現(xiàn)代測量技術(shù)在高標準農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用

（廣東經(jīng)緯工程咨詢設(shè)計有限公司，廣東廣州市，510030） 李永潔

糧食問題關(guān)乎國計民生，我國是人口大國同時也是糧食消耗大國，對于糧食生產(chǎn)十分重視。2017年國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于建立糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)的指導(dǎo)意見》，對未來一段時期我國糧食生產(chǎn)工作做出了重要指示和戰(zhàn)略部署，并進一步強調(diào)了關(guān)于“藏糧于地，藏糧于技”的相關(guān)戰(zhàn)略理念，《意見》內(nèi)容與《國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)高標準農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃》等相關(guān)文件內(nèi)容具有高度契合性，由此高標準農(nóng)田建設(shè)與國家長期糧食生產(chǎn)建設(shè)融為一體。而高標準農(nóng)田建設(shè)的質(zhì)量，決定于農(nóng)田的精度和現(xiàn)代化水平，現(xiàn)代測量技術(shù)的應(yīng)用，可以解決農(nóng)田建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計、施工放樣、竣工驗收等階段的問題，提高項目建設(shè)質(zhì)量。

1 現(xiàn)代測量技術(shù)在高標準農(nóng)田建設(shè)中應(yīng)用價值

高標準農(nóng)田建設(shè)是通過對土地進行整治和規(guī)劃再建，形成產(chǎn)量穩(wěn)定且可觀的農(nóng)田，農(nóng)田具備生產(chǎn)便利、設(shè)施齊備、成片集中、抗災(zāi)性強等特點。高標準農(nóng)田建設(shè)項目中包含了農(nóng)田規(guī)劃與調(diào)整、田間道路建設(shè)、農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、綠化項目建設(shè)等工作，在建設(shè)前需要對目標區(qū)域進行調(diào)研分析，地理條件和建設(shè)需要進行區(qū)域劃分、定點、空間布局規(guī)劃等，在建設(shè)施工時需要根據(jù)設(shè)計要求，對所建設(shè)的項目進行測量放樣，竣工后需要再次定位、測量判斷建設(shè)效果，并且相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)進行搜集和建檔便于后期管理，在項目投產(chǎn)過程中，需要不定期使用測量技術(shù)對農(nóng)田或相關(guān)工程項目的規(guī)格參數(shù)進行考察，判斷是否存在變形、損壞等問題或者風(fēng)險，并提供處理或優(yōu)化依據(jù)。

2 現(xiàn)代測量技術(shù)常用類型與應(yīng)用特點

目前測量技術(shù)的類型較多，有部分傳統(tǒng)測量技術(shù)仍在使用，也有基于傳統(tǒng)測量技術(shù)下的改良型技術(shù)產(chǎn)生，還有新興測量技術(shù)的出現(xiàn)，但整體上呈現(xiàn)數(shù)字化、自動化、智能化和綜合性的發(fā)展趨勢。目前主流的測量技術(shù)多以遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、無人機（UAV）為基礎(chǔ)，通過多樣化的技術(shù)和設(shè)備搭配提升測量效率和效果。

2.1 GPS測量技術(shù)

GPS（全球定位系統(tǒng)）在現(xiàn)代測量中的具有重要價值，以GPS為基礎(chǔ)有較多的測量應(yīng)用類型。一般情況下，該技術(shù)以信號接收器為基點，通過連接多顆衛(wèi)星，接收來自不同衛(wèi)星的載波相位波頻，計算所接受波頻的位置，并根據(jù)相應(yīng)衛(wèi)星的位置信息計算出較為準確的地面坐標，再通過不同坐標之間的距離計算便可得出受測目標的相關(guān)參數(shù)。基本原理如圖1所示。

圖1 GPS技術(shù)基本原理

GPS 測量技術(shù)在應(yīng)用中具有的特點包括：①測量速度快。GPS測量時在接收衛(wèi)星發(fā)出的載波時即同步計算坐標，載波傳輸?shù)乃俣扰c光速相近，且依靠計算功能進行同步對比與計算，不需要中間操作過程，因此整個過程消耗的時間很短。如果地面所設(shè)的接收設(shè)備足夠多，可以對測量標的進行一次性測量。如在RTK技術(shù)的支持下，還可以實現(xiàn)對工程項目的動態(tài)測量，實時獲取工程周期內(nèi)變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，對于工程建設(shè)中的技術(shù)控制和風(fēng)險防控具有重要意義。②使用便捷。GPS所需要的設(shè)備相對簡單，工作人員僅需要設(shè)置接收設(shè)備并進行調(diào)試，確定各項參數(shù)的合理性即可開始測量，在完成初步工作之后，只需要開關(guān)運行便可完成測量，受天氣、時間、現(xiàn)場環(huán)境的影響很小，且利用預(yù)設(shè)程序自動完成測量和計算，從終端輸出信息，對人工需求也低，加快了測量速度。③測量結(jié)果可靠。以GPS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)的測量技術(shù)，可以實現(xiàn)大范圍快速測量，并且多顆衛(wèi)星同時參與定位測量，實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的有效修正，在科學(xué)的計算程序保證下，計算的結(jié)果也更加有保障。④實用性強。從現(xiàn)有的GPS 測量經(jīng)驗和技術(shù)固有屬性分析，GPS 測量技術(shù)不僅可以用于工程本身的測量，還可以對周邊的地質(zhì)環(huán)境、水文情況等進行動態(tài)監(jiān)測評估災(zāi)害的危害程度和影響范圍。

2.2 無人機航空測量技術(shù)

無人機航測技術(shù)是基于傳統(tǒng)航測技術(shù)的一種創(chuàng)新和補充。無人機航測技術(shù)是基于“無人機”載體工具的一種測量技術(shù)種類，包括攝影測量和遙感測量等，無人機作為測量工具，搭載包括高清攝像機、高光譜遙感裝置和相應(yīng)的輔助裝置，地面設(shè)置圖片和數(shù)據(jù)信息接收平臺以及無人機和測量設(shè)備控制端，由無人機進入目標區(qū)域，在飛行過程中對區(qū)域內(nèi)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行采集，通過無線信號傳輸導(dǎo)入平臺識別、記錄、分析和處理，通過科學(xué)計算獲得測量結(jié)果。無人機航空測量技術(shù)基本原理如圖2所示。

圖2 無人機航空測量技術(shù)基本原理

無人機航測技術(shù)在應(yīng)用中的特點包括：①技術(shù)含量高，可操作性強。無人機可以搭載多種測量設(shè)備，例如高清攝像頭、激光測量儀器、紅外測量儀器、紫外測量儀器等，根據(jù)不同的測量任務(wù)和環(huán)境狀況合理配置儀器以確保任務(wù)完成，在獲取初始數(shù)據(jù)后傳輸至地面系統(tǒng)，經(jīng)深度計算和處理之后形成DEM、三維圖像模型、可視化數(shù)據(jù)等，并由終端直接輸出為成型文件格式，可應(yīng)用于高標準農(nóng)田建設(shè)的各個方面。②應(yīng)用成本低。無人機航測技術(shù)中移動和損耗最為頻繁的是無人機機體，目前無人機生產(chǎn)和維護技術(shù)成熟，多數(shù)情況下僅需更換電池或依靠充電即可保證無人機的正常運行，而相應(yīng)的測量技術(shù)如數(shù)碼影像技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)等均為成型技術(shù)，基本不存在測量結(jié)果錯誤或搭載適用故障的問題，也不需要現(xiàn)場進行布置，減少了人工消耗和設(shè)備成本。③精準度高。無人機可以實現(xiàn)自動飛行，也可以通過地面操作飛行，在基礎(chǔ)測量技術(shù)方面以高性能的測量設(shè)備為保障做到了數(shù)據(jù)信息的采集優(yōu)化，如有關(guān)鍵測量任務(wù)或測量數(shù)據(jù)異常，可操作無人機至目標點進行精準補測，彌補了測量中參數(shù)異常的缺陷。④受環(huán)境影響較大。無人機與地面控制平臺關(guān)聯(lián)，且受到續(xù)航時間的限制，需要在區(qū)域內(nèi)進行測量，且基于無線遙控和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的影響，信號在傳輸過程中可能因為霧、山體、磁場而出現(xiàn)衰減，影響測量效果，此外無人機自身重量和通電等因素下，對于雨雪、高空氣濕度、大風(fēng)等條件也可能出現(xiàn)不同程度的不適應(yīng)表現(xiàn)。

3 現(xiàn)代測量技術(shù)在高標準農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用思路的設(shè)定

在高標準農(nóng)田建設(shè)項目中，現(xiàn)代測量技術(shù)的應(yīng)用主要包括：①前期設(shè)計規(guī)劃時目標區(qū)域的考察，對目標地區(qū)的地形地貌、水文等信息進行搜集，為規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。②建設(shè)施工時的核實與監(jiān)測，通過現(xiàn)代測量技術(shù)對設(shè)計方案進行放樣，并按照既定的范圍和方向進行施工作業(yè)，也為施工過程提供動態(tài)測量，為監(jiān)理和施工管理提供評價參考，防范一些自然災(zāi)害。③竣工時核準實測數(shù)據(jù)與前期設(shè)計數(shù)據(jù)的差異，判斷工程建設(shè)的質(zhì)量。④竣工后運行維護階段，提供農(nóng)田項目與周邊環(huán)境變化依據(jù)，判斷項目是否存在異變，對農(nóng)作物生產(chǎn)進行測量，獲取作物生長參數(shù)以判斷作物的健康度。

3.2 應(yīng)用要點的把握

3.2.1 準備工作

開展測量任務(wù)調(diào)研，做好人員、技術(shù)、設(shè)備的準備工作，設(shè)計測量工作計劃方案，預(yù)設(shè)無人機航線、測點、比例尺、高度等參數(shù)，其中無人機飛行高度的計算公式為：，其中h為無人機飛行高度，f為攝像鏡頭的焦距，GSD為預(yù)設(shè)的地面分辨率，m為相機的單像元尺寸。

3.2.2 測量優(yōu)化

在影像的初步處理中，部分地物在顏色、形狀等特征上具有高度相似性，會導(dǎo)致常規(guī)分類辦法無法有效完成影像分析和處理任務(wù)，可采取“最近鄰分類法”進行監(jiān)督分類，采用標準化的差值作為區(qū)分不同地物的主要指標，該方法的主要流程見圖3所示。

圖3 最近鄰分類法實施流程

3.2.3 圖像分類提取與表達

依據(jù)《高標準農(nóng)田建設(shè)標準》（NY/T2148）、《高標準農(nóng)田建設(shè)通則》（GB/T30600-2014）和《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010-2017）等，結(jié)合高標準農(nóng)田建設(shè)項目的現(xiàn)場情況對圖像信息進行分類，構(gòu)建分類表達圖像，分類體系構(gòu)建如表1所示。

表1 分類體系構(gòu)建標準

3.3 應(yīng)用效果的保障

現(xiàn)代測量技術(shù)在高標準農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)充分考慮技術(shù)適用中的各類影響因素，采取合理的綜合控制保障措施。一是要以國家相關(guān)規(guī)范或技術(shù)標準為基礎(chǔ)，如《中華人民共和國測繪行業(yè)標準化指導(dǎo)性技術(shù)文件(CH/Z 3003～2010)·低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》、按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GBIT l8314～2009）等相關(guān)文件。二是應(yīng)做好測量的基礎(chǔ)性工作，如設(shè)備的選型、調(diào)試和功能檢測，選擇載波相位差分技術(shù)（RTK）、連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）等保證技術(shù)水平，同時需要做好實地考察核實工作，降低測量偏差性。三是做好測量管理工作，建立與高標準農(nóng)田建設(shè)項目相匹配的測量管理和責(zé)任制度，提高測量流程中工作人員的積極性。

4 結(jié)語

高標準農(nóng)田建設(shè)對于地理條件和農(nóng)田前期規(guī)劃要求較高，需要依靠測量技術(shù)為相關(guān)工作提供支持，以滿足高標準農(nóng)田高精度、高科技含量的要求。結(jié)合現(xiàn)代測量技術(shù)，是基于科技條件下高標準農(nóng)田建設(shè)的必然選擇，在應(yīng)用過程中除了要重視相關(guān)技術(shù)控制之外，還需要注意對周邊環(huán)境的了解，并重視測量工作的細節(jié)管理和人員優(yōu)化，從多個方面保證高標準農(nóng)田建設(shè)效果。