低空無人機航空攝影測量技術在土地整治項目規(guī)劃設計階段的運用

吳 濤

(重慶欣榮土地房屋勘測技術研究所，重慶 400020)

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低空無人機航空攝影測量技術在土地整治項目規(guī)劃設計階段的運用

吳 濤

(重慶欣榮土地房屋勘測技術研究所，重慶 400020)

低空無人機航空攝影測量技術是現代新型應用測繪技術，該技術的運用將有助于提高土地整治項目規(guī)劃設計工作的開展。該研究主要闡述了低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)的組成及特點，介紹了低空無人機航空攝影測量作業(yè)流程及測繪成果在土地整治項目規(guī)劃設計階段的運用，比較了相對于傳統(tǒng)野外實測地形圖，低空無人機航空攝影測量技術運用的優(yōu)勢。

低空無人機；航空攝影測量技術；土地整治；規(guī)劃設計

實施土地整治項目，有利于推進新農村建設和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展，確保耕地總量動態(tài)平衡和耕地占補平衡，有利于促進“三農”問題的解決，實現土地資源優(yōu)化配置，對改善農村生產生活條件和農村生態(tài)環(huán)境等，都具有十分重要的作用[1]。土地整治規(guī)劃設計是根據項目區(qū)的自然、社會和經濟等因素，以及當地農業(yè)生產條件和群眾生產、生活需求開展進行的活動過程，也是為土地整治項目的建設提供有技術依據的設計文件和圖紙的整個活動過程。由于土地整治是一項綜合性的復雜性系統(tǒng)工程，項目實施規(guī)模大，涉及面廣，時效性強，因此，科學、合理的項目規(guī)劃設計將直接影響土地整治項目的成效。從當前情況來看，土地整治項目中的設計變更比較普遍，主要是規(guī)劃設計工程布設情況與現場不符合。這是由于項目涉及區(qū)域太大，設計人員踏勘不仔細造成。但也有一種不能忽視的原因，項目區(qū)傳統(tǒng)實測地形圖，即規(guī)劃設計的前期測繪成果，由于其質量較差、精度較低，一些區(qū)域的路、溝、渠等農業(yè)基礎設施和地形地貌與實際情況不符，從而導致了規(guī)劃的工程無法實施，或者開展設計變更。

針對傳統(tǒng)實測地形圖對土地整治項目規(guī)劃設計的影響，根據渝國土房管發(fā)[2013]113號文件，從2013年底起，重慶市市級投資土地整治項目將采用低空無人機航空攝影測量技術。這將避免傳統(tǒng)野外實測地形圖對土地整治規(guī)劃設計的人為影響，有力地利用現代測繪技術提高對土地整治項目的服務能力。

1 低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)的組成及特點

1.1 低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)的組成低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)以無人機為飛行平臺，搭載高檔民用相機，基于地面控制系統(tǒng)實施航跡規(guī)劃、監(jiān)控，借助飛行控制系統(tǒng)實現高分辨率遙感影像的自動拍攝，從而快速獲取目標區(qū)域基礎地理信息數據[2]。它一般由飛行控制系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、航拍系統(tǒng)、數據處理軟件等4部分組成[3]。

飛行控制系統(tǒng)是無人機遙感系統(tǒng)的飛行控制核心。該系統(tǒng)通過GPS等導航定位信號，解算無人機的位置、速度、高度等信息，接受地面發(fā)射的控制信息，進而對無人機進行全面自動控制，按照預定航線進行自動飛行。

地面站控制系統(tǒng)在無人機飛行前要規(guī)劃好任務航線，同時在飛行過程中地面站控制軟件可以實時顯示飛行區(qū)域的電子地圖、航跡、飛行參數、飛行姿態(tài)等信息。同時，根據實際情況，地面控制人也可以通過控制系統(tǒng)修改航路點和目標航向，監(jiān)視飛行狀態(tài)。

航拍系統(tǒng)可以根據實際使用的需要，搭載如單反數碼相機、數值航攝儀等航拍系統(tǒng)，滿足不同類型、精度的航拍要求。

數據處理軟件系統(tǒng)是通過影像處理軟件進行航片的拼接及坐標高程信息的定義以及DOM(高分辨率全范圍數字正射影像圖)、DEM(數字地面模型)的制作。

1.2 低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)特點低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)是集成了高空拍攝、遙控、遙感以及航空攝影測量的新型應用測繪技術，目前廣泛用于國土、交通、規(guī)劃、防災減災等領域，它具有如下特點：①便利性。低空無人機航空攝影測量系統(tǒng)集成度較高，單體體積較小，一般的車輛能夠實現運輸、轉移，更重要的是無人機的起降、收回對場地要求較低，一般能通過公路、平壩等實現無人機的滑起、滑降等操作，甚至一些旋翼機僅僅通過較小的平整場地即可開展工作。②低成本性。土地整治項目涉及范圍廣，特別是在重慶這樣的地形地貌以丘陵、山地為主，坡地面積較大的情況下，利用無人機航攝測量能節(jié)約大量的人力、物力和財力，同時該系統(tǒng)的運行、維護成本也較低。③功能多樣性。低空無人機能為如攝像系統(tǒng)、熱成像儀、氣象傳感器等提供了良好的搭載平臺，不但可以開展土地整治項目區(qū)測量，也可以土地利用動態(tài)監(jiān)測，體現其功能多樣性。此外，低空無人機航空攝影測量能獲取高重疊度影像和飛行受天氣影響小等優(yōu)點[4]。

2 低空無人機航空攝影測量技術在土地整治規(guī)劃設計階段的運用

2.1 重慶市土地整治項目低空無人機航空攝影測量技術要求重慶市土地整治項目對低空無人機航空攝影測量技術主要要求：①坐標系統(tǒng)。平面采用1980西安坐標系，高程采用1985年國家高程基準。②正射影像分辨率與成圖比例尺。地面分辨率為0.20 m，成圖比例尺為1∶2 000。③電子成果及要求。完成1∶10 000最新變更土地利用現狀圖及臺賬；完成1∶2 000標準分幅與全范圍數字正射影像圖(DOM)，格式為Tiff文件；以及根據規(guī)劃設計的實際需求，對重點工程和土地平整區(qū)測繪1∶500或1∶200地形圖等。

2.2 低空無人機航空攝影測量作業(yè)流程低空無人機航空攝影測量作業(yè)流程如下：①前期工作階段。收集項目區(qū)地形圖和土地利用現狀圖等相關資料，檢查相關儀器、設備，為開展低空無人機航空攝影測量做好各項前期準備工作。②踏勘測區(qū)階段。對測區(qū)進行踏勘，通過相關資料了解測區(qū)大致地形情況，確定測區(qū)的大概范圍線，做好測量區(qū)域的設置。布設好項目區(qū)內的像控點，做好場地的選址工作，規(guī)劃好飛行航線，尤其避開航空攝影測量范圍內建筑物、樹林、高低壓線等較高地物。③外業(yè)航空攝影測量階段。通過無人飛行平臺搭載攝像系統(tǒng)，按照相關要求利用無人機飛行實施低空航空攝影測量工作。由GPS領航數據計算相對飛行高度進行航攝獲取測區(qū)影像資料。航空攝影測量成果資料要求圖片清晰、層次豐富，色彩均勻，色差適中，飽和度良好，能夠表達測區(qū)真實的地物信息。④內業(yè)數據處理階段。利用PhotoScan等圖形處理軟件對外業(yè)航空攝影測量的影像成果進行處理、拼接。在完整的影像上找到布設的像控點，利用外業(yè)測量的像控點的坐標、高程值對圖形進行幾何糾正、電算加密和立體測圖、圖件修飾[5]，最后輸出1∶2 000正射影像圖。同時，在完成項目區(qū)土地利用調查工作的基礎上，完成項目區(qū)土地利用現狀圖編制和項目區(qū)內面積臺帳匯總等相關工作，為土地整治規(guī)劃設計提供前期成果。

2.3 低空無人機航空攝影測量技術在土地整治規(guī)劃設計中的運用低空無人機航空攝影測量技術運用到土地整治項目中將會極大提高土地整治項目的前期測繪的效率和質量，這將有助于項目規(guī)劃設計工作的開展，從而提高土地整治項目規(guī)劃設計的整體質量。

通過無人機航空攝影，規(guī)劃設計人員將得到項目區(qū)的高分辨率全范圍數字正射影像圖。該圖是對項目區(qū)內的地表、地物之間相互關系和分布狀況的實時體現，項目區(qū)內的地形地貌和道路、河流、房屋等現狀物在圖上一一反映。規(guī)劃設計人員在開展項目區(qū)工程布局規(guī)劃設計踏勘時，首先，通過項目區(qū)正射影像圖，了解項目區(qū)的范圍情況，統(tǒng)計項目區(qū)已有的基礎設施工程的布設情況，熟悉項目區(qū)的主要的水文、交通、居民點等坐落情況，即全面掌握項目區(qū)的現狀情況。其次，根據相應的規(guī)范要求和群眾意見，結合正射影像圖反映的實際項目區(qū)內情況，科學、合理、均衡地初步布設完成項目工程。再次，根據初步布設的工程項目，再實地踏勘、論證工程布設的可行性，確保最終規(guī)劃的工程是否具備實施條件。最后，在此基礎上，可以利用DOM、DEM等成果，提高項目工程布局規(guī)劃的精細度和計算工程量的正確度，編制完成項目規(guī)劃圖、工程布置圖、項目單體工程設計圖冊和編制預算等成果。

3 低空無人機航空攝影測量技術在土地整治規(guī)劃設計中的優(yōu)勢

3.1 高效性一般而言，在重慶以丘陵、山區(qū)為主的地形條件下，項目區(qū)1∶2 000傳統(tǒng)實測地形圖，完成1 km2外業(yè)測量需要1個工作組(2人)3～4天時間，完成該地形圖的內業(yè)處理也需要好幾天時間。而通過低空無人機航空攝影測量技術，完成1 km2外業(yè)測量需要1個工作組(2人)僅僅需要半小時，完成該地形圖的內業(yè)處理也僅需幾小時。同時該技術幾乎不受地形影響，可進入各種復雜地域自由拍攝，大大提高了工作效率，由于土地整治項目的具有時效性，往往時間要求較短，前期測量的時間縮短，也為項目的規(guī)劃設計階段節(jié)約了大量時間，確保規(guī)劃設計工作的質量。

3.2 直觀性相對于項目區(qū)傳統(tǒng)實測地形的成果，利用低空無人機航空攝影測量技術取得的前期測繪成果是項目區(qū)全范圍數字正射影像圖。該圖直觀性強，項目區(qū)群眾易分辨和識別區(qū)域內相應地理位置的各類信息要素。因此，在項目區(qū)正射影像圖標注的土地整治項目工程布局，在項目規(guī)劃設計踏勘和初步設計成果征詢群眾意見時，項目區(qū)群眾能有效識別工程布置的類型和坐落區(qū)域，大大增強了項目區(qū)群眾對土地整治項目的認識，提高了群眾對土地整治項目的參與度。項目區(qū)正射影像圖，是對項目區(qū)區(qū)域的完全反映，避免了重要地理要素的遺漏，規(guī)劃設計人員能正確識別、判斷出項目區(qū)內已有工程的數量、類型，真正做到工程規(guī)劃布設“有的放矢”，提高了規(guī)劃設計的科學性，確保土地整治項目能全面提高全項目區(qū)內土地生產力。此外，可以利用已有的控制資料和無人機影像制作各項目區(qū)的DEM，進一步制作各項目區(qū)的三維景觀圖，實現對項目區(qū)的三維瀏覽[6]。

3.3 全面性一般而言，傳統(tǒng)的土地整治項目的規(guī)劃設計使用的前期測繪資料成果，即原始地形數據圖，主要是通過野外實測地形數據。野外實測地形數據對于規(guī)劃設計最重要的是如何高速、準確、有效地獲取項目區(qū)以溝、路、渠等農業(yè)基礎設施為重點的各類地形、地物等原始數據。由于土地整治項目區(qū)范圍大，特別是重慶區(qū)域內，地形復雜，傳統(tǒng)的野外實測數據往往不能面面俱到，一些重要的溝、渠、路等線性要素存在漏繪的現象，導致一些工程布設不合理，項目規(guī)劃無法實施，特別是一些整修已有的基礎工程，由于測繪成果沒有反映，一旦規(guī)劃設計人員踏勘不仔細，這類工程將無法整修。同時，項目區(qū)地形高程出現一些偏差，將造成土地挖填方量較大，嚴重影響工程預算的編制。通過低空無人機航空攝影測量技術得到的項目區(qū)正射影像圖，并在此基礎上開展的規(guī)劃設計工作，由于正射影像圖現實性強、精度高、數據準確，將完全避免項目區(qū)內一些基礎設施工程的漏繪，確保全面地反映項目區(qū)地形、地貌、地物，從而有助于對土地整治項目的規(guī)劃設計。同時，借助于現有的相關軟件，直接產生項目區(qū)的大比例尺等高線地形圖和地形三維坐標數據，能為土地平整工程土方量計算及合理調配提供原始地形數據。

4 結語

土地整治項目是一個系統(tǒng)性工程，規(guī)劃設計階段是這個系統(tǒng)性工程重要的組成部分，而項目區(qū)內前期測繪成果將對規(guī)劃設計階段產生重要的影響。針對目前傳統(tǒng)野外實測地形圖存在的一些問題，采用低空無人機航空攝影測量技術進行測繪，由于其低成本、高效、全面反映等特點將有助于提高土地整治項目規(guī)劃設計的科學性、合理性和可行性。這也是未來土地整治前期測繪的發(fā)展方向。

但是，低空無人機航空攝影測量技術也有其自身的局限性，天氣情況、地面植被覆蓋等因素會干擾無人機航攝，造成對路、溝、渠等線狀物在測量成果上的辨識困難。此外，航片成果由于缺少高程點信息，不能直接判斷局部地形起伏，增加工程布設準確度，缺少線狀地物規(guī)格、材質信息，區(qū)域小地名等，也增加了現場踏勘工作量。未來，通過低空無人機航攝系統(tǒng)和傳統(tǒng)野外有重點的實測補調，使現代化測繪技術與土地整治工作相結合，將取得顯著效果。

[1] 劉翠豐,董秀茹,王秋兵.遼寧省土地整理的特點、存在問題及對策[J].沈陽農業(yè)大學學報：社會科學版，2009，11(3)：273-276.

[2] 王峰，吳云東．無人機遙感平臺技術研究與應用[J]．遙感信息，2010(2)：114-118.

[3] 張文博．無人機航測技術在土地綜合整治中的應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2013.

[4] 吳正鵬，王琳，奚歌.無人機低空遙感系統(tǒng)在土地復墾中的應用[J]．城市勘測，2013(6)：82-84.

[5] 申海建，郭中榮，黃小波，等.微型無人機(MUAV)航空攝影測量技術在土地整理項目規(guī)劃設計中的應用[C]//2007年中國土地學會學術年會論文集.中國土地學會，2007：977-980.

[6] 任向紅.微型無人機航空攝影測量技術在寧夏土地整治中的應用——以寧夏中北部土地開發(fā)整理重大工程項目為例[J]．測繪與空間地理信息，2013(9)：168-169.

Application of Low-Altitude UAV Aerial Photogrammetry Technique in Land Consolidation Project Planning and Design Stage

WU Tao

(Chongqing Xinrong Land Housing Survey Research Institute, Chongqing 400020)

The low-altitude UAV aerial photogrammetry technique is new type modern mapping technology, the use of this technology will help to improve the implementation of land consolidation project planning and design work. The composition and characteristics of the low-altitude UAV aerial photogrammetry system were elaborated, application of low-altitude UAV aerial photography measurement processes and mapping results in land consolidation project planning and design stage, and advantages compared with the traditional field survey topographic maps were introduced.

Low-altitude unmanned aerial vehicles; Aerial photogrammetry technology; Land consolidation; Planning and design

吳濤(1980- )，男，四川達州人，工程師，碩士，從事國土整治項目研究。

2014-11-28

S 28

A

0517-6611(2015)02-295-02