无人机遥感在土地管理中的应用进展
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作者:邵盈鑫 李纯斌 苏桃
摘要：无人机遥感是土地资源领域新兴的研究方法。与传统的遥感相比，具有成本低、分辨率高、时效性高等优点，这些优点使无人机遥感应用于土地资源管理领域。文章首先对无人机遥感平台及其研究方法进行了介绍，在此基础上，对无人机遥感在土地管理中的应用和发展进行了总结分析，发现无人机遥感在基础测绘和土地利用现状调查方面应用广泛，最后对无人机遥感在土地管理中所存在的问题进行了探讨，并对其在土地管理中的发展前景进行了展望。
关键词：无人机遥感;土地资源;基础测绘;土地利用
无人机遥感技术将无人机与遥感技术相结合，以无人机（Unmanned Aircraft Vehicle）为载体，在无人机上安装各种遥感传感器和拍摄装置，通过无人机来获取地面数据。与传统的卫星遥感技术相比，无人机轻巧灵活，可以快速地获取无人机遥感图像，具有高时效性、高空间分辨率和小比例尺等特点，并受大气状况影响较小，弥补了卫星遥感影像易受云影响的不足。与有人机遥感技术相比，无人机遥感技术成本低，不需要大量的人力，所以逐渐在土地资源管理领域中被广泛应用。
一、无人机遥感平台及其研究方法
随着无人机、微型计算机、多光谱和高光谱设备以及数字摄影测量技术的发展，使得无人机遥感平台日趋完善。无人机在运动的过程中由于平台向前运动可能会引起图像模糊，由于飞行高度的变化对影像的分辨率产生影响，会造成正射校正问题和图像重叠不足的几何失真问题，由于飞行过程中的光照不同可能引起光谱反应，这些以及其他的因素都可能造成影像的质量不佳，为此Whitehead和Hugenholtz对这些问题进行了详细的描述。在获取遥感信息时必须1.在飞行计划的背景下考虑最佳的做法;2.检查校正相机、传感器的配置;3.飞行中数据收集;4.地面控制、辐射校正;5.几何和大气校正;6.正射校正和图像镶嵌;7.提取遥感应用的相关信息。其中，1.和2.是飞行前的规划，3.和4.是在现场进行的调查，5.～7.是调查后的任务，这些方面对数据的收集和处理至关重要。
二、无人机遥感在土地管理中的发展现状分析
（一）基础测绘
传统意义上的基础测绘一般采用常规航空遥感或卫星遥感的方法来获取地面的基础地理信息。随着无人机技术的发展，人们对地理环境的不断认识和对测绘要求的不断提高，使得无人机与基础测绘联系紧密。
1. 获取影像资料。在使用无人机进行基础测绘时，对测量区域的实际情况进行全面的调查，并根据实际情况设计实验方案，如无人机遥感平台搭建、飞行航线、控制点的选取等，平台的选取可以通过试飞操作来进行。选取适宜的飞行方案，在实际飞行测量过程中，无人机会产生相应的偏角和幅度，因此在飞行期间，需要拍摄一定的图像，来丰富后期三维影像的处理。
2. 数据的采集。根据收集对象的不同，无人机可以根据内部控制系统进行自我保护，若想要获取内部存储的信息，应获取相应的访问权限，有效地确保所收集数据的安全性;另一方面可以采用计算机遥控技术进行手动采集，根据基站采集的要求，有目的性地操纵无人机。
3. 环境的分析。无人机遥感技术不仅能够满足地块平整的区域的航拍测量，而且能够满足在环境恶劣的情况下的低空飞行，同时保证获取相应的数据，并进行准确的数据分析，有效地保证测量结果的准确性。因此，目前无人机遥感技术在环境监测、森林开发、矿山监测及农村建设中应用广泛。
4. 数据处理。随着计算机技术的不断完善，无人机的处理图像的方法逐渐多样化，处理结果的准确性也不断提高，目前应用较为广泛的数据处理软件有Agisoft PhotoScan、PIX4D mapper、PhotoModeler、iwitness、ContextCapture、Geomagic Wrap、MicMac、VisualSFM、lensphoto等。
5. 地籍測绘。地籍图是地籍记录的空间表示，可显示土地的范围，价值和所有权。地籍图可以精确地提供地块上的信息，是科学合理利用土地资源，展开土地调查工作的基础。近年来，无人机作为一种快速、低成本的新工具，出现在地籍管理这一研究范围中。在这一领域中，无人机促进了土地管理的进程并有助于确保土地使用权，利用高分辨率无人机可以生成地籍图，提取和划分地籍边界。
6. 处理测绘中的突发事件。在高位崩塌、地震、泥石流等地质灾害发生时，不能采取传统的测量手段，传统的测量手段不仅可能会对测量人员造成伤害，而且不能对灾害情况进行实时监控。但是利用无人机遥感技术就能有效地避免上述情况，无人机可以深入灾区，对其进行全天候的监测。目前，国内外的研究人员致力于开发性能好、作业时间长、功能齐全的无人机监测平台。
（二）土地利用现状调查
1. 土地管理动态监测。我国现阶段土地经济市场竞争激烈，相关执法部门监控任务繁重，因此在执法监督时，有关部门可以利用无人机遥感进行动态巡查和监测，根据无人机航片准确获取土地信息数据并进行分析，对当地的建设提出建议，严厉打击违法建设用地等情况。
2.植被数据监测。传统的植被数据调查结果精度差、成本高、覆盖面小，难以获得大面积植被覆盖情况。随着3s技术的发展，无人机遥感技术有效的解决了这一问题，开发人员在无人机上配备了一系列传感器，以获取更加准确的地面信息，利用激光雷达、CCD相机、高光谱成像仪、热成像仪、高分辨率相机、立体相机、断层扫描仪等传感器以提供更为精细的三维点云信息、植被覆盖的色彩信息、植被冠层的全天候温度监测，还可以获取植被光谱信息、冠层参数、分支结构及分蘖数量等。
三、存在的问题及展望
（一）无人机数据的获取与处理还存在技术上的挑战
虽然无人机遥感技术广泛地应用于土地资源管理领域，但无人机的操作方法，数据采集和数据处理方法与传统的测量方法不同，研究人员在实践中面临很多技术上的挑战。目前，无人机遥感技术在土地资源管理领域中的应用案例大都是基于拍摄的图片来识别信息，信息较为单一，可能会影响研究的结果。近年来，大多数研究者利用无人机遥感获取植被的冠层信息、植被参数的自然反演、植被的识别分类等，由于无人机搭载的传感器较多，对无人机的载荷能力要求较高，并且有些传感器涉及的参数较多，需要专业人士的分析，从而增加了人力成本。为了解决这些问题，研究人员可以尝试提供简单的开源无人机图像分析软件或方法，通过网络平台来提供更多详细的案列，建立一套无人机遥感数据处理系统，通过输入不同的参数，得到相应的结果。 （二）无人机在土地管理领域中的应用还需要进一步扩展
根据“数据国土”的新要求，利用无人机遥感技术监测和调查土地利用现状的方法将得到广泛应用。目前对于只有R、G、B三波段的低空航空摄影测量像片的计算机自动分类技术研究较少，特征函数也较少，这样单纯运用人工目视解译进行土地利用现状调查虽然正确率较高，但是需要大量的人力、物力，效率较低。希望将来能够解决这一难题。
（三）无人机行业的管理规范并不完善
近年来，随着技术的日趋成熟，无人机被广泛应用于地理测绘、航拍、娱乐休闲等领域，由于无人机缺乏相应的管理规定，造成了现在无人机“满天飞”的现象，这样不但直接影响航空安全，而且通过加装电子侦察、电磁攻击等设备，还将会威胁我国的国防安全。目前，国外针对无人机操纵人员，飞行航线，飞行时间等方面进行了管控，但是相关的准则并没有形成一个完整的体系，需要进一步完善，加强对无人机的监管，建立完善的无人机监控系统。
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*基金项目：甘肃农业大学学科建设基金（GAU-XKJS-2018—207）和（GAU-XKJS-2018—011）， 国家自然科学基金（31760693）。
（作者单位：邵盈鑫，甘肃农业大学 管理学院;李纯斌、苏桃，甘肃农业大学 资源与环境学院）
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