無人機傾斜攝影測量技術在區(qū)域土地利用動態(tài)監(jiān)管中的應用

段德聲 鐘非非

土地是人們生產(chǎn)生活過程中的重要保障，一個城市土地利用情況與該城市的經(jīng)濟發(fā)展有著直接的聯(lián)系。因此，利用高精度無人機傾斜攝影測量技術來對區(qū)域土地利用情況進行動態(tài)監(jiān)管是十分必要的。該技術的靈活度較高，時效性較強，在整個土地利用動態(tài)監(jiān)管中起到了良好的作用。

1 無人機傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢

無人機傾斜攝影測量技術是以無人駕駛飛機為平臺，搭載多鏡頭像機，以多角度的方式來對地面影像進行采集，以此來克服傳統(tǒng)航空攝影技術的局限性，相對正射影像，傾斜影像獲取地面物體更為完整準確。以往的影像數(shù)據(jù)多數(shù)只能夠現(xiàn)實出地物頂部相應的特征，并不能夠詳細反應出地物側面的具體信息，這樣并不利于構建模型和場景感知。

本文以某區(qū)域為例，該區(qū)域的面積約為5km2，且在不斷進行舊城區(qū)的改造，改造速度和頻率越來越快，但與此同時，非法占有和破壞周邊農(nóng)田的行為也較為突出。如果采用傳統(tǒng)的調(diào)查方式來進行監(jiān)測和管理，那么不僅浪費時間，同時也影響監(jiān)管效率。而采用無人機傾斜攝影測量技術，則可以以其較多的優(yōu)勢來提高動態(tài)監(jiān)管的效率，對開發(fā)前后土地的利用情況來進行對比和記錄，展開實時監(jiān)測。

（1）反映監(jiān)測區(qū)周邊真實情況。與正攝影像相比較，無人機傾斜攝影測量能夠提供多角度觀察，彌補正攝影像的不足，更加真實、全面地反映出災害體的具體情況。

（2）傾斜攝影測量可以進行單張影像測量。通過影像處理軟件，可以直接通過影像來計算出長度、高度、面積、體積以及坡度等方面的數(shù)據(jù)，在一定程度上拓展了傾斜攝影的應用范圍。

（3）數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡發(fā)布。傾斜攝影測量技術在測量的過程中會產(chǎn)生較小量的數(shù)據(jù)，比三維GIS技術產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量要小很多，且這些數(shù)據(jù)可以快速在網(wǎng)絡上發(fā)布，實現(xiàn)信息共享。

（4）生成的三維場景不同于傳統(tǒng)技術僅僅依靠高程生成的缺少側面信息的2.5維模型，軟件可以生成高密度接近真實場景的點運，在此基礎上，生成多個不規(guī)則的三角網(wǎng)，同時可以在其真實影像紋理的基礎之上形成較高分辨率的實景三維模型，對真實場景在原始影像分辨率下的全要素級別的還原無限接近。

由此可見，在區(qū)域土地調(diào)查過程中，使用無人機傾斜攝影測量技術能夠對土地利用情況進行靈活測量，實時監(jiān)測。

2 無人機傾斜攝影測量技術在區(qū)域土地利用動態(tài)監(jiān)管中的應用

2.1 相關參數(shù)

此次實驗選用P550六旋翼無人機搭載微型傾斜相機HC5010（如圖1）來獲取前、后、左、右以及垂直方向的圖像。

圖1 華測微型傾斜相機

無人機及搭載數(shù)碼相機的相關參數(shù)如下：①飛行高度300m；②相機焦距10.4mm；③像元尺寸2.8μm；④航向與旁向重疊度均為75%。

2.2 傾斜攝影數(shù)據(jù)處理

在得到其原始影像、得到POS數(shù)據(jù)之后，要先進行三維重建，才能得到三維場景數(shù)據(jù)，才能對數(shù)據(jù)進行后期的加工和利用。本方案中，選取的三維重建工具為ContextCapture，通過多視影像聯(lián)合平差、多視影像密集匹配以及真正射糾正，最終獲得三維成果數(shù)據(jù)。

三維重建之后，獲取到三維場景，還無法對單個模型進行屬性的編輯，也不能對其進行空間分析和利用。需要通過專業(yè)的工具對三維場景進行單體化和修飾，使其具有更廣闊的應用方向。其主要流程如圖2。

圖2 建模流程圖

基于無人機傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢，其在城市土地利用動態(tài)監(jiān)管中有著如下應用途徑：

2.2.1 通過無人機傾斜攝影測量獲取土地數(shù)據(jù)

（1）獲取自然概況。在城市土地利用動態(tài)監(jiān)測的過程中，可以通過無人機傾斜攝影測量技術來獲取該城市的自然概況，包括土地的東西長、南北寬、稱取土地總面積、土壤類型（包括圖類、亞類、土屬、土種等）、土壤分布情況、地勢情況、海拔高度、風蝕沙化情況等，獲得該城市的土地所有自然概況，為后續(xù)的動態(tài)管理奠定良好基礎。

（2）獲取氣候和經(jīng)濟發(fā)展概況。通過無人機傾斜攝影來獲取城市的氣候概況，包括城市當?shù)貙儆谀姆N氣候類型、降水情況、日照情況等。同時，還要對城市的社會經(jīng)濟條件進行全面的勘測，包括能源的分布情況、交通運輸情況、基礎設施建設情況、生態(tài)建設情況等，對土地的利用現(xiàn)狀進行全面胡啊、動態(tài)化的監(jiān)測，保證數(shù)據(jù)的準確性。

（3）合理獲取土地數(shù)據(jù)。在無人機展開傾斜攝影測量航拍的過程中，應當要根據(jù)測量得到的地理位置來計算出航拍作業(yè)期間的太陽高度角，并根據(jù)計算所得的結果來安排最佳航拍測量時間，以便獲得高質(zhì)量的影像質(zhì)量。比如：當所測城市的建筑物較為密集的時候，可以在正午前后一小時以內(nèi)進行航拍，并采用云下攝影；而對于一些反差較小的區(qū)域，需要避免正午前后一小時的時間段內(nèi)拍攝。

2.2.2 無人機傾斜攝影測量在內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作中的應用

無人機傾斜攝影包括垂直攝影和傾斜攝影，分別用于制作DEM和獲取地物側面紋理影像。通過數(shù)據(jù)處理軟件來對影像進行預處理，包括調(diào)色處理、糾偏處理、鑲嵌處理、融合處理等，在得到其原始影像、得到POS數(shù)據(jù)之后，要先進行三維重建，通過專業(yè)的工具對三維場景進行單體化和修飾，得到高效率、高精度的精細三維模型建模成果，為土地利用動態(tài)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持。

外業(yè)測量工作主要包括外業(yè)的控制測量、野外攝影測量以及外業(yè)調(diào)繪。①外業(yè)控制測量。該方面的內(nèi)容是根據(jù)高級控制低級的原則，通過全站儀、GPS、水準儀等進行高程控制測量，測量出像片控制點的平面坐標以及高程坐標。其中，平面控制網(wǎng)的布置需要采用城市坐標系，合理布置控制點的數(shù)量，并嚴格抱我控制點點位中誤差，通常在±5cm的范圍內(nèi)；而高程控制網(wǎng)需要采用國家高程基準（如：1985國家高程基準），并將控制點選擇在交通便利、視野較為開闊、基礎較為牢固且便于聯(lián)測的地帶，并保證四等水準測量以及觀測技術能夠按照相關要求和技術指標而展開相應的執(zhí)行工作。②野外攝影測量。野外攝影測量是通過無人機及傾斜攝影技術，按照既定的飛行路線來進行航拍，得到分辨率較高的影像資料，將城市土地利用情況全面拍攝，形成影像資料以供相關管理人員監(jiān)管和參考。③外業(yè)調(diào)繪。從性質(zhì)上來講，外業(yè)調(diào)繪實際上是內(nèi)業(yè)測圖的基礎和前提，該方式是指通過實地補飛補測的方式來確定地貌的真實情況，對航片沒有拍攝完整的地貌、地物進行補充，并調(diào)查和統(tǒng)計像片地物所對應的地理名稱，使攝影所得到的地形圖更加標準和精確，促進基于實際情況的全面化土地利用動態(tài)監(jiān)管。

3 結束語

綜上所述，隨著人們對土地資源的開發(fā)和利用，國土管理部門對土地的動態(tài)管理工作也顯得尤為重要。在這樣的基礎之上，無人機傾斜攝影測量技術為國土管理部門提供了極大方便。該技術不僅能夠通過較短的時間來獲得精準度較高的土地利用數(shù)據(jù)，同時也能夠對土地進行動態(tài)監(jiān)測，方便國土管理部門獲得最新、最準的土地利用數(shù)據(jù)。無人機傾斜攝影技術雖然能夠對采集到的影像進行自動化處理，但是處理的過程中對事件和計算機軟件硬件的要求較高，因此，有必要加強數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)、災害快速分析解譯技術等方面的研究，有效提高該方式的實效性，促進無人機傾斜攝影測量技術在區(qū)域土地利用動態(tài)監(jiān)管中甚至是其他領域中的應用。