核工业二〇三研究所 陕西咸阳 712000
摘要：本文通过对无人机航空摄影测量所获取的高分辨率数字正射影像分析比较，结合“粮食生产功能区划定”的技术规范要求，对整个“粮食生产功能区划定”工作进行了分析，提供了该技术方案，可为今后同类项目提供参考。
关键词：无人机；航空摄影测量；粮食生产功能区；数据建库
耕地是人类生存的粮食来源，也是人类巨大的物质财富。20世纪以来，人口急剧增长以及经济建设快速发展，尤其是我国快速发展的基础设施建设，需要征用大量的耕地。人类对耕地不断地侵蚀，耕地危机日益加剧，随之而来的就是更加严峻的粮食问题。我国人口众多，可耕种的土地有限，耕地资源供需紧张问题一直困扰着粮食生产安全。拒不完全统计，我国目前有18.26亿亩耕地，但我国人口已有13.83亿，人均耕地还不足1.4亩。我国人均耕地面积连世界平均人均耕地面积的40%都不到。国家提出建立“粮食生产功能区”是我国解决粮食问题的一套科学举措。
2017年4月，国务院印发国发〔2017〕24号文件暨《关于建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区的指导意见》。我国计划用三年的时间，完成全国10.58亿亩的“粮食生产功能区和重要农产品保护区”的划定工作。届时，对所划定的耕地做到建档立卡、建立数据库，实现对耕地的信息化和精准化管理。提高了我国粮食的信息化管理水准，进一步保证了粮食的自给自足需求，进而使我国国家粮食安全得以进一步提高。快速科学的作业模式才能保质保量完成该项目，无人机航空摄影测量辅助粮食生产功能区划定工作是本文重点探讨的内容。
1 无人机航空摄影测量
1.1 无人机航空摄影测量的特点
“粮食生产功能区划定”可以利用无人机航空摄影测量系统。无人机（Unmanned Air Vehicle,UAV）进行航空摄影测量快速机动，受天气、场地的影响远远小于大型飞机，无人机可以机动灵活快捷、低成本地对所需要补测的区域进行航空摄影测量，能够及时地提供最新数据。
1.2 无人机航空摄影测量系统数据处理
无人机外业进行航空摄影测量获取航拍影像后，影像数据需要及时检核，而后需要进行数据处理后，才具有测量的量测性。影像首先要进行畸变矫正，其次利用控制姿态的POS数据及定位的GPS数据实时空三加密、微分纠正，用于 “粮食生产功能区”划定的DOM数字正射影像得以生成。本次试验选用的是PixelGrid系统对无人机影像进行数据处理。
PixelGrid系统，是一款多源航空航天遥感数据处理系统[2]，不仅能够处理航天卫星遥感数据，也能处理航空摄影测量数据。而且，PixeldGrid软件是集群式系统，与其他单人单机遥感处理软件不同，其能够利用网络互连技术，能够实现多人多机同步互连处理遥感数据。另外，该软件还实现了批量数据处理功能，能够对大规模数据进行并行处理，使得对无人机影像数据内业处理变得简单化，为我国快速发展的海量遥感数据处理提供了新的技术方案。无人机航空摄影测量数据常常用PixelGrid系统软件中的PixelGrid-UAV模块进行处理。最终得到我们所需的数字正射影像。其处理的流程为：
1.3 无人机航空摄影测量的优势分析
粮食生产功能区的工作重点是地块信息的划定，传统的测绘划定只能到现场进行外业测量，无法达到快速、精准的划定。粮食作物的多样性，种植分布不均衡，行政区划界线不明显，使得现场对粮食作物调绘工作难度大大增加，从而无法做到全局把控，很难提出最优的粮食生产功能区划定方案。卫星遥感影像因其分辨率不够，无法直接从影像判读植被类型。常规的大飞机航空摄影测量，经费及场地的限制，以至于不是最好的选择。无人机航空摄影测量正好解决这一系列难题。
2 粮食生产功能区划定
2.1 图件制作
粮食生产功能区图件的制作的比例尺一般采用为1：2000或1:5000，粮食生产功能区图件的制作是本工作不可缺少的重要环节，也是粮食生产功能区划定工作的基础，图件制作的质量不仅仅直接关系着地块信息的位置、面积、农作物种类的精确性，而且，地块信息相关的地物如公路、铁路、沟渠、田间生产路等相关的工农业设施也是需要精确测量的，因此，图件的制作对该工作至关重要。目前，农业上常用的影像有UCXP航摄影像、DCM航摄影像和低空无人机航摄影像等等，本文重点讨论利用无人机航摄影像对粮食生产功能区划定图件制作的技术。粮食生产功能区划定工作中，无人机航空摄影测量为其提供了快捷在作业模式。无人机航空摄影测量系统所生成的数字正射影像（DOM）是该项目所需要的最重要的产品。无人机外业进行航空摄影测量，获取最新的影像资料，这些影像资料的应用需要进行测绘作业人员进行外业辅助控制测量，当影像获取后整理统计后，内业进行空中三角测量加密，然后常常根据微分纠正方法进行DOM的数据生产。
2.2 数据框架
“粮食生产功能区”划定是我国农业基础性项目，数据的整体框架要求以县为基本汇交单位，汇交到国家库。因此，数据框架要求具有一致性。2000国家大地坐标系是粮食生产功能区项目的坐标统一框架，偏远地区可以使用1980西安坐标系或独立坐标系，但这些坐标系要建立能够与CGCS2000联测的转换关系，以便进行数据汇交。高程基准统一采用1985国家高程基准。数据的投影仍然采用高斯-克吕格投影。图件的制作，比例尺常常用1:2000或1:5000的大比例尺进行制作，农村土地承包经营权确权登记的调查比例尺必须满足能够区分每户农户的耕地权属界线，这种精度的比例尺同样可以用于粮食生产功能区，要求能够分辨出地块信息、道路、水利设施、房屋等地物地貌。在1:2000的比例尺下，图上能够反映的最小图斑为24㎡。在1:5000的比例尺下，图上能够反映的最小图斑为150㎡。
2.3 外业核查
低空无人机航空摄影测量影像在底图的制作中显得尤为重要。依照国家提供的粮食生产功能区制作技术规范，制作“粮食生产功能区”地块划分的工作底图。以村组为单位对DOM影像进行裁剪分割，把影像进行图纸打印。工作底图制图比例尺要根据所要划定的村组分布及面积大小进行设定，制图比例尺可以适当的调整，以满足图件可读性为基本条件。带影像的工作底图打印制作后，首先在影像地图上进行地块沟绘。粮食生产功能区划定是在乡镇为最基本的工作单元，功能区原则上每个乡镇为一个区单元。外业调绘核查是工作重点，确定外业调绘核查方案，按照基本作业单元对每个目的村进行挨村核查，确定地块位置、分布、大小、归属、作物类型等一些列调查元素。外业调绘核查重点对象是粮食生产功能区地块信息、片块信息，确定地块和片块的分布、边界、数量，统计核查道路、沟渠、机井等交通、水利设施的分布、数量等等。核查完毕进行内业图件整饬，利用ArcGIS等数据库软件，对外业调绘核查图件进行逐一分析处理，制作图件进行公示确认。在确认无误后进行入库建库工作。
2.4 数据库的建设
以基本农田数据、农村土地承包经营权确权数据为原始作业数据，与外业核查数据比对分析，根据公示后的反馈，按照相关技术要求，利用ArcGIS建库软件，构建地块图层。建库的第一步骤是粮食生产功能区地块层的建立，其是在农户承包地块图层基础上进行融合获得的。融合的基本条件为：以农田中线状地物为分割线，如不小于1m的农村道路、田间生产路、灌溉渠、河流等作为分割线，对农户承包地块进行块状融合处理，得出地块图层。如下图2-1、2-2根据影像影像判读所获取地块信息，按照“粮食生产功能区” 划定作业规范，从而获得地块层。
图2-1 影像上信息获取
在地块层的基础上，以行政村为单元，利用数据库软件ArcGIS10.0的融合及编辑功能，构建片块层。如下图2-4所示，“粮食生产功能区”片块层，具有相对集中连片的耕地、园地，可以分布在几个村民小组，但原则上不许超过行政村范围，便于集中管控、统一生产管理。
图 2-4 片块层
3 结束
无人机航空摄影测量，能够为 “粮食生产功能区”工作中，提供最新最反应现实航空影像，可以在此影像上获取地物、地貌等信息，为“粮食生产功能区”划分提供了基础影像依据。大大提高了粮食生产功能区的作业效率、作业精度。
参考文献：
[1马永欢，牛文元，中国粮食上产主题功能区的核心设计-------构筑国家生存安全保障线[J].战略与决策研究，2009.24（3）241-247.
[2]翟娜，王静茹，武晓莉.低空无人机在农村土地承包经营权中的应用[J].测绘标准化2016,32（3）38-40.
[3]刘敏，覃艳琼，汤传拥.基于ArcGIS的粮食生产功能区划定试点数据库建设[J].南方国土资源，2018（2）58-60.
论文作者:李鹏飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/20
标签：无人机论文; 粮食生产论文; 功能论文; 测量论文; 地块论文; 影像论文; 航空论文; 《防护工程》2018年第21期论文;