无人机测绘结合GIS的乡村土地利用动态监测

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

陈永泽

晟裕星(甘肃)勘测规划设计有限公司733000

摘要

当前我国乡村正处于快速发展与转型阶段,土地利用格局随之发生着明显变化。及时准确地掌握这些变化情况,对乡村治理和可持续发展具有重要意义。在具体实施中,可通过无人机巡飞完成高效影像采集,利用AI模型实现快速数据解译,结合GIS平台进行精准变化识别,最后通过终端适配输出便于使用的成果,为管理决策提供多角度的数据支持。


关键词

无人机测绘;GIS;乡村土地利用;动态监测

正文


引言:

乡村振兴战略是党的二十大提出的重大决策部署,全面推进乡村振兴,统筹乡村基础设施和公共服务设施布局,建设宜居宜业和美乡村。2024年中央一号文件指出,因地制宜、分类施策,循序渐进、久久为功,推动乡村全面振兴不断取得实质性进展、阶段性成果[1]无人机测绘技术具有灵活、高效的特点,地理信息系统则拥有强大的空间分析能力,将二者有机结合,正好可以弥补现有监测体系的不足。探讨这种技术组合在乡村土地动态监测中的应用路径与效果,对提升乡村土地管理水平具有积极的参考价值

一、无人机测绘结合GIS的乡村土地利用动态监测价值

(一)突破传统监测的能力瓶颈

从技术理论来看,无人机测绘与GIS的融合,是遥感技术与空间信息系统理论的创新应用,其核心价值在于打破传统乡村土地监测的固有局限。传统监测依赖人工踏查与卫星遥感,前者效率低下,后者存在分辨率不足、更新滞后等问题,难以满足动态监管需求。而无人机搭载RTK/PPK差分定位系统,结合GIS的空间数据处理能力,构建起“高精度采集-快速分析”的技术闭环[2]。根据中华人民共和国自然资源部数据,无人机平面位置精度可达厘米级,高程精度优于0.1米,完全覆盖土地调查的精度要求。在效率层面,河北督察组曾用无人机替代人工踏查,将原本预计5天的任务缩短至2天,成本仅为传统航测设备的1/10。同时,无人机搭载的多光谱、热红外传感器,让监测从“视觉可见”延伸至“多维可感”,可通过植被反射率差异识别伪装耕地,凭借热源信号锁定夜间非法用地,这种多维感知能力彻底解决了传统监测“漏查、误判”的难题,为土地利用监测提供了更精准、高效的技术路径,推动监测工作从“重点抽查”转向“全域覆盖”。

(二)适配乡村复杂地形的独特优势

测绘地理信息技术作为现代化信息技术与地理测绘方式融合的产物,能够将检索到的地理测绘数据转化为指定格式,利用数据信息,实现对地理信息的准确表达与模拟[3]突破地理空间对监测工作的限制。乡村区域普遍存在山地、河网、丛林等复杂地形,人工踏查常面临“进不去、查不全”的困境,卫星遥感则易受植被遮挡影响数据质量。无人机凭借“大中小”搭配的作业模式,可实现全地形适配微型无人机能穿越狭窄山谷近距离探查,大型无人机可覆盖数百平方公里宏观扫描,大疆机场更是能以7公里作业半径实现全域覆盖。江苏无锡某村引入该技术后,仅用一台无人机就完成了4.18平方公里区域的巡查,针对河网密布的地形,无人机一天即可完成重点区域巡逻,远超人工效率。GIS技术则通过构建数字孪生地图,将无人机采集的5cm分辨率三维模型与地形数据叠加,使道路、建筑等信息直观呈现。“空中巡查+空间建模”的模式,彻底解决了复杂地形下的监测盲区问题,让乡村土地利用情况“无死角”呈现,为精准管理提供了地形适配保障。

(三)提供全维度决策的数据支撑

无人机与GIS的融合构建了“数据采集-处理-应用”的全链条体系,为乡村土地决策提供多维度、时序化的数据支撑。传统土地决策多依赖零散数据,缺乏系统性与时效性,而无人机可按周、月制定巡航计划,形成连续的时序数据链,GIS则作为数据集成平台,实现监测数据与土地审批、规划许可等信息的叠加分析[4]。唐山市应用该技术后,通过无人机高频次建模,对比多期实景模型精准识别矿区地表变化,自动计算盗采区域的位置、范围及方量,数据与企业申报偏差率控制在3%以内。江苏无锡某村更是通过无人机生成8万张照片构建数字孪生平台,集成物联感知信息实现“一屏观全局”,管理人员可直接在平台定位偷倒垃圾、私搭乱建等问题并派发任务。这种数据支撑能力,让土地决策从“定性判断”转向“定量分析”,既涵盖实时土地利用现状,又包含历史变化趋势,还关联规划审批依据,为耕地保护、违建整治等决策提供了全面、可靠的数据保障,提升了乡村土地管理的科学性。

二、无人机测绘结合GIS的乡村土地利用动态监测的实施策略

(一)无人机巡飞,高效影像采集

相关部门需牵头构建“前期规划-精准执行-数据保障”的无人机巡飞体系,确保影像采集高效且贴合监测需求。前期要联合技术单位开展区域踏勘,依据乡村土地利用类型(耕地、宅基地、生态用地等)划定核心监测区,结合GIS底图标注的地形数据,用AI算法生成最优巡检航线,如耕地集中区采用网格密集巡航,山地生态区侧重沿等高线飞行,避免漏拍盲区[5]。设备配置上需选用搭载RTK定位模块和多光谱传感器的无人机,按“1架大型机覆盖全域+2-3架小型机补拍细节”的模式组队作业,同时在偏远村落布设无人机机场实现7×24小时待命。执行中安排专人实时监控飞行状态,通过4G/5G网络将影像数据同步回传至监测平台,设置双备份存储模块防止数据丢失。陕西省自然资源厅公开的靖边县实践中,当地自然资源局通过这套流程,用低空无人机监测平台实现耕地全域网格化巡查,单架无人机日均作业面积达30平方公里,影像采集效率较人工提升15倍,为后续数据处理提供了完整、精准的原始素材。整个过程需建立飞行日志制度,详细记录航线、传感器参数、天气条件等信息,确保采集数据可追溯、可复核。

(二)AI模型,快速数据解译

技术服务团队需以乡村土地监测场景为导向,打造“模型训练-批量解译-人工校验”的全流程工作机制。首先要联合自然资源部门建立专属样本库,收录当地不同土地类型的高清影像样本,标注耕地撂荒、违建占地、土地流转等20余种典型变化特征,数量不少于10万张以提升模型识别精度。基于阿里云等成熟算法框架,开发多模态AI解译模型,针对乡村影像特点优化参数——比如通过植被指数阈值区分农作物与杂草,用边缘检测算法识别未批先建的建筑轮廓。解译实施时,将无人机采集的影像按区域切块,导入模型进行批量处理,自动生成土地利用类型图斑和变化初判结果,同时输出包含变化位置、面积、类型的AI诊断报告。深圳市罗湖区人民政府发布的案例显示,当地技术团队构建的“AI+无人机”监管平台,解译效率较人工提升80%,单批次50平方公里影像解译仅需2小时,错误率控制在5%以内。解译完成后,技术人员需对模型标记的可疑图斑逐一校验,重点核查植被覆盖度低的山地和宅基地集中区,形成最终解译成果并同步至GIS系统,为后续分析提供精准数据支撑。

(三)GIS叠加,精准变化探测

数据分析师主导GIS叠加分析工作,通过空间数据融合实现土地利用变化的精准识别与定位。工作前期需完成基础数据整合,将GIS系统中的历史土地利用数据库、土地确权数据、规划许可数据与AI解译成果进行格式统一,建立包含“空间坐标-权属信息-规划用途”的关联数据链。采用ArcGIS等专业软件构建动态监测模块,将当期无人机影像解译图斑与历史数据进行叠加比对,通过空间叠加分析算法识别位置、面积、类型的变化差异,自动计算变化区域的坐标范围和实际面积。针对耕地保护等重点场景,设置专项监测规则——比如当耕地范围内出现建筑图斑,系统自动关联土地审批记录,判断是否属于非法占地。陕西省靖边县在实践中,通过GIS叠加将无人机监测数据与永久基本农田数据库融合,实现违规占地行为的自动标记,较传统人工比对效率提升3倍,定位误差不超过1米。变化探测完成后,需生成包含变化图斑、权属人、违规类型的监测报表,同步在GIS地图上标注变化位置并高亮显示,为后续执法核查提供精准的空间指引。

(四)终端适配,便捷成果输出

运维团队让监测成果直达一线管理场景,实现“数据可用、操作简便”。首先需开展基层需求调研,针对乡镇土地管理员的操作习惯,开发适配手机、平板、专用执法终端的多端应用程序,简化界面设计将核心功能分为“变化预警”“任务派发”“成果查询”三大模块,避免复杂操作。成果输出采用“分级推送”模式:对县级管理部门推送完整监测报告和GIS数据图层,包含全县土地利用变化统计分析;对乡镇级推送辖区内重点变化图斑清单,附带现场核查指引;对村级网格员推送精准到地块的预警信息,标注变化位置和初步判断结果。深圳市罗湖区的实践显示,其开发的终端应用让基层人员15分钟即可完成任务接收与初步核查反馈,大幅提升工作效率。同时要建立成果更新机制,无人机巡飞数据解译完成后24小时内,终端数据同步更新,支持离线下载功能以适配乡村网络不佳的场景。此外,需定期组织基层人员培训,讲解终端操作流程和成果解读方法,确保监测成果真正转化为管理效能。

三、无人机测绘结合GIS的乡村土地利用动态检测的技术效益

(一)提升土地管理精度

无人机测绘与GIS的技术融合,为乡村土地管理带来了从“粗放模糊”到“精准可控”的质变,能够通过空间信息的精准捕捉,填补传统管理中的细节漏洞。传统乡村土地管理常因地块边界模糊、权属记录不清引发纠纷,而无人机获取的高清影像经GIS空间建模后,能清晰呈现每块土地的边界轮廓、利用状态及权属关联信息,让管理工作有迹可循、有据可依。基层土地管理员借助这套技术,可快速核实土地流转中的实际面积,精准识别未批先建、耕地撂荒等违规行为,避免以往“凭经验判断”的误差。

(二)助力乡村规划科学

在乡村振兴战略推进中,无人机与GIS技术为规划工作提供了“全域视角+动态更新”的支撑,让规划从“纸上谈兵”转向“落地可行”,更贴合乡村发展的实际需求。乡村规划涉及耕地保护、产业布局、基础设施建设等多重维度,传统规划常因数据滞后、视角局限导致与实际脱节,而无人机可定期更新乡村全域影像,GIS则将这些影像与人口、产业、地形等数据融合,构建起动态更新的规划基底。规划师基于这套数据体系,能精准判断哪些区域适合发展特色种植、哪些地段适合建设公共设施,避免盲目规划造成的资源浪费。

(三)强化生态保护效能

乡村生态保护的难点在于范围广、隐蔽性强,无人机与GIS技术通过“立体监测+动态追踪”,让生态保护从“被动应对”转为“主动防控”,提升对生态风险的识别和处置能力。乡村生态系统涵盖山林、水体、耕地等多种类型,非法采砂、乱砍滥伐、违规排污等行为往往发生在偏远区域,难以被及时发现。无人机可搭载多光谱传感器,穿透部分植被遮挡捕捉生态异常信号,GIS则将监测数据与生态红线、自然保护区等数据叠加,形成生态保护动态监测网络,一旦出现违规行为能快速定位并追踪变化。例如贵州省黔东南苗族侗族自治州利用该技术开展乡村生态保护监测,成功发现并制止了多起在河流沿岸的非法采砂行为,让乡村的绿水青山得到更坚实的守护,实现了生态保护与可持续发展的良性互动。

(四)保障惠农政策落地

惠农政策的生命力在于精准落地,无人机与GIS技术通过“客观核实+精准匹配”,有效避免了政策执行中的“缩水”和“跑偏”,其效益体现为让惠农资源真正流向需要的群体,提升政策的公信力和获得感。乡村惠农政策如耕地保护补贴、高标准农田建设补助等,都需要以准确的土地信息为依据,传统人工核实方式不仅效率低,还可能出现虚报冒领等问题。借助无人机测绘和GIS技术,相关部门可快速核实政策受益对象的土地面积、利用状况,确保补贴发放精准无误,同时对政策实施效果进行动态追踪为惠农政策的高效执行提供了技术保障。

结束语:

将无人机测绘与GIS技术应用于乡村土地监测,改变了传统的数据获取方式,能够更清晰地看到每一块土地的利用状况,为各项决策提供了更为扎实的依据随着技术的不断成熟和应用的深入,这种监测方式将在乡村规划、生态保护和政策落实等多个方面发挥越来越重要的作用。

参考文献:

[1]陈秀媛.测绘地理信息技术在乡村建设中的应用分析[J].低碳世界,2025,15(08):49-51.

[2]刘瑛,钱元弟,黄金坤,李军,曹锦绣.UAV+BIM技术协同应用于乡村建筑设计的研究[J].城市建筑,2025,22(10):141-148.

[3]尤仁婷,陈丽竹,曹志芳,罗代季.基于乡村振兴背景下无人机测绘技术在古村落数字化保护的应用——以东莞市石排镇塘尾村为例[J].农业灾害研究,2024,14(10):79-81.

[4]赵军,胡振发.无人机快速测量技术在乡村振兴建设中的应用[J].测绘与空间地理信息,2024,47(09):201-203.

[5]尹梁波.无人机测绘技术在乡村振兴土地优化中的应用研究[J].自动化应用,2022,(12):115-117+121.


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