UAV技術(shù)在山地旅游資源中的應(yīng)用探討

廉 琦 黃德倫

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪院，貴州貴陽 550018

2015年首屆國際山地旅游大會在黔西南州舉行，發(fā)展山地旅游，貴州恰恰有獨一無二的優(yōu)勢，山地丘陵占貴州省國土面積的95%，喀斯特地貌占全省國土面積的61.9%，特殊的地理環(huán)境造就了貴州省廣泛分布的地貌奇觀，還有49個少數(shù)民族在貴州聚居，大部分地區(qū)年平均氣溫15.6℃，使得貴州成為理想的山地旅游的寶地。

2016年4月19日啟動貴州省旅游資源大普查，目的是重新審視全省旅游資源，全面掌握全省旅游資源情況。

2017年國際山地旅游聯(lián)盟在黔西南州興義市成立，貴州4個村入選中國美麗休閑鄉(xiāng)村。

2018年貴州省旅游工作會議在貴陽召開，會議強調(diào)未來5年推動旅游產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。

1 在山地旅游中發(fā)現(xiàn)的問題

1.1 有無未發(fā)現(xiàn)的旅游資源

自旅游資源大普查工作開展以來，全省共組建了89支普查隊438個普查組，組織10萬余名普查員完成了全省17309個行政村（居委會）的實地普查工作，不到一年時間，全省普查工作全面完成，共普查登記旅游資源82679處，其中，新發(fā)現(xiàn)51626處，收錄各類綜合旅游資源3265個。但除了人工能夠踏勘的地方，在一些地勢險要、人跡罕至的大自然中，是否存在其他的具有很大價值的自然奇觀。

1.2 新發(fā)現(xiàn)的旅游資源是否存在開發(fā)價值

對于上面的問題，如果存在這樣的旅游資源，如何組織相關(guān)專家現(xiàn)場討論，是否可以利用無人機技術(shù)以4D產(chǎn)品的形式展現(xiàn)出來供大家參考，能否通過三維重建技術(shù)讓人身臨其境，亦或者可不可現(xiàn)場連線，將數(shù)據(jù)實時傳輸過來以備討論。

1.3 如何快速獲得新發(fā)現(xiàn)的旅游資源的位置、地質(zhì)地貌、全景情況

山地旅游資源不同于其他旅游資源，旅游區(qū)的地形地貌基本被植被覆蓋，以及有些地區(qū)可能地勢險要，如果投入大量的的人力、物力、財力要耗費大量時間，因此UAV技術(shù)是一種重要的手段，其提供的攝影測量數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可測量的影像數(shù)據(jù)，并能同時輸出DSM、DOM、DLG等數(shù)據(jù)成果，可以為規(guī)劃布局、景區(qū)管理、掌上景區(qū)等提供準確、直觀的依據(jù)。

2 UAV技術(shù)的發(fā)展

遙感技術(shù)的發(fā)展給我們提供了一種可靠手段，通過將傳感器搭載在不同平臺上，可以實時獲取動態(tài)信息，得到當前位置的影像數(shù)據(jù)，為我們做相關(guān)工作提供寶貴資料。其中低空無人機由于其起降方便、對天氣因素依賴性低、航攝周期短、系統(tǒng)維護維修成本低、可獲取高分辨率的影像等特點，在山地旅游資源方面可以發(fā)揮重要作用。

UAV技術(shù)的優(yōu)勢：

（1）無人機小巧方便，系統(tǒng)集成度高，只需要將一般的運輸車改裝即可在公路上托運，方便在各種地方開展工作；

（2）無人機起降方便，對起降場地要求小，一般有塊平整的地面即可，而且起飛方式多樣，有滑翔式、托舉式、垂直起降等；

（3）對無人機工作的狀態(tài)可實時監(jiān)控，在執(zhí)行任務(wù)之前先設(shè)置好航飛參數(shù)，然后在飛行過程中便可實時監(jiān)控，實時了解飛行軌跡等動態(tài)信息，航飛任務(wù)完成后可以現(xiàn)場進行快拼，如果影像質(zhì)量不好或者有漏拍等問題可以馬上重飛；

（4）無人機飛行高度低，而且搭載的相機像素在2000萬以上，可以獲得高分辨率的影像；

（5）飛行任務(wù)靈活，不受天氣、地形等因素的限制，無論是林地、水域、荒漠都可以開展飛行任務(wù)，獲取準確的影像數(shù)據(jù)，更高效準確地完成航拍任務(wù)，有時遇到云層較低的天氣，也可以較好的完成飛行任務(wù)；

（6）數(shù)據(jù)后處理效率高，現(xiàn)在計算機配置和更新越來越快，而且軟件都在不斷的升級中，使得原始影像的后處理的自動化程度大大提高，人工干預(yù)少，大大提高了工作效率；

（7）產(chǎn)品精度高：無人機搭載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由傳統(tǒng)的單頻到現(xiàn)在的雙頻GNSS接收機，對飛機姿態(tài)和航攝路徑進行載波觀測，大大提高了定位的精度。

（8）無人機攝影方式多樣化，其中，傾斜攝影測量技術(shù)是從1個垂直、4個傾斜5個不同的角度采集實物影像，拍攝相片時，同時記錄航高、航速、航向和旁向重疊、坐標等參數(shù)，然后對傾斜影像進行分析和整理，通過區(qū)域網(wǎng)平差計算影像的外方位元素，再利用匹配算法提取特征點云，再在大量點云的基礎(chǔ)上得到不同4D產(chǎn)品。傾斜攝影技術(shù)同傳統(tǒng)航攝相比能夠快速實現(xiàn)全自動化三維建模，反映真實的地面三維景觀，位置、高度等屬性，增強了三維數(shù)據(jù)帶來的真實感，彌補了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點。

同傳統(tǒng)無人機攝影測量比較：（1）影像獲取的方式不一樣，傳統(tǒng)的無人機攝影測量都是采用飛行平臺搭載一臺單鏡頭攝像機，拍攝地面影像，而傾斜攝影測量是在原有的基礎(chǔ)上增加了傾斜的鏡頭，這樣就增加了前后左右的傾斜視角，同時獲得了每個地面點的五張影像；（2）影像攜帶的信息不同，傳統(tǒng)的無人機影像大多得到的是地面的俯視圖，而且在有些投影差大的地區(qū)，大多都只能得到房屋的頂部和少量側(cè)面影像，而傾斜攝影測量大大改善了這種狀況；（3）得到的數(shù)據(jù)量不同，傳統(tǒng)的無人機影像航向一般要求60%的重疊度，旁向一般要求35%的重疊度，大部分生產(chǎn)的情況下，重疊度還會大一點，而傾斜攝影測量航向和旁向重疊度一般在75%以上，以此得到的影像數(shù)據(jù)量比傳統(tǒng)無人機攝影測量得到的影像數(shù)據(jù)多；（4）在數(shù)據(jù)的后處理上面，因為都是航空攝影測量，因此都遵循內(nèi)定向-相對定向-絕對定向的過程，只是傳統(tǒng)航攝中對角度的限制不再適用于傾斜攝影測量，因為傾斜攝影測量中增加了傾斜鏡頭；（5）成果的表現(xiàn)形式不同，傳統(tǒng)無人機攝影測量首先是空三成果，然后在空三成果的基礎(chǔ)上生產(chǎn)4D產(chǎn)品，而傾斜攝影測量的成果除了傳統(tǒng)的4D產(chǎn)品，還可以在空三成果的基礎(chǔ)上生產(chǎn)真三維場景和數(shù)字表面模型，帶給用戶更加真實的體驗。

傾斜攝影技術(shù)是這兩年逐漸發(fā)展的無人機領(lǐng)域的新技術(shù)，在很多方面都有重要的應(yīng)用。不同于傳統(tǒng)UAV技術(shù)在后期可以將DEM與DOM疊加得到真實地表的三維模型，而是可以直接將原始數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件的處理，使得從傳統(tǒng)的二維走向三維。在本文主要應(yīng)用在山地旅游資源中，為山地旅游的數(shù)據(jù)提供重要支撐，以及對山地旅游的規(guī)劃、管理、布局、智能提供重要的數(shù)據(jù)源。

3 UAV技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用探討

3.1 DOM

DOM是具有正射投影性質(zhì)的遙感影像，它同時具有影像特征和地圖的幾何精度，位置精度高，還有大量信息，真實直觀等優(yōu)點。在山地旅游資源中，可以不用到達現(xiàn)場就可以直觀的看到測區(qū)的實際狀況，可以分析提取有用的信息，也可以發(fā)現(xiàn)地物地貌的變化情況。

3.2 DEM/DSM

數(shù)字高程模型/數(shù)字表面模型，它包含了重要的地形、地貌等水文信息，在立體環(huán)境下，可以直觀的看到整個測區(qū)的地形、地貌特點。利用DEM數(shù)據(jù)可以提取該區(qū)域坡度、水系等地表形態(tài)信息，這些信息在山地旅游資源中可以用來綜合評判該規(guī)劃區(qū)域的適建性，另外高程信息可以用來作為道路等選線的依據(jù)，提取的地貌信息可以作為旅游資源的規(guī)劃及各種建設(shè)的參考。

3.3 DLG

既包括空間信息也包括屬性信息，是以點、線、面形式或地圖特定圖形符號形式，表達地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。DLG滿足各種空間分析需求，可隨機地進行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他信息疊加，可進行空間分析、決策。DLG可以更為方便的放大、漫游、查詢、檢查、量測、疊加地圖。

3.4 三維場景重建

利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)疊加可以快速建立整個區(qū)域的三維地表模型，此外傾斜攝影測量技術(shù)也可以快速的還原更加真實的場景，通過這個三維場景，可以帶給人們更強烈的視覺沖擊，在重建的模型上可以運用GIS手段進行三維空間分析，比如，空間距離的量測、疊置分析、面向具體問題的分析，比如，針對旅游區(qū)的森林覆蓋度的計算、規(guī)劃河流湖泊的流向，因此，基于三維的基礎(chǔ)上，可以在山地旅游規(guī)劃中進行規(guī)劃業(yè)務(wù)的設(shè)計、旅游資源的管理等工作。DEM與DOM疊加如圖1所示。

圖1 DEM與DOM疊加

3.5 視頻數(shù)據(jù)

多旋翼無人機不僅可以進行常規(guī)傾斜攝影測量，獲得照片數(shù)據(jù)，還可以搭載小型攝影機，獲得清晰的視頻數(shù)據(jù)，對于要規(guī)劃的旅游區(qū)進行完整、不同角度的拍攝，給相關(guān)專家和決策者們提供寶貴的數(shù)據(jù)資源。

4 傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用實例

本文采用傾斜攝影測量技術(shù)在貴陽市某個地區(qū)的簡單實驗，說明傾斜攝影技術(shù)的可行性和優(yōu)勢，以此參考為山地旅游服務(wù)，其主要工作流程及方法如下：

（1）航線規(guī)劃設(shè)計（圖2）：按照旅游風景區(qū)范圍、成圖比例尺要求，平均基準面高程規(guī)劃航線，設(shè)計航高、重疊度、分辨率、飛行參數(shù)等；

（2）拍攝：采用四旋翼無人機搭載傾斜攝影相機，航飛高度100m，飛行8個架次，航攝影像分辨率0.02m。測區(qū)面積約2km2，東西飛行，劃分16條航帶，在每個拍攝點按照前后左右正5個方向拍攝（圖3），該測區(qū)在每個方向拍攝總數(shù)為625張。

圖2 航線規(guī)劃設(shè)計

圖3 每個拍攝點的五個拍攝方向

（3）將收集到的原始影像數(shù)據(jù)和pos數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中，按照攝影測量的處理步驟執(zhí)行，最后得到該測區(qū)的三維模型圖（圖4）。

圖4 真實場景三維模型

5 結(jié)語

隨著無人機技術(shù)的不斷完善和豐富以及傾斜攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，UAV技術(shù)的優(yōu)勢在更多的領(lǐng)域凸顯出來，本文通過實例的分析，初步探討了傾斜攝影測量技術(shù)在三維景觀中的應(yīng)用，通過本次實例發(fā)現(xiàn)，傾斜攝影測量技術(shù)具有很好的應(yīng)用價值和發(fā)展前景，在山地旅游資源中也可以發(fā)揮很大的作用，未來可以逐漸嘗試把UAV技術(shù)應(yīng)用在山地旅游資源中，以其產(chǎn)品的直觀性、數(shù)字化的特點，它將在大數(shù)據(jù)的建設(shè)、無紙化的規(guī)劃設(shè)計中有著很好的應(yīng)用。

利用真實的三維場景重建技術(shù)，為本省山地旅游建設(shè)做出杰出貢獻，積極發(fā)展本省旅游業(yè)，在本省特殊的林高山密的地形下，大力推廣UAV技術(shù)，改變原有的旅游規(guī)劃的思路，高效、科學、大力發(fā)展本省旅游業(yè)。