基于無人機傾斜攝影測量的鄉村規劃研究
——以天水市梁家門村為例

劉 凱，惠 偉

（西安市勘察測繪院，陜西 西安 710048）

1 利用三維模型進行規劃的優勢

（1）反映地物全面，視覺效果逼真。常用的影像數據大多只有地物頂部的信息特征，缺乏地物側面詳細的輪廓及紋理信息，無法全方位的進行現狀分析。三維模型是帶有逼真紋理貼圖的模型，模型要素全面，給人帶來身臨其境之感，是現實世界的真實還原。利用三維模型進行現狀分析，能夠全面的了解地物，并快速準確的完成現狀分析。

（2）成本低，效率高。傾斜攝影測量通過飛行器采集傾斜影像，通過軟件計算自動生成三維模型，其生產效率可以達到每平方公里費時三小時，即50平方公里可以在一周之內生產完畢，極大的減少了人工的投入，成本大大降低。此外，僅僅依靠實地調研很難收集到詳實準確的數據，例如閑置房屋、土地的數量、面積等，利用三維模型進行規劃，大大減少了現場調研次數的同時，在規劃時通過三維模型對地物進行實時觀察并計算量取所需要的準確信息，提高了工作效率，增加了規劃的可信度[1]。

（3）高精度，高分辨率。傾斜攝影測量自動化建模經過多視角影像的幾何校正、聯合平差等處理運算后生成基于影像的超高密度點云，點云經過抽稀后生成的三角網模型再自動貼合拍攝的傾斜影像，最后生成高精度和高分辨率的三維模型。加之無人機航攝時搭載有高精度的定位設備，再通過地面控制點的輔助，其平面和水平誤差可控制在20～30cm，甚至在15cm 之內，達到大比例尺地圖的精度要求。

2 研究區域概況

甘肅省天水市秦州區秦嶺鄉梁家門村隸屬于天水市，位于秦嶺鎮南部，屬秦巴山區西秦嶺北緣。東鄰牡丹鎮轉咀村，南鄰秦嶺鎮斜坡村，西鄰秦嶺鎮大莊村，北鄰秦嶺鎮龍集寨村，距鎮政府5km，平均海拔1690m。全村行政面積約2km2（約3000 畝）,共有3 個村民小組、223 戶1009 人。梁家門村山高坡陡，地形高度密集坡度大，高低落差大。

3 數據獲取與處理

3.1 數據獲取

（1）獲取方式。采用無人機傾斜攝影測量對角線飛行方式，即“三架次”飛行方式[2]。三架次包括一次鏡頭垂直攝影，兩次航線相差180°的傾斜攝影，這種飛行模式非常適合梁家門這種建筑物分散且建筑高度低的區域，最終建立的三維模型無論是精度還是清晰度都足以滿足本次規劃。與傳統的“五架次”飛行模式相比，“三架次”的飛行模式在地物構造簡單且分散的區域節約了外業飛行，并且由于飛行架次少，數據量小，內業數據處理的時間也會隨之減少。此外，梁家門村面積較小，并且模型數據主要用于規劃，所以無需布設像控點，從而提高作業效率[3]。

（2）飛行系統選擇。實驗區域是一個面積較小的村莊，輕小型旋翼無人機和單鏡頭的飛行系統除了能夠完全滿足飛行要求外，還具備便于攜帶、安全系數高、操作方便以及價格低廉的優點，因此梁家門村的航拍數據采用大疆精靈4Pro 單鏡頭無人機最為合適。

（3）相關參數。考慮到梁家門村地勢起伏較高，因此無人機起航點選在村子高差的中間位置，如此既可以滿足無人機起飛后能盡快到達開始航拍點，保證無人機充分飛行時間，也能保證地勢低的地方航拍照片的清晰度。結合建筑物之間的間距和建筑物高度，通過計算得到傾斜飛行時最合適的云臺傾角為45°[4]，保證能夠全面拍攝到建筑物的側面信息。主要飛行參數見表1。

表1 主要飛行參數

3.2 數據處理

采用Smart3D 軟件建立三維模型，是因為Smart3D 導航式數據處理流程簡單快捷，此外，Smart3D 可以生產多樣化的數據產品，比如三維模型、DOM 正射影像、點云數據、可以被第三方軟件編輯的TIN 三角網模型等等，因此梁家門村的航拍數據采用Smart3D 軟件進行建模[5]。利用Smart3D制作正射影像，主要處理流程有影像數據的整理、建立工程、導入影像、設置相關參數、提交空三任務，利用點云數據生成梁家門村正射影像和局部三維模型如圖1、圖2 所示。

圖1 梁家門村正射影像圖

圖2 梁家門村局部三維模型

4 現狀與規劃研究

4.1 現狀圖制作與分析

結合影像對村內的房屋、耕地、道路、河流等地物進行表示，制作梁家門村現狀圖如圖3 所示，利用現狀圖結合現場調研對梁家門村進行分析如下：

圖3 梁家門村現狀圖

（1）水文：村內有一條中峪溝河橫穿整村。

（2）土地資源：全村行政面積約2km2（約3000畝），其中耕地約1998 畝，人均耕地約1.8 畝，實際耕種約1000 畝，閑置耕地約998 畝，已流轉耕地約350 畝。

（3）森林資源：山地面積約2000 畝，森林覆蓋率約40%。其中，生態公益林約800 畝。

（4）基礎設施情況：村內有小賣鋪三處；榨油房一處；磨坊一處；電商房一處；紙火房一處；銀行（ATM）一處；村內主干道為水泥路，村內巷道全部硬化到戶；戶戶通電；兩座便民橋；活動器械若干。

（5）人口情況：梁家門村常住人口241 人，其中60 歲及以上193 人，占80.1%；青壯年勞動力40人，占16.6%；18 歲及以下8 人，占3.3%。村內家庭構成以留守老人家庭為主，并且近年來留守老人的數量不斷增加。外出流動人口768 人，占全村人口76.1%，主要流向秦州區，從事行業主要為務工。

4.2 規劃研究

國家鄉村振興戰略規劃（2018－2022 年）中對梁家門村這種仍將存續的一般村莊，要求規劃時在原有規模基礎上有序推進改造提升，保護保留鄉村風貌，建設宜居宜業的美麗村莊，讓鄉村居民過上更舒適的生活。梁家門村雖然有良好的生態環境和秀美的自然風光，但是村莊內部環境臟亂差，本文對梁家門村的規劃方向是對現在村莊的修復和整理，在保留村莊原有自然景觀的基礎上，采取因地制宜的方法，為村民打造詩意閑適的人文環境和居住環境，提升村民日常生活的幸福感[6-10]。本文具體規劃內容包括：

（1）便民橋規劃：充分尊重民意，對原有橋梁進行改造升級并增添新橋梁；

（2）公廁規劃：依據服務人口及服務區域性質布設兩處公廁；

（3）充分用陡坎與路中間空地區域、未利用地和廢棄宅基地建設兩處停車場，方便外來車輛和本村車輛停放；

（4）道路及陡坎改造：道路主干道改造側重于美化村容村貌；基道改造側重于方便村民日常生活；美化類陡坎土質堅硬，只需做部分清理，進行加固，制作成文化墻；滑坡類陡坎先進行消除，制作擋土墻，然后再進行美化，制作文化墻；

（5）電力線規劃：對于村民私拉亂拉的線路先進行拆除按照“入地、入管、貼墻、捆扎”的原則進行全面整治和改造；

（6）排水規劃：以現有排水渠為基礎，結合實際地形情況，以村內道路網為依托，利用重力排水，對原排水渠進行補充升級；

（7）柴草堆規劃：為村民設立專門的柴草堆放處，動員燒柴草的用戶，將柴草搬走遠離房屋，放在村莊規劃的專門柴草堆放處；

（8）垃圾桶規劃：結合村莊的地形地貌和住戶的分布，合理規劃設計了村莊垃圾桶的分布位置。位置基本集中在道路的十字交叉口，每個垃圾桶間距大約為100m，達到了大約6 戶共同使用一個垃圾桶；

（9）路燈規劃：綜合考慮到梁家門村的現狀和規劃要求，梁家門村計劃增設40 個太陽能路燈。主要增設在主路、活動廣場，布設間距較可能達到每30m 一個，并采用交錯式安置方法；

（10）閑置宅基地規劃：主要以修繕、美化、復綠的方式，將閑置的宅基地庭院內部進行清理，改造成各種綠地、花壇。對于閑置公共房屋，設計為進行榨油、磨面、土豆粉生產的梁家門村生產空間，集中進行這些生產活動，既便于管理，又方便村民。規劃總圖如圖4 所示。

圖4 梁家門村規劃總圖

5 總結

本文通過無人機傾斜攝影測量技術獲取了梁家門村的影像數據，利用三維模型和相關調研數據制作了梁家門村的規劃底圖并進行了現狀分析，最終從十個方面對梁家門村進行了規劃。無人機傾斜攝影測量技術在梁家門村這種地處偏遠山區、地勢復雜的鄉村規劃中，達到了事半功倍的效果。