无人机测绘结合高程测量测算坡地农田面积的应用

引言：

我国山地丘陵面积占国土总面积的 69% ，坡地农田是重要的农业生产资源，准确测算坡地农田面积对土地资源管理、农业补贴发放、耕地保护等有重大意义。传统的手工测量方式在坡地测量时劳动强度大、危险性高、效率低，常规的平面测量方法忽略了地形起伏，测算误差大，无人机技术和摄影测量技术的迅速发展，使无人机测绘与高程测量结合为坡地农田面积精确测算提供了一种新的技术手段。本文对无人机测绘与高程测量的技术优势进行分析，并研究其实施方法，以期为相关应用提供借鉴。

一、无人机测绘结合高程测量在坡地农田面积测算中的技术优势

（一）提升坡地农田面积测算的精度与效率

无人机测绘技术借助高分辨率相机以及GPS定位系统，可获取厘米级别影像数据，与高程测量技术相融合时，能生成高精度数字高程模型（DEM），从而准确体现坡地的起伏状况，同传统的手工测量方法相比。无人机可在短时间内完成大面积数据采集工作，测量效率提升几十倍，利用专门软件处理后，可自动生成正射影像图和三维地形模型，进而实现对坡地农田面积的精确核算。这种技术手段既改善了测量精度，又将误差控制在3%以内，且明显缩短作业时长，原先需数周完成的测量任务，现在仅需几天即可完成，为农业生产管理提供及时且精确的数据支撑。

（二）复杂地形条件下的全覆盖测量实现

坡地农田地形崎岖复杂，包含陡坡、沟壑、梯田等地貌特征，传统测量方法难以到达这些地方，容易形成测量盲区，无人机机动性能较好，灵活度高，可以在复杂地形中自由飞行，做到对整个测区的全面覆盖测量。凭借合理的航线规划以及重叠度参数设置，无人机可以得到连续完整的地形数据，免除人工测量时出现的遗漏和盲点现象，特别在坡度大，植被繁茂的山地区域。无人机从高空俯拍，冲破地面障碍物限制，可以得到清楚的地面图像，而且配合使用RTK差分定位技术，即使在信号较弱的山区也能保证定位准确度，保证测量数据的完整和可靠。

（三）降低传统测量方法的安全风险和成本

传统坡地农田测量需携带设备到现场，在陡坡、悬崖边等危险区域作业，存在较大安全隐患。无人机测绘实现“人机分离”，测量人员只需在安全区域遥控无人机即可，大幅降低作业风险，从成本来看，无人机测绘节省人力，3-4 人小组即可完成原先10 多人的工作；虽需投入设备购置成本，但长期使用下来经济性优于传统方法。同时，无人机测绘减少地面交通工具使用，燃料费和磨损费均下降，总体成本降低 40% 以上，该方法兼具高效、精准与经济性，适合大规模坡地农田测量[1]。

二、无人机测绘结合高程测量测算坡地农田面积的实施方法

（一）无人机航测数据的采集与处理流程

无人机航测数据采集是整个测量工作的基础环节，首先需进行测区踏勘，了解地形特点，确定飞行区域和高度，再根据测区大小和地形起伏程度，选择合适无人机型号及相机参数，规划航线时航向重叠度需大于 80% 、旁向重叠度需大于 60% ，以保证影像拼接效果，飞行作业需选择天气晴朗且风速小的时段，避免阴影和风力干扰影像质量。数据采集完毕后，借助专门软件执行影像预处理流程，包括畸变校正、色彩平衡、影像增强等，采用StructurefromMotion（SfM）算法进行空三加密，得到稀疏点云和密集点云，经点云滤波和分类，去除噪点和非地面点，提取地面点云数据。最后生成数字正射影像（DOM）和数字表面模型（DSM），为后续面积计算提供基础数据支撑，整个数据处理过程需重视质量控制，确保各环节数据精度符合测量要求，在数据采集时要创建起即时质量监督体系，针对影像质量，覆盖完整度等展开即刻查验，一旦出现质量问题就立刻开展补飞，从而免除返工引发的时间与金钱浪费[2]。

（二）高程点布设及地形建模技术的应用研究

高程控制点的布设关乎测量精准度，需在测区内部均匀设置地面控制点，通常每平方公里布设 4-6 个，控制点应选在地势平缓、标志明显的区域，如道路交叉处、建筑物墙角等。利用RTK-GPS或全站仪准确测定控制点三维坐标，精度要求为平面位置误差不大于5 厘米、高程误差不大于10 厘米；将控制点坐标输入数据处理软件。通过空三平差改善影像的外方位元素，利用优化后的影像数据，采用三角网格化算法构建不规则三角网（TIN），真实还原坡地地形起伏；对TIN模型进行插值，生成规则格网数字高程模型（DEM），DEM分辨率需根据实际情况确定，一般农田测量采用0.5-1 米格网间距即可。通过地形分析功能，提取坡度、坡向、等高线等地形要素，为农田地块识别和面积计算提供支持，对植被覆盖较密的坡地，可采用LiDAR技术穿透植被获取地面真实高程，或者选择植被稀疏季节开展测量，提升DEM的精度和可靠性[3]。

（三）坡地农田面积计算模型的构建与验证

坡地农田面积计算需考虑地形起伏对投影面积的影响，根据DEM数据，利用曲面积分计算真实地表面积。首先对农田地块进行边界识别和提取，可人工勾绘或通过自动识别算法实现；将地块边界与DEM数据叠加，对每个格网单元计算其倾斜面积，倾斜面积计算公式为：S_real=S_proj/cos(α)（其中S_real为真实面积，S_proj为投影面积，α为坡度角）；将所有格网单元的倾斜面积累加，得出整个地块的实际面积，选取典型地块进行实地复测，对比计算结果与实测结果的差异。经统计分析后，构建误差修正模型，对系统误差进行补偿，实践表明，该方法的面积测算精度可达 95% 以上，完全符合农业管理要求；同时需构建面积计算的质量评判体系，包括精确度指标、可靠度指标等，确保测算结果科学可信，建议打造专门的坡地农田面积计算软件模块，加上自动处理功能，削减人工干预，提升坡地农田面积的计算速度和一致性[4]。

结语

无人机测绘联合高程测量技术给坡地农田面积准确测算提供了先进可靠手段，该方法在提升测算精确度、提升作业效率、保障作业安全等方面具有明显优势。随着无人机技术、传感器技术及数据处理算法的持续发展，测算精确度和自动化水平将进一步优化，未来需重点研究复杂天气情况下的数据采集技术、多种数据融合方法、智能化边界识别算法等，推动该技术在农业资源考察、精准农业、生态环境监测等领域广泛应用，为农业现代化和乡村振兴提供有力技术支撑。未来，随着人工智能、机器学习等技术与无人机测绘的深度融合，坡地农田面积测算将向更智能化、自动化方向发展，建议相关部门加强技术标准制定，完善作业规范，推广应用培训，让更多农业工作者掌握这一先进技术。

参考文献

[1]杨旭海,牛玉芬,张兆江,等.融合无人机DEM的SBAS-InSAR矿区沉陷监测研究——以武安某矿区为例[J].地球物理学进展,2024,39(01):38-47.

[2]陈小鸿.无人机摄影测量在测算房屋建筑面积中的应用分析[J].工程机械与维修,2022,(06):47-49.

[3]张灯军,郭军.无人机在 1:1000 地形图成果质量检查中的应用与精度分析[J].测绘工程,2019,28(04):64-67.