調(diào)查成果通過無人機(jī)調(diào)查軟件處理，標(biāo)注外業(yè)認(rèn)定后通過離線或在線方式上傳縣級管理端，完成調(diào)查舉證工作[6]。

圖6 平臺成果展示

采用無人機(jī)調(diào)查舉證技術(shù)，能高效完成圖斑調(diào)查舉證工作，技術(shù)可行，但在使用過程需要作業(yè)員技術(shù)要求高，在內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)航線時(shí)需要綜合考慮圖斑分布規(guī)律，圖斑所在高程差，設(shè)計(jì)合理的航線，外業(yè)時(shí)選擇合適的起飛點(diǎn)位置，航線航高及拍攝點(diǎn)位置設(shè)計(jì)不合理，會造成圖斑拍攝不全或不清晰，影像外業(yè)地類認(rèn)定；外業(yè)起飛點(diǎn)位置選擇不合適，造成拍攝圖斑比實(shí)際設(shè)計(jì)航高不一致，造成成果顯示還原誤差增大。如果起飛點(diǎn)位置通視性不好，會造成圖傳信號丟失[6]，無人機(jī)舉證照片無法加密傳回，造成加密照片丟失現(xiàn)象。