現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在自然資源測(cè)繪中的應(yīng)用探討

文／梁俊輝 衡陽縣自然資源局 湖南衡陽 421200

引言：

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下自然資源測(cè)繪愈發(fā)受到國家重視，需通過精準(zhǔn)、科學(xué)、全面測(cè)繪為前提，進(jìn)一步促進(jìn)自然資源管理工作的高質(zhì)量開展。而傳統(tǒng)測(cè)繪手段應(yīng)用，不僅無法保證測(cè)繪質(zhì)量符合預(yù)期要求，甚至因測(cè)繪失誤、偏差的出現(xiàn)影響到后續(xù)自然資源的有效利用與管理。需借助測(cè)繪新技術(shù)來促進(jìn)自然資源測(cè)繪的優(yōu)化開展，并為自然資源測(cè)繪工作價(jià)值與作用體現(xiàn)提供保障。

1.自然資源測(cè)繪中測(cè)繪新技術(shù)應(yīng)用意義

分析現(xiàn)階段測(cè)繪工作實(shí)施期間新技術(shù)的應(yīng)用，主要作用表現(xiàn)為：一是為自然資源管理政策、制度的制定提供數(shù)據(jù)參考。無論是自然資源管理還是土地劃分管理工作開展，均需通過測(cè)繪來獲取數(shù)據(jù)信息[1]。而得益于測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用，不僅可保證測(cè)繪信息的采集符合精準(zhǔn)性、全面性、客觀性要求，亦可實(shí)現(xiàn)對(duì)人為失誤、數(shù)據(jù)偏差等問題的有效規(guī)避，避免因數(shù)據(jù)信息采集不規(guī)范影響到相關(guān)管理政策制度的有效制定。二是有助于促進(jìn)自然資源管理效率的顯著提升。以測(cè)繪新技術(shù)來取代常規(guī)人工測(cè)控手段，可在保證測(cè)繪信息符合質(zhì)控要求的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源測(cè)繪流程與環(huán)節(jié)的簡化，并通過對(duì)人力資源投入的縮減來達(dá)到成本控制的目的，借助更為高效、高質(zhì)的技術(shù)手段來促進(jìn)自然資源測(cè)繪的有效開展[2]。

2.現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在自然資源測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)

目前無人機(jī)航測(cè)在多個(gè)領(lǐng)域行業(yè)得到有效應(yīng)用，相較于其他測(cè)繪手段而言，無人機(jī)航測(cè)在成本控制、測(cè)繪效率、靈活控制、適用范圍等方面存在顯著優(yōu)勢(shì)。而在自然資源測(cè)繪中合理應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)，可在加強(qiáng)外業(yè)測(cè)繪安全控制的同時(shí)，進(jìn)一步提升自然資源測(cè)繪效率[3]。本文以湖南省衡陽縣某測(cè)繪項(xiàng)目為例，考慮到測(cè)繪周期、成本、范圍等因素，最終決定采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)完成任務(wù)。項(xiàng)目采用無人機(jī)型號(hào)為“大疆精靈4pro”，主要特點(diǎn)包括：風(fēng)速最大承受控制在10m/s，地面站包括Pix4Dcapture（傾斜數(shù)據(jù)獲?。itchi（全景數(shù)據(jù)采集）、Map Pilot（正射影像數(shù)據(jù)獲取），采用2000 萬像素影像傳感器，飛行時(shí)間控制在30min 左右。在實(shí)際自然資源測(cè)繪中，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用涉及以下流程：

2.1.1 內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備

在測(cè)繪作業(yè)準(zhǔn)備階段要求相關(guān)人員做好以下幾點(diǎn)：

（1）位置界定。依據(jù)對(duì)項(xiàng)目范圍的掌握與分析，對(duì)測(cè)區(qū)大小、位置進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，借助高德地圖對(duì)測(cè)繪位置周圍情況查看，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定導(dǎo)航目的地。

（2）文件保存。以Map Pilot（正射影像數(shù)據(jù)獲取）軟件為載體對(duì)該項(xiàng)目涉及KML 文件保存處理，在軟件中加載文件后按要求對(duì)飛行范圍進(jìn)行設(shè)定，在保證底圖清晰的前提下打開文件[4]。

（3）確定采集時(shí)間。要求人員在充分考慮天氣條件前提下來確定無人機(jī)航測(cè)時(shí)間。

2.1.2 外業(yè)采集

在無人機(jī)外業(yè)測(cè)繪作業(yè)時(shí)，需遵循以下步驟：

（1）在全面考察現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的前提下，選擇相對(duì)理想的無人機(jī)起降點(diǎn)，以保證無人機(jī)的起飛降落不受周圍環(huán)境的影響。

（2）起飛前按規(guī)定開展檢測(cè)工作，確保無人機(jī)指南針、電壓、各構(gòu)件均處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。以Litchi（全景數(shù)據(jù)采集）地面站為載體控制第一架無人機(jī)起飛，主要負(fù)責(zé)對(duì)建筑物高度、周圍環(huán)境、高壓塔高度、高壓線分布等情況進(jìn)行觀察。

（3）上升至一定高度后，借助地面站對(duì)無人機(jī)進(jìn)行全景模式切換，以獲取現(xiàn)場(chǎng)清晰全景照片。

（4）對(duì)預(yù)先保存的項(xiàng)目利用Map Pilot（正射影像數(shù)據(jù)獲?。┛刂普具M(jìn)行加載處理，控制無人機(jī)自動(dòng)執(zhí)行航拍任務(wù)，以保證正射原始照片的獲取符合要求。

（5）無人機(jī)飛行期間利用Pix4Dcapture（傾斜數(shù)據(jù)獲?。┛刂普厩袚Q雙網(wǎng)格交叉任務(wù)模式，并結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況、周圍環(huán)境的分析來設(shè)定無人機(jī)飛行范圍，確保獲取的傾斜攝影照片符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)無人機(jī)航測(cè)獲取的數(shù)據(jù)信息，具體處理方式包括：

（1）正射影像處理。要求相關(guān)人員以Pix4Ddesktop（正射影像數(shù)據(jù)處理）軟件為載體，結(jié)合以下流程優(yōu)化處理正射影像：①導(dǎo)入航測(cè)任務(wù)獲取的相片資源，并按處理要求設(shè)置POS 坐標(biāo)。②結(jié)合預(yù)先設(shè)定選項(xiàng)對(duì)導(dǎo)入后像片進(jìn)行規(guī)范化處理。③獲取符合預(yù)期要求的成果報(bào)告，并對(duì)正射影像分別進(jìn)行KML、TIFF 格式處理。其中KML 格式影像圖可利用Google Eart 軟件來查看面積、坐標(biāo)等信息，TIFF 格式支持其他軟件的查看處理。

（2）全景影像處理。即對(duì)獲取的全景照片利用Photo shop 與PTGui（全景數(shù)據(jù)處理）軟件進(jìn)行處理，搜索與之相契合的天空?qǐng)D，借助Photoshop 軟件對(duì)合成后的全景圖進(jìn)行天空嵌補(bǔ)，以保證全景圖的制作符合規(guī)定要求。

（3）三維影像處理。對(duì)采集的照片、數(shù)據(jù)等信息導(dǎo)入Acute3D（三維數(shù)據(jù)處理）軟件生成三維模型，依托于三角測(cè)量的方法對(duì)像片獲取位置進(jìn)行計(jì)算，并通過重建項(xiàng)目提交、坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置等操作構(gòu)建完整且合理的三維模型。

2.2 遙感測(cè)繪技術(shù)

自然資源測(cè)繪中遙感技術(shù)應(yīng)用主要是在確定監(jiān)測(cè)事物的前提下，借助相關(guān)技術(shù)設(shè)備以遠(yuǎn)程感知的方式來獲取測(cè)繪所需數(shù)據(jù)信息。在實(shí)際應(yīng)用過程中，遙感測(cè)繪精準(zhǔn)性控制受到傳感器設(shè)置的直接影響，測(cè)繪期間地面事物依托于傳感器來采集信息，地面接收采集數(shù)據(jù)信息后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理[5]。作為綜合性測(cè)繪技術(shù)之一，遙感技術(shù)涉及到對(duì)電子科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)等學(xué)科知識(shí)的融合應(yīng)用，其主要環(huán)節(jié)流程如圖1 所示。

圖1 遙感技術(shù)應(yīng)用流程

目前自然資源測(cè)繪中遙感技術(shù)的應(yīng)用獲得顯著成效，可發(fā)揮以下作用：

（1）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)合對(duì)GPS、GIS 等技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可促進(jìn)土地測(cè)繪工作的高效率開展。在實(shí)際測(cè)繪作業(yè)過程中，需以目標(biāo)明確為前提，依托于遙感技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)，對(duì)于監(jiān)測(cè)期間產(chǎn)生的辨別數(shù)據(jù)、圖像等資源，需利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行簡化處理，并按照規(guī)定要求對(duì)采集數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)與分析，基于相關(guān)數(shù)據(jù)、圖像資源的比對(duì)分析來獲取相對(duì)客觀、準(zhǔn)確的結(jié)果[6]。要想最大化發(fā)揮出遙感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的作用與功能，需結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況、環(huán)境條件的分析來確定最佳監(jiān)測(cè)周期，以保證數(shù)據(jù)資源獲取符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并促進(jìn)自然資源測(cè)繪工作的低成本、高效化開展。

（2）勘測(cè)與定界。可在勘測(cè)作業(yè)時(shí)借助遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定界，基于對(duì)勘測(cè)坐標(biāo)得到確定，依托于遙感技術(shù)開展勘測(cè)測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)土地范圍、界線、面積的準(zhǔn)確界定，以此為土地規(guī)劃利用的有效開展提供資料支撐。通常情況下，基于遙感技術(shù)的勘察與界定工作涉及以下流程：實(shí)地勘測(cè)、資料審核、地界圖繪制、資料整理建檔等[7]。

2.3 GPS 定位測(cè)繪技術(shù)

目前GPS 技術(shù)在自然資源測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其主要原理是基于同一點(diǎn)位的確定，借助多個(gè)衛(wèi)星對(duì)同一點(diǎn)位傳輸不同角度的測(cè)距信號(hào)，同時(shí)對(duì)點(diǎn)位獲取的數(shù)據(jù)信息利用接收機(jī)導(dǎo)航電文進(jìn)行解算處理，以獲取用于自然資源測(cè)繪的數(shù)據(jù)信息。該技術(shù)的有效應(yīng)用，主要特點(diǎn)包括全天候、高效率、實(shí)時(shí)傳輸?shù)取５靡嬗诙ㄎ患夹g(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與改進(jìn)，GPS 單點(diǎn)定位的精準(zhǔn)度呈現(xiàn)出逐漸增高的態(tài)勢(shì)。以土地測(cè)繪領(lǐng)域?yàn)槔?，其中GPS 技術(shù)應(yīng)用涉及到以下方面：

（1）GPS 靜態(tài)測(cè)量。即作業(yè)期間依托于對(duì)測(cè)量型接收機(jī)的應(yīng)用對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位測(cè)量，其中GPS 接收機(jī)會(huì)在全流程作業(yè)中保持靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)測(cè)量目標(biāo)主要利用接收的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)推算。通常情況下，要想采取靜態(tài)測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)同步觀測(cè)，需將接收機(jī)的布設(shè)數(shù)量控制在3 臺(tái)以上，而同步觀測(cè)耗時(shí)則控制在30min 左右[8]。

（2）GPS 動(dòng)態(tài)測(cè)量。作為數(shù)據(jù)傳輸與測(cè)量等技術(shù)的集成，動(dòng)態(tài)測(cè)量又稱為RTK 測(cè)量，主要組成包括移動(dòng)站、基準(zhǔn)站，其中基準(zhǔn)站的應(yīng)用，可依托于大功率裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射，而移動(dòng)站主要負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，并通過對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的獲取來達(dá)到提升土地測(cè)繪效率的目的。

（3）CORS 技術(shù)。可依托于對(duì)衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，促進(jìn)測(cè)量領(lǐng)域朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向持續(xù)發(fā)展，作為RTK 的“升級(jí)版”，CORS 技術(shù)應(yīng)用主要是在充分考慮地形地貌、測(cè)繪區(qū)域等因素的前提下，通過對(duì)固定參考站的設(shè)置來維持全天候運(yùn)行，以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)信息的提供符合預(yù)期要求。同時(shí)，該技術(shù)在人為誤差控制方面存在顯著優(yōu)勢(shì)，所以在自然資源測(cè)繪領(lǐng)域中取得較為理想的應(yīng)用效果[9]。

此外，在開展GPS 測(cè)繪作業(yè)時(shí)，可根據(jù)情況不同分別選擇間隔性復(fù)測(cè)與連續(xù)監(jiān)測(cè)兩種模式。對(duì)于連續(xù)監(jiān)測(cè)模式應(yīng)用，可將其測(cè)量精度控制在亞毫米級(jí)別，并發(fā)揮天線誤差消除的功能，但投入成本明顯更大。而對(duì)于間隔性復(fù)測(cè)的應(yīng)用，在成本控制方面存在優(yōu)勢(shì)，但測(cè)量精準(zhǔn)性控制效果相對(duì)較差。若自然資源測(cè)繪期間采用間隔性復(fù)測(cè)模式，需視情況借助輔助設(shè)備來提升測(cè)繪精準(zhǔn)度。

2.4 GIS 測(cè)繪技術(shù)

作為新型測(cè)繪技術(shù)之一，GIS 技術(shù)主要是以細(xì)節(jié)信息、特定地形圖的存儲(chǔ)為前提，以數(shù)字化模擬的方式對(duì)空間原貌進(jìn)行分析處理，以保證點(diǎn)位分布數(shù)據(jù)的獲取符合準(zhǔn)確、全面的要求。目前，GIS 技術(shù)在監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、輔助決策等方面發(fā)揮重要作用，且系統(tǒng)支持對(duì)數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)化采集，具有文件數(shù)據(jù)測(cè)繪處理功能，并支持對(duì)圖像、聲音、數(shù)據(jù)、視頻等信息資源的海量存儲(chǔ)。以礦山資源測(cè)繪為例，GIS技術(shù)的發(fā)展涉及到對(duì)地理測(cè)繪、計(jì)算機(jī)工程等學(xué)科知識(shí)的集成，依托于GIS 制定的決策輔助，能夠?yàn)樽匀毁Y源測(cè)繪、災(zāi)害預(yù)警等工作的有效開展提供助力。分析GIS系統(tǒng)構(gòu)成，具體包括數(shù)據(jù)庫、模型庫以及方法庫[10]。其中數(shù)據(jù)庫主要是測(cè)繪信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)用的載體，依托于數(shù)據(jù)庫模塊的有效設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)信息檢索、利用、存儲(chǔ)的一體化集成，確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息的調(diào)用符合測(cè)繪工作要求。模型庫主要是基于對(duì)測(cè)繪計(jì)劃的確定，對(duì)宏模型進(jìn)行補(bǔ)充、更新或調(diào)用，可以此為支撐來促進(jìn)測(cè)繪工作的高效開展。而方法庫則是當(dāng)前測(cè)繪方法的存儲(chǔ)載體，能夠在運(yùn)行階段對(duì)路徑算法、排序算法以及分類算法進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用。另外，GIS 決策輔助系統(tǒng)構(gòu)成涉及GIS 分析、OLAP 模塊的設(shè)置，可在測(cè)繪期間依據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)化開展邏輯推演，具體功能原理如圖2 所示。

圖2 GIS 測(cè)繪系統(tǒng)原理

2.5 三維激光掃描技術(shù)

得益于技術(shù)升級(jí)與發(fā)展，促使三維激光掃描技術(shù)在我國自然資源測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可通過轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量模式來提升測(cè)繪精準(zhǔn)性。在自然資源測(cè)繪中合理應(yīng)用激光掃描技術(shù)，可在結(jié)構(gòu)全面掃描的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維點(diǎn)參數(shù)界定，并結(jié)合對(duì)數(shù)字地形模型的構(gòu)建為自然資源測(cè)繪提供參考。相較于其他測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用，三維激光掃描技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）采集效率、精度較高?？山柚詣?dòng)化的形式對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行掃描分析，在保證信息數(shù)據(jù)獲取符合精準(zhǔn)性要求的前提下，提升自然資源測(cè)繪效率。以往單點(diǎn)測(cè)量手段應(yīng)用不僅測(cè)量周期長，還需同時(shí)配備多名人員負(fù)責(zé)操作設(shè)備，導(dǎo)致自然資源測(cè)繪成本增大。而借助三維激光掃描技術(shù)的有效應(yīng)用，可在保證自然資源測(cè)繪作業(yè)高效率開展的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人力資源投入的縮減。

（2）實(shí)現(xiàn)安全測(cè)繪。常規(guī)測(cè)量測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用要求相關(guān)人員對(duì)設(shè)備近距離操控，而受到外業(yè)測(cè)繪環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣等方面的影響，使得自然資源測(cè)繪工作出現(xiàn)安全事故的概率增大。而借助對(duì)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用，可在保證其測(cè)量測(cè)繪結(jié)果符合預(yù)期要求的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)測(cè)繪危險(xiǎn)事故的有效規(guī)避。

在實(shí)際自然資源測(cè)繪中，該技術(shù)應(yīng)用主要流程包括：第一，外業(yè)數(shù)據(jù)采集。即要求相關(guān)人員以規(guī)定要求為參照，開展現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作，確保掃描儀與標(biāo)靶位置定位符合精準(zhǔn)性要求的前提下開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。同時(shí)，在數(shù)據(jù)獲取時(shí)需注意在保證數(shù)據(jù)完整的同時(shí)盡可能做到對(duì)數(shù)據(jù)量的縮減。第二，點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。因掃描期間每個(gè)測(cè)站只能對(duì)局部坐標(biāo)系的獲取，所以需在確定掃描區(qū)域的前提下，結(jié)合對(duì)多個(gè)控制標(biāo)靶的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)系的有效獲取。第三，地物提取繪制。以配準(zhǔn)后點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行地物特征點(diǎn)的提取，具體參數(shù)包括電線桿中心點(diǎn)、房屋角點(diǎn)等。同時(shí)對(duì)特征點(diǎn)利用軟件算法或人工操作的方式進(jìn)行擬合，并按照規(guī)定規(guī)格輸出為文本文件。第四，地表數(shù)據(jù)獲取。在測(cè)繪期間該技術(shù)應(yīng)用涉及到對(duì)測(cè)區(qū)空間信息的整體掃描，所以涵蓋地表所有信息。為避免等高線等參數(shù)的生成受到地表植被的影響，要求人員在處理過程中重視對(duì)非地表數(shù)據(jù)的全面剔除。第五，等高線生成。其數(shù)據(jù)密度控制與掃描時(shí)設(shè)備距離控制之間存在密切關(guān)聯(lián)，對(duì)此需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，通過對(duì)點(diǎn)位抽稀處理來提升等高線生成的合理性。需注意，點(diǎn)位密度的抽稀需以地形測(cè)繪要求的分析為前提。第六，地形圖編輯。即對(duì)等高線、地物圖形等參數(shù)進(jìn)行編輯、疊加處理后生成地形圖。

結(jié)語：

綜上所述，數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確、全面采集是自然資源測(cè)繪工作價(jià)值體現(xiàn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，而自然資源測(cè)繪開展水平不僅影響到我國自然資源管理與利用成效，亦對(duì)宅基地測(cè)繪、耕地保護(hù)、地籍調(diào)查、國土空間規(guī)劃、礦山測(cè)繪等領(lǐng)域的發(fā)展有著重要影響。鑒于此，為促進(jìn)自然資源測(cè)繪模式與方法的轉(zhuǎn)變，需在明確當(dāng)前資源管理需求的前提下，積極轉(zhuǎn)變自然資源測(cè)繪觀念，在積極引進(jìn)測(cè)繪新技術(shù)的同時(shí)，加大對(duì)測(cè)繪技術(shù)與裝備的創(chuàng)新與研究力度，以期轉(zhuǎn)變以往低效率、高成本、誤差大的自然資源測(cè)繪局面，實(shí)現(xiàn)以高效率、高質(zhì)量測(cè)繪工作為支撐，促進(jìn)我國自然資源管理的高水平開展。