CORS和無人機遙感技術(shù)結(jié)合在村級土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用——以重慶市江津區(qū)燕壩村為例

張孝成 ，趙紫陽 ，周志躍 ，陳瑜琦 ，劉 科

（1.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶400020；2.國家遙感應(yīng)用工程技術(shù)中心重慶分中心，重慶400020；3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京100083；4.中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035；5.國土資源部土地利用重點實驗室，北京100035）

大比例尺的土地利用現(xiàn)狀圖是開展村級土地利用利用規(guī)劃的基礎(chǔ)。目前土地利用的基礎(chǔ)資料主要有土地利用年度變更調(diào)查和全國第二次土地調(diào)查成果，最大比例尺為1∶10000，難以滿足1∶2000比例尺的規(guī)劃需求。通過測量和專項調(diào)查獲得土地利用現(xiàn)狀的工作量過大，投入成本高，工期較長。一些地區(qū)利用高分辨率衛(wèi)星影像開展土地調(diào)查和補測來滿足規(guī)劃需求，但是西南地區(qū)受云霧天氣的影響，影像資料獲取困難或周期過長。本文以重慶市江津區(qū)燕壩村為例，研究CORS和無人機遙感技術(shù)在村級土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用，探索一種能突破云霧影響，可經(jīng)濟(jì)、快捷地獲取大比例尺土地利用現(xiàn)狀的技術(shù)。

1 燕壩村概況

燕壩村所在的龍華鎮(zhèn)西部，位于江津區(qū)中北部，長江南岸，是典型的淺丘農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔184—305m。村域內(nèi)地形起伏不大，主要為丘包和丘包間溝谷組合而成。亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，全年氣候溫和，四季分明，雨量充沛，日照尚足，無霜期長，在中國西南部丘陵地區(qū)是典型的代表。燕壩村總面積約11 km2，總戶數(shù)2072戶，人口6311人。根據(jù)2009年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查，燕壩村土地總面積1113.2 hm2，其中農(nóng)用地1020.5 hm2，占土地總面積的91.7%。農(nóng)用地中，耕地662.8 hm2，占農(nóng)用地的64.9%，其中水田面積264.6 hm2，旱地面積398.2 hm2。近年來，燕壩村依靠其獨特的區(qū)位優(yōu)勢和自然地理條件，成為重慶市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)的示范點，因此，開展土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和規(guī)劃、合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、提高土地集約利用效率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境非常重要。

2 CORS和無人機航攝系統(tǒng)特點

2.1 CORS系統(tǒng)

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫CORS）是多個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位，偽距）、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及相關(guān)GPS服務(wù)系統(tǒng)[1-2]。CORS系統(tǒng)為測繪工作提供了一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)，能夠從根本上解決不同行業(yè)、不同部門之間坐標(biāo)系統(tǒng)的差異問題[3]；用戶隨時可以觀測，使用方便；擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可消除或削弱各種系統(tǒng)誤差的影響，還可獲得高精度和高可靠性的定位結(jié)果[4]。CORS系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于地籍測繪、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查等國土資源管理工作,同時可服務(wù)于城鄉(xiāng)建設(shè)、氣象、地震等其他行業(yè)和部門[5]。

重慶市國土資源CORS系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制中心，實現(xiàn)了有效信號覆蓋全市域8.2萬km2。具有以下特點：（1）建立覆蓋全重慶市的連續(xù)運行的25個基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站平均間距約66.5 km；（2）在重慶市土地勘測規(guī)劃院建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，基于通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)基準(zhǔn)站到控制中心的實時傳輸；建立CQGNIS管理和數(shù)據(jù)庫平臺，管理各基準(zhǔn)站的運行，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫和分流；建立網(wǎng)絡(luò)RTK和DGPS服務(wù)平臺；（3）建立用戶數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，利用Internet向全市用戶提供基準(zhǔn)站原始觀測數(shù)據(jù)下載服務(wù)，實現(xiàn)事后精密相對定位；利用GSM或GPRS、CDMA等向用戶提供實時的厘米級定位服務(wù)；利用GPRS或CDMA等向全市用戶提供米級精度的導(dǎo)航定位服務(wù)；（4）通過坐標(biāo)聯(lián)測，實現(xiàn)了WGS84、CGCS2000、西安80和北京54坐標(biāo)系之間任意轉(zhuǎn)換，有利于各種資料的共享和利用。

2.2 無人機遙感技術(shù)

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV）是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備，執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器[6-7]。無人機與遙感技術(shù)的結(jié)合，能快速獲取空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析。無人機遙感具有成本低、機動靈活、高時效、高分辨率等優(yōu)點，是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和航攝的重要補充。以重慶市建立的國土資源無人機遙感系統(tǒng)為例，采用彈射起飛方式，可在稍開闊的平地、曬壩和較緩的坡地起飛，每架次最大飛行時間為2小時，正常工作時間為1.5小時，有效航攝時間可達(dá)1小時20分鐘，航行相對高度300—400m，可拍攝20 km2，處理后影像分辨率可達(dá)0.1—0.2m。另外，無人機受云霧影響較小。其作業(yè)模式和精度在局部區(qū)域具有明顯優(yōu)勢[6]。

目前，無人機遙感技術(shù)還有一些技術(shù)瓶頸需要突破。由于無人機航高低，載荷能力小，機載設(shè)備不夠精密（如機載POS數(shù)據(jù)獲取一般采用DGPS配合MEMS裝置，對飛機拍攝時點的位置、俯仰/滾轉(zhuǎn)等姿態(tài)參數(shù)獲取不夠精密）等原因，導(dǎo)致獲取的影像畸變大；另外，無人機體積小，重量輕，在飛行中抗風(fēng)能力較弱，穩(wěn)定性較差，這些都直接影響獲取的原始影像質(zhì)量，對影像正射處理和拼接帶來困難。

2.3 CORS與無人機遙感技術(shù)結(jié)合

CORS與無人機遙感技術(shù)結(jié)合獲取國土整治區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的技術(shù)流程：（1）根據(jù)燕壩村情況規(guī)劃無人機航帶，獲取整治區(qū)原始影像，利用數(shù)據(jù)處理軟件對原始影像進(jìn)行初步拼接和正射處理，得到燕壩村粗校正影像。（2）根據(jù)航帶分布，在航向重疊、旁向重疊處選取特征地物點或者制作標(biāo)識作為像控點，使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測量像控點，獲取精確的西安80坐標(biāo)。在數(shù)據(jù)處理時利用像控點坐標(biāo)，對影像進(jìn)行糾正。（3）利用糾正后的影像，開展地形圖數(shù)字成圖、影像解譯和建庫等工作，得到燕壩村大比例尺土地利用現(xiàn)狀等基礎(chǔ)資料，滿足土地利用規(guī)劃的需要。

3 技術(shù)方法與步驟

3.1 無人機航攝

根據(jù)燕壩村形狀，采用西南、東北向設(shè)置航帶，整個區(qū)域共設(shè)置了12條航帶，每條航帶長約7 km，相對航高650 m；有效航攝飛行時間為48分鐘，共獲取相片861張，航攝面積約18 km2，同時根據(jù)相機檢校結(jié)果、機載DGPS和飛行控制器，得到航攝各相片對應(yīng)的相機參數(shù)和POS參數(shù)。

3.2 無人機影像拼接與正射處理

首先采用目視的方法，對飛機在航行中航帶轉(zhuǎn)彎、受風(fēng)影響等原因造成偏角過大，重疊度不足的不合格航片進(jìn)行剔除，并調(diào)整相應(yīng)POS參數(shù)文件，使相片編號與POS參數(shù)一一對應(yīng)；其次利用MAP-AT軟件，分別輸入相機檢校參數(shù)、原始相片和POS參數(shù)，進(jìn)行無地面控制點的解析空中三角測量，形成DEM，并對相片進(jìn)行正射處理；最后，利用拼圖軟件，對處理后的正射影像進(jìn)行勻光處理，自動生成拼接線，完成影像拼接，得到燕壩村正射影像圖，影像圖分辨率達(dá)到13 cm。

3.3 控制點施測

根據(jù)燕壩村大小和地形特點，同時根據(jù)像控點均勻分布的要求，在燕壩村內(nèi)選擇寬度在30 cm左右的小徑交叉點，房角等明顯特征點，利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行測量，共選取17個控制點，其中12個作為影像糾正控制點，5個作為檢查點。

3.4 影像精糾正

利用ERDAS軟件的Image Geometric Correction模塊，對粗校正影像進(jìn)行精糾正，根據(jù)12個像控點（表1）坐標(biāo)，采用多項式糾正方式對影像進(jìn)行精校正。另外，利用5個檢查點（表2）檢查影像糾正精度。經(jīng)檢查，影像糾正精度在2個象元以內(nèi)，滿足丘陵地區(qū)遙感影像處理精度要求。最后對糾正影像進(jìn)行重采樣得到具有正確坐標(biāo)的高精度影像。

3.5 燕壩村土地利用現(xiàn)狀圖

結(jié)合第二次土地調(diào)查成果，采用人機交互方法對影像進(jìn)行解譯，在燕壩村土地利用現(xiàn)狀分類基礎(chǔ)上勾繪地類邊界，對于不能直接在圖上辨別的地類進(jìn)行野外核查來判別地類。利用ARCGIS軟件制作了燕壩村1∶2000比例尺土地利用現(xiàn)狀圖，為燕壩村土地利用規(guī)劃提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 幾何校正控制點坐標(biāo)表Tab.1 Geometric correction control point coordinates

表2 檢驗點坐標(biāo)Tab.2 Test point coordinates

4 討論

（1）無人機的航攝規(guī)模、精度以及其作業(yè)模式非常適合村級土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，其成果與傳統(tǒng)的調(diào)查成果和測繪成果相比較，具有分辨率高、作業(yè)效率高、周期短、輕便靈活、突破云霧天氣影響等優(yōu)勢，且成果更加豐富、直觀。（2）CORS系統(tǒng)具有連續(xù)運行、統(tǒng)一坐標(biāo)框架、高精度和覆蓋廣等特點，有效彌補無人機硬件設(shè)備的缺陷引起的位置精度不足，提高了數(shù)據(jù)成果質(zhì)量，使之更好地滿足村級土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的需要。（3）CORS與無人機遙感技術(shù)結(jié)合，為局部區(qū)域大比例尺高精度土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)獲取提供了便捷的方法。（4）CORS系統(tǒng)如果在無人機飛行過程中搭載在機身上對無人機飛行路線進(jìn)行控制，效果會更好，此次由于時間緊迫沒有做到。

（References）：

［1］ 過靜珺，王麗，張鵬.國內(nèi)外連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)新進(jìn)展和應(yīng)用展望［J］.全球定位系統(tǒng)，2008，（1）：1-10.

［2］ 張海瑞，陳西強.CORS系統(tǒng)的技術(shù)特點及應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］.硅谷，2010，（1）：35-38.

［3］ 潘一平，吳宇翔，王鳴霄，等.建立CORS連續(xù)運行基準(zhǔn)站的探討［J］.現(xiàn)代測繪，2010，（4）：8-10.

［4］ 汪偉，史廷玉，張志全.CORS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展及展望［J］.城市勘測，2010，（3）：78-84.

［5］ 劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)——城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施［J］.武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2003，（3）：65-69.

［6］ 魯恒，李永樹，何敬，等.無人機低空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取與處理［J］.測繪工程，2011，（1）：46-48.

［7］ 甄云卉，路平.無人機相關(guān)技術(shù)與發(fā)展水平［J］.兵工自動化，2009，（1）：53-57.