無人機航攝技術在土地整治項目中的應用

韓周炳 何龍飛

江西省地礦測繪院，江西南昌 330030

土地整治是指對低效利用的耕地、不合理利用、未利用以及生產建設活動和自然災害損毀的土地進行整治，以提高土地利用效率的活動。而在土地整治項目活動中，自項目的立項、可行性研究、工程測量、規劃設計、項目經費預算、項目施工、進度監控以及竣工驗收等均可使用無人機航攝的高分辨率的正射影像圖。該圖具有現實性強、精度高等優勢，是近年來新興且不失機動性、靈活性，并可以較大幅度縮短工期又節約成本的一項新技術。

1 項目概況

廣西浦北縣石埇鎮油灘村等2個村土地整治項目位于東經109°31′～109°34′，北緯21°54′～21°57′之間，屬于丘陵地貌，地形復雜多樣，農作物主要以種植甘蔗為主。項目區面積為5.92km2，作業時間正值甘蔗茂盛季節，給常規地形圖測量繪帶來一定的困難。根據 《廣西壯族自治區土地整治項目工程測量技術規定》 的要求，坐標系統：平面采用1980西安坐標系，高程采用1985國家高程基準，成圖比例尺為1∶1000的主要技術要求。根據項目情況和技術要求，我院通過現場踏勘決定采用了無人機航攝技術先獲取高清正射影像圖，通過正射影像圖同時滿足土地整治項目的地形圖測量和規劃設計等工作，現將無人機航攝技術及正射影像圖成果在土地整治活動中的應用進行分析探討。

2 無人機航攝技術的優勢

2.1 無人機的特點

無人機是通過無線電遙控設備或機載計算機程序控系統進行操控的不載人的固定翼或旋轉翼飛行器，是繼衛星遙感、大飛機遙感之后新興起來的一項新型航空遙感技術，它的特點主要體現在以下幾方面[1]：

2.1.1 運輸方便

無人機的機翼與機身采用的分體式結構，安裝快捷，拆卸靈活，只需裝載于一般運輸車輛中，方便在各地各項目之間轉運。

2.1.2 操作便捷

可采用滑跑及彈射起飛，降落受場地限制較小，在樓頂、公路或草地等開闊區域均可起降，無需租用機場起降和協調等一系列繁瑣工作。

2.1.3 可以獲取高精度正射影像圖

能夠拍攝出大比例尺高分辨率的正射影像圖，能夠清晰直觀地反應土地整治項目區域的田埂、道路、溝渠等地形地貌。

2.1.4 工作效率高

無人機航攝相比大飛機而言，對天氣的要求相對較低，能低空作業和云下攝影，尤其是發生突發事件時，能夠優于有人駕駛飛機不宜執行的工作任務。

2.1.5 低成本

由于無人機設備的軟硬件相對簡單、維護和使用成本較低。

2.2 主要做法

2.2.1 外業航攝

首先，將土地整治項目區范圍線的矩形四角坐標；其次，進行進行野外踏勘，選定無人機起降場地和起降方式，了解是否有變壓器、高壓線等影響無人機起降和飛行的客觀因素存在；然后，在航線設計時，根據當時風向和地勢走向因地制宜，確定飛行軌跡和飛行高度；最后，將設計好的航線計劃導入控制器進行現場試飛，為了保證數據質量確保試飛過程符合設計航線是方可進行無人機航空攝影獲取數碼相片。

2.2.2 像控點測量

以全野外布點的方式，采用GXCORS網絡連續運行衛星定位系統測量方法進行外業像控點測量，像控點相對于鄰近平面控制點的平面位置中誤差不超過地物平面位置中誤差的1/5，高程相對于鄰近高程控制點的高程中誤差不超過基本等高距的1/10。

2.2.3 內業數據處理和DOM、DEM制作

根據外業測得像控點依次進行數據預處理影像糾偏消除影像的變形粗差、空三加密、自動匹配提取DSM （數字表面模型），采用內業處理軟件對航攝像片進行影像重采樣，糾正影像因地面起伏、飛機傾斜等因素引起的失真，從而得到單張像片的正射影像。經過濾波和人工編輯處理之后生產DEM （數字高程模型），然后對影像進行鑲嵌勻色處理，拼接成一幅完整的正射影像圖。最后，按50cm×50cm輸出1∶1000比例尺的分幅，成果為非壓縮、真彩色TIFF格式存儲的影像數據 （*.tif），地面分辨率為0.1m，與相鄰影像接邊誤差不大于2個像元。

3 正射影像圖在土地整治活動中的作用

3.1 扎實開展實地踏勘

在土地整治項目在實地踏勘收集鄉鎮、村委、和群眾意見時具有形象、直觀、真實的特點從而使得非專業人員也能一目了然，便于各抒己見地發表對本次土地整治項目區的建意，集中商議項目實施計劃。為了方便判讀和距離估算等工作，實地調查的DOM底圖比例尺以大于1∶2000為宜，測量和設計人員應在外業修補測前磋商好重點測量對象、輔助測量對象。并明確測繪要求和測繪標準[2]。

3.2 嚴格執行技術規范扎實開展測量和規劃設計

為保證測量地形圖的數學精度在測量時要嚴格按照 《廣西壯族自治區土地整治項目工程測量技術規定》 的要求進行測量，首先將數字正射影像圖進行內業矢量化DLG （數字線劃圖），以數字正射影像圖為主要數據源，采集地物信息。然后根據設計規劃和現場踏勘資料，針對土地平整區域進行地形圖修補測，對于需要修建改建的溝渠和道路進行工程測量，對于如魚塘、河流、攔水壩、灌溉溝渠和排水溝等要進行進行重點測量。為后續設計、施工等工作盈余更充裕的時間，對于不涉及整理區域可以不進行外業測量。規劃設計工作要嚴格按照有關技術規范依據，進行工程布局，當初步設計方案形成后，將設計規劃圖采用不同的顏色套入到正射影像圖中，再次到項目區征求業主、鄉鎮、村委和群眾的意見，并讓各方參與代表在公示結果欄簽章，據此編制的規劃設計成果進行評審驗收。

4 優缺點的分析

4.1 縮短工期

在前期地形圖測量階段大大地縮短了工期，大幅度提升了工作效率。從所需的時間上來分析，當與常規測量的相比較下（ 假設作業人員為6人時），采用常規方法至少需要50d來完成該項目1∶1000的地形圖測量。而采用無人機航攝影技術，從航攝、像控測量、內業數據處理、實地踏勘、DLG（ 數字線劃圖） 矢量化成圖、外業地形圖修補測、成果整理檢查提交用時僅花32d。使工作進度提高了35%。當正射影像圖輸出之后設計人員可以第一時間先實地踏勘征求群眾意見、初步設計等，待地形圖輸出之后再編制詳細的規劃設計方案，故也大大地縮短了規劃設計耗時為后續工作贏得更充足的時間。

4.2 提高測量和規劃成果質量

地形圖測量是土地整治活動的前期階段，所謂的前期階段，是規劃設計中的所有工作都需要建立在測量成果之上。當正射影像圖成果輸出之后，首先，是進行內業DLG（ 數字線劃圖）矢量化成圖；然后將初步形成的地形圖按1∶1000比例尺打印輸出；其次，測量工作人員拿著紙質地形圖及結合踏勘收集鄉鎮、村委、和群眾規劃整治意向進行外業核查糾錯，并進行田埂、田坎、水溝、道路、管線、涵洞等地形地貌進行修補測[3]。對于需要平整或修建灌、排水渠以及田間道路的重點區域進行針對性的工程測量。正射影像圖加載了高程模型，設計人員能夠從正射影像圖上獲取更加真實準確的數據信息，將規劃內容更加形象直觀地通過具有特定含義的線條、符號和顏色在平面圖上展示出來，從而提升規劃質量，便于公眾對規劃設計成果的認識和評價。

4.3 節約測量成本

采用無人機攝影技術之后測量工作首先是通過正射影像圖進行矢量化，然后外業對溝渠、道路等地形地貌以及高程進行修補測工作，使得外業測量時間減少約40%～50%，從而大大節約了外業測量工作的成本。

4.4 存在的問題及建議

由于無人機體積較小在飛行過程中容易受到橫風的影響，在飛行時較容易出現俯沖和橫滾角度過大、數碼航片數量較多、影像之間存在不同程度的變形等缺點；在相比大飛機航攝需要較多的像控點來糾正影像或結合實測線狀地物及高程點進行二次影像校正來提高影像圖的精度。

5 結語

隨著測量技術的飛速發展，無人機攝影技術的精度指標能夠滿足土地整治項目活動中測量及規劃設計的需要，筆者以項目為研究對象，總結分析無人機攝影技術在土地整治項目測量及規劃設計中應用的經驗和做法。可以利用無人機航攝的靈活機動性來幫助工作人員提高土地整治項目的準確性，同時又能縮短測量和規劃設計的作業工期，為土地整治項目起到至關重要的意義[4]。

[1] 邵金強，羅斐，張磊.無人機航測技術和其在土地整治項目中應用探討[J].科技視野，2014（1）.

[2] 段向鋒，鄧黃興，葉科峰.無人機攝影技術在土地整治項目中的應用[J].南方國土資源，2014（9）.

[3] 馮太相.土地整治項目中的地形圖測量與測繪技術分析[J].建筑學研究前沿，2017.

[4] 李海燕.低空無人機航空攝影測量在土地整治中的應用[J].基層建設，2017（3）.