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无人机在高标准农田建设测绘中的应用


发布时间:

2024-07-01

测绘是农田建设的基础工作,测绘的质量和效率直接影响农田建设的进度和成果。传统的人工测量、地面测量等测绘手段,存在效率低、精度差、受环境影响大、成本高等缺点,难以满足高标准农田建设的要求。而无人机摄影测量技术具有高效、精确、灵活、智能等特点,可以有效地提高农田建设的质量和效率,促进农业现代化发展。

  1无人机摄影测量技术的原理

 

无人机摄影测量技术是利用无人机搭载的高分辨率相机和导航定位设备,按照预设的航线和高度,对目标区域进行系统的拍摄。这样,就可以获取具有重叠度和倾斜角度的多视角影像,反映出目标区域的地形地貌、土地利用、农业生产等信息。通过影像处理软件,对这些影像进行自动或半自动的匹配、定向、校正和拼接,从而生成具有地理坐标和高程信息的正射影像、数字表面模型和三维模型[1]。

2无人机在高标准农田建设测绘中的具体应用

 

2.1   土地调查

(1)快速获取土地利用信息,了解地形地貌。无人机可以根据预设的航线和高度,自动对目标区域进行低空飞行,在短时间内获取高清航拍图像。通过对图像的智能解析,可以快速了解该区域土地利用类型、分布情况,如耕地、林地、草地等分布;可以清晰地看到地形地貌特征,判断是平原、丘陵还是山地。这为后期开展土地整治提供了基础数据支持。

(2)为土地整治、水利工程设计等提供数据支撑。利用无人机获得的高精度影像,可以绘制出目标区域的数字高程模型、正射影像等,为土地整治设计、水利工程设计、基础地理信息数据库建设提供详细的空间数据支持。空间数据精细化程度高,有助于设计师对区域地形、地物进行精确判读,提高设计方案科学性。

2.2   土地平整

(1)对平整前地形进行三维测绘。在平整施工前,利用无人机对原始地形进行低空飞行,获取平整区域和周边地形的三维点云数据,建立精细的数字高程模型。该模型可以清晰反映地形起伏,为后期平整设计提供依据。

(2)平整过程中进行监测,控制平整质量。平整过程中定期使用无人机对工程区域进行航拍,获取实时影像。通过与设计数字高程模型的对比,可以监测平整进度和质量达标情况,及时发现问题并调整方案,确保平整效果达到预期。无人机可以实时传输影像数据,并与设计方案进行对比分析,实现平整质量的智能监控。

(3)平整后进行成果测量,核实质量达标情况。平整完成后,再次对区域进行无人机航拍,获取平整后实际地形影像。与设计数字高程模型对比,检查平整成果是否达到质量要求,为后续验收提供依据。无人机可以快速覆盖大范围的区域,并生成高精度的正射影像,为平整后的地形图制作提供数据支持。同时,无人机还可以搭载多光谱相机,对平整后的土壤肥力、水分、有机质等指标进行监测,为农田管理和农业生产提供科学依据[2]。

2.3   灌溉与排水设施测绘

(1)对灌区范围、渠系布置进行测绘。利用无人机对灌区范围边界及渠系(如主、支、干渠)进行低空航拍,获取高清影像图斑,绘制出精细的灌区范围图和渠系布置图,为后期施工提供依据。无人机可以根据灌区的地形特点和渠系的走向,自动规划最优的航线和拍摄参数,保证影像的连续性和覆盖率。

(2)对渠系坡降、断面尺寸等进行测量。通过对渠系航拍图像的分析,可以计算出渠道实际坡降是否匹配设计要求;可以测量渠道顶宽、底宽、深度等断面尺寸,检查是否符合设计。无人机可以搭载激光雷达或者摄影测量仪器,对渠道进行精确的三维测量,生成渠道的数字高程模型和断面图,实现渠道的智能化测量。

(3)测绘排水系统,确保排水通畅。使用无人机对整个灌区的排水系统进行测绘,包括排水沟、排水口等,了解排水系统布局和连接关系。确保系统无阻,以保障灌区内部排水通畅,防止内涝。无人机可以利用红外或者微波遥感技术,对排水系统的运行状态进行实时监测,及时发现排水系统的堵塞或者漏水等异常情况,为排水系统的维护和管理提供智能化的支持。

2.4   产业布局规划

(1)乘田飞行获取作物长势信息,评估土壤肥力。在关键生长阶段,利用多光谱相机进行乘田飞行,获取作物图像,通过图像分析判断作物生长状况,分析不同块田土壤肥力差异,为制定合理的施肥方案提供依据。无人机可以根据作物的生长周期和农事活动的安排,自动规划飞行时间和频率,实现作物长势的动态监测。无人机还可以利用高光谱或者高分辨率遥感技术,对作物的叶面积指数、叶绿素含量、水分含量等生理指标进行定量反演,评估作物的健康状况和土壤的肥力水平。

(2)制定合理的种植布局方案。综合土壤肥力分析结果,采用多样作物轮作,科学规划种植布局,提高土地利用效率。无人机可以根据不同作物的光照、水分、温度等生态需求,结合土壤的肥力和水分状况,利用遥感信息智能化处理应用创新团队研发的“大数据综合分析平台”,为农户提供最优的种植布局方案,实现作物的高产高效。

(3)按照定位要求测绘产业园区、设施农业区位。根据高标准农田建设规划,利用无人机按照精准坐标进行产业园区、大棚区、育秧区等的定位航拍,获取定位图斑,为后期的基础设施建设提供依据。无人机可以利用北斗卫星导航定位“一张网”,实现高精度的定位航拍,为产业园区、设施农业的规划设计和建设施工提供高质量的空间数据支持,提升产业园区、设施农业的智能化水平。

 

  3提高无人机摄影测量技术应用水平的策略

 

3.1   加强无人机设备的研发和改进

选择适合高标准农田建设测绘的无人机设备,如固定翼或旋翼无人机、高分辨率或多光谱相机、高精度或实时动态定位系统等;根据测绘任务的要求,合理设计无人机的飞行参数,如飞行高度、飞行速度、飞行角度、飞行路径、飞行时间等;根据飞行条件,选择合适的相机参数,如快门速度、光圈大小、感光度、白平衡、曝光补偿等;根据地形和环境,合理布设和测量地面控制点,提高影像的定位精度[3]。

3.2   完善影像处理软件的算法和功能

选择适合无人机摄影测量技术的影像处理软件,如Pix4D、Agisoft PHotoScan、Smart3D等;根据影像的特点,选择合适的影像处理算法,如基于特征点的影像匹配算法、基于结构光的三维重建算法、基于深度学习的影像分类算法等;根据测绘任务的要求,选择合适的影像处理流程,如影像预处理、影像匹配、三维重建、正射校正、数字高程模型生成、影像分类、测绘成果生成等;利用影像处理软件的自动化和智能化功能,减少人工干预和错误,提高影像处理的速度和效果。

3.3   统一和规范测绘成果的格式和标准

遵循国家和行业的测绘标准和规范,制定无人机摄影测量技术在高标准农田建设测绘中的专项标准和规范,明确测绘成果的格式、内容、精度、质量、评价、交付等要求,保证测绘成果的一致性和可信性;根据测绘标准和规范,采用合适的测绘方法和技术,进行测绘成果的质量控制和评价,如采用内业检查、外业检核、精度分析、误差分析、质量评定等方法,检验和评价测绘成果的几何精度、辐射精度、拼接精度、定位精度、分类精度等方面的质量,及时发现和纠正测绘成果的错误和缺陷,提高测绘成果的可靠性和可信性。

  4结语

 

无人机测绘技术运用自动化、信息化、智能化手段,可以大幅提升农田建设过程中的测绘效率和精度,为农田建设提供精确的空间信息支持。随着技术的不断进步,无人机在农业领域的应用前景广阔。但也需要注意解决飞行时间短以及对专业人才的依赖等问题,以发挥无人机测绘的最大效能。