测绘地理信息   2021, Vol. 46 Issue (3): 68-70
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无人机技术在土地测绘与规划中的应用——以GH村土地优化为例[PDF全文]
李智强1    
1. 广东省核工业地质局测绘院,广东 广州,510800
摘要: 以GH村“乡村振兴”土地优化利用项目为例,对无人机在土地测绘与规划中的应用展开研究,综合分析GH村土地优化利用项目的无人机测绘资料与实地调研情况,研究了无人机在土地平面测绘、立面测绘、时序规划中的应用方法,验证了无人机航测技术在土地测绘与规划中的应用效果。
关键词: 无人机    土地测绘    规划利用    乡村振兴    监测与评价    
Application of UAV Technology in Land Surveying and Planning: A Case Study of Land Optimization in GH Village
LI Zhiqiang1    
1. Surveying and Mapping Institute of Guangdong Geological Bureau of Nuclear Industry, Guangzhou 510800, China
Abstract: Taking the "rural revitalization" land optimization utilization project in GH village as an example, the application of unmanned aerial vehicle(UAV) in land surveying and mapping is studied. The UAV surveying and mapping data and field investigation of GH village land optimization utilization project are analyzed comprehensively. And the application methods of UAV in land plane mapping, elevation mapping and time sequence planning are explored. The application effect of UAV aerial survey technology in land surveying and mapping is verified.
Key words: unmanned aerial vehicle (UAV)    land surveying and mapping    planning and utilization    rural revitalization    monitoring and evaluation    

乡村振兴战略旨在从产业、人才、文化、生态、组织5个方面逐步实现“农业强、农村美、农民富”的目标,随着“四好农村路”“农村产业带”等乡村建设项目的不断推进,土地整理与基础设施建设等工作全面展开。土地规划与调整受到环境、政策、经济等多因素影响,所以必须充分了解土地现状[1, 2],这就要求加强测绘的精度与广度。在GH村土地测绘工作中,地方测绘机构曾开展过人工土地利用监测工作,积累了长时间序列的测绘资料。这些资料较为客观地反映了乡村振兴项目实施前农民的土地利用水平,为制定土地优化调整政策、规划实施效果评价提供了重要参考依据[3]。但是,随着GH村“乡村振兴”土地优化利用项目工作的全面展开,农用土地的规划与利用问题逐步显现。为更具体地评估土地利用情况,本文利用无人机航测技术对该项目区农村土地实地开发利用情况进行测绘分析,旨在为农用地规划调整提供更为具体可行的优化方案[4]

1 平面测绘分析

为满足灌溉需要,在GH村项目区内新建中型水库,水库建设后对原址居民造成“双淹”,即随着水库水位的提高,农民生产资料和生活住房均被淹没。该地区农民原生活来源主要为作物耕种和畜禽养殖。运用无人机对该地区进行初步航测,根据航测资料,该地区耕种占比高达80%,虽然耕地优劣不均,但分布集中,便于管理,总体较为集约[5]。水库建设征地后,农民安置地的土地优劣不均,分布相对分散,无法满足农户对土地肥力和土地地理位置双方面的要求。根据安置地的无人机测绘资料及现场调研情况,将GH村项目区现状农用地结构与农民分布情况简化为两种,假设Ai(i=1, 2,…,n)为村民居住区,ai(i=1, 2,…,n)为耕地分布区(以坡地为主),且距离农户Ai最近的耕地为ai

1) 农户A1迁移前拥有肥沃土地和贫瘠土地各半,按其原有土地配比,搬迁后分配耕地a1an,其中a1土地肥力较高,an相对较低。在这种情况下,考虑到土地an距离较远,不便于种植和灌溉,同时现状土地为坡地,不利于其他生产,便放弃对其进行使用。而农户An虽然距离土地an较近,却没有土地使用权,同时由于土地an较为贫瘠,也未要求农户A1进行土地流转,最终导致an处土地常年废弃[6, 7]。在数量如此庞大的土地测绘与规划调整工作中,利用原有规划方案确实难以解决此类问题[8],这种情况也不符合乡村振兴土地优化利用项目的初衷。

2) 农户A1原有土地面积较大,搬迁后得到a1a2a3三块土地;农户A2情况类似,拥有a4a5a6三块土地,这就导致农户A3失去了对距离自己居住所最近的土地的所有权,然而自己所拥有的土地a7又由于距离因素,不利于耕种和管理,这样一来将导致其生产效率大大降低,土地也无法得到有效利用。

通过无人机平面测绘分析,可清晰地认识到原址农民搬迁前后农用地利用情况的变化与问题,但是,其纵向分布与利用情况尚无法充分了解[9, 10],需要进一步从立面空间上分析研究。

2 立面测绘分析

图 1为GH村项目区无人机立面测绘资料的数字化模型。在水库达到高水位时,村内将产生众多浅泊,即在两山连绵处的平缓地带产生深度较浅的水覆盖区,这种区域原有生产条件极佳,但是一旦淹没便失去农用价值。为保证规划方案顺利实施且能解决上述问题,需要结合无人机立面测绘资料进行具体分析。如图 1所示,本文将整个山体简化为MNOPQ五个区域,M区山势陡峻,气候不适宜,N区被水淹没程度较高,深度较大,两者均不在规划考虑范围内;OP两区山势相对平缓,高度、气候适宜,便于开发和居住;Q区土地最为平缓,是农民生产和居住的最优位置,但是当水库水位达最高水位时,将完全被水覆盖,所以也不在规划范围内。这样一来,便失去了最优的土地资料,这种情况下,需要选取一个最具代表性的截面,并将其进行量化处理,结合剖视图具体分析。

图 1 立面规划对比分析图 Fig.1 Comparative Analysis Diagram of Elevation Planning

由于雨水常年冲刷山体,土地大量堆积,部分地区浅泊已被覆盖,浅泊总体面积减小,在这种情况下,浅泊边界已作为水田使用。专家通过无人机对GH村项目区进行进一步航拍测量,测算Q区可利用面积。通过测绘资料分析,证实了Q区具有很高的开发意义,展开了“抬田”工作,通过提高Q区的高程来避免生产资料被淹没,这样就使得基本农地损失降低。该项目增加了耕地面积,而且此处土地平缓、高程较低、濒临水库,基本不需要人为灌溉,完全靠地下渗流自给自足,既解决了生产资料稀缺问题,又实现了自然资源的优化利用。

对该地区进行平面、立面多维度测绘成果分析,发挥了无人机测绘高效便捷与测绘成果直观可靠的综合优势,可以更加充分、具体地了解该地区土地利用的综合情况与问题,并采取相应的土地利用与规划措施。为实现土地规划与利用的长周期可持续发展,本文还对该区域长时间序列下的测绘资料进行了动态分析。

3 测绘成果时序分析

本文对该地区的长期测绘资料(原实地监测资料与近期无人机航测资料)进行了整理,并绘制土地利用率预期、现状对比图。图 2为1995-2017年(1995-2009年为平缓基准数据,2010-2017年为波动期可研数据)长期规划的土地利用率与实际土地利用率对比图,可以看出,初期的整体规划符合利用率提高的增长趋势,符合乡村振兴项目区发展的客观要求,但是由于多方面因素制约,实际土地利用情况并不是十分理想。在项目区规划初期,土地不集约、弃置土地较多,导致土地利用率落差较大,在短期内,这种问题还无法得到妥善解决,农民会根据实际情况选择性地放弃土地,例如空间分布不合理,导致常年低效生产,入不敷出[11, 12]。在中期,由于相关部门的介入以及科学技术的革新,土地的利用程度逐渐改善,最终提前超过预期水平,但是由于宏观因素制约(即土地总体分布情况无法改变),截至本次调查,虽然该地区土地利用率已达到较高水平,但是仍然没有达到最优水平,所以仍然需要对该项目区进行跟踪测绘,并动态调整规划方案,以使实际土地利用情况曲线始终在预期变化趋势曲线附近波动,并满足离差逐渐减小的要求,真正意义上实现长期可持续的土地优化利用。

图 2 测绘成果时序分析图 Fig.2 Time Series Analysis Diagram of Surveying and Mapping Achievements

对测绘成果进行时序分析发现,该地区的用地规划时效性相对较低,而这关乎农民生活、生产,需要在规划初期制定阶段分明、长短期计划结合的目标[13],实时进行无人机测绘,并利用测绘资料对规划方案进行实时调整,分区、分期进行监测与评价,使其不断与预期衔接,做到既“瞻前”又“顾后”。

4 结束语

本文研究的无人机土地测绘与规划问题包括空间和时间两个维度,空间维度测绘包括平面和立面两部分,通过平面、立面的多维度测绘成果分析,可以更加充分、具体地了解该地区土地利用的综合情况与问题,并利于有针对性地采取相应土地利用与规划调整措施,发挥无人机航测成果的综合价值。通过测绘成果时序分析可以发现,该地区存在土地利用时效性问题,这就需要在规划初期制定阶段分明、长短期计划结合的目标,并实时进行土地测绘与规划调整,根据测绘资料对规划方案进行优化,分区、分期进行分析与评价[14]

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