無人機航測技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

陶肖靜

（上海中僑職業(yè)技術(shù)大學，上海 201514）

隨著時代的進步，測繪手段日益革新，目前無人機的相關(guān)技術(shù)正在飛速發(fā)展，無人機用在測繪領(lǐng)域也是近幾年出現(xiàn)的新手段，最直觀的優(yōu)勢，無人機可以輕松到達一些人無法進場的地方，彌補了很多無人區(qū)的測繪工作，另外，無人機航測的效率比較高，并且達到測繪結(jié)果的精度要求，因此在測繪領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

建設(shè)社會主義新農(nóng)村是在2005年10月11日，中國共產(chǎn)黨第十六屆五中全會通過的《十一五規(guī)劃綱要建議》中首次提出。2017年10月18日，黨的十九大報告首次提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略[1]。在國家的鄉(xiāng)村振興的政策背景下，很多農(nóng)村得到了發(fā)展與提高，2021年2月25日，習近平總書記宣布我國脫貧攻堅戰(zhàn)取得了全面勝利。在新農(nóng)村建設(shè)過程中，仍存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，統(tǒng)籌規(guī)劃不協(xié)調(diào)等問題，在新農(nóng)村建設(shè)中，基礎(chǔ)地形地貌數(shù)據(jù)的獲取成為了亟待解決的問題，而無人機航測技術(shù)的出現(xiàn)，從一定程度上提供了解決方案，對于數(shù)據(jù)的獲取提供了很好的技術(shù)方法。

1 無人機航測技術(shù)

無人機航測技術(shù)是通過在無人機上搭載定位模塊，并在云平臺上搭載非量測型相機，于低空中快速獲取高分辨率的航拍像片，通過后期對帶有POS數(shù)據(jù)的像片進行數(shù)據(jù)處理，獲得項目所需的數(shù)字產(chǎn)品，如DOM、DLG、三維實景模型等。

中國民用航空局對無人機的定義：無人機（Unmanned Aircraft， UA）是指由控制站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱為遠程駕駛航空器。

無人機按平臺構(gòu)型分，無人機可分為固定翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機、撲翼機、無人飛艇、傘翼無人機等，在無人機測繪中常用的有多旋翼無人機、固定翼無人機。

無人機測繪系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)獲取和地面數(shù)據(jù)處理兩部分組成。數(shù)據(jù)獲取部分的功能是通過無人機對目標進行影像數(shù)據(jù)獲取。數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)由無人機、相機、無人機飛控系統(tǒng)等組成，通常將這一部分稱為航空攝影系統(tǒng)。地面數(shù)據(jù)處理部分的功能是通過相關(guān)軟件對獲得的數(shù)據(jù)進行專業(yè)處理，包括空中三角測量、DEM生產(chǎn)作業(yè)、DOM生產(chǎn)作業(yè)、DLG生產(chǎn)作業(yè)等，最終也可形成目標區(qū)域的三維模型信息，這一部分也被稱為攝影測量系統(tǒng)。

2010年國內(nèi)首次引入傾斜攝影技術(shù)，在對無人機運用于民用生產(chǎn)的前期研究階段，Wester-Ebbinghaus 將反光傳感器與無線遙控裝置集成組裝在固定翼無人機上，完成了第一次旋翼無人機的攝影測量。[2]于2014年推出了微型無人機傾斜攝影系統(tǒng)，填補了小體積高精度遙感產(chǎn)品的空白被廣泛地應(yīng)用于應(yīng)急測繪、不動產(chǎn)登記、文物保護等領(lǐng)域。傾斜攝影產(chǎn)品精度能夠滿足現(xiàn)階段規(guī)劃設(shè)計工作對大比例尺成圖的精度要求，能同時輸出真三維模型為三維地質(zhì)系統(tǒng)、BIM設(shè)計、智慧交通應(yīng)用[3]。

無人機航測的流程大致要經(jīng)過以下步驟：

首先，明確項目需求，明確測繪區(qū)域和測繪時限，在規(guī)定的區(qū)域和時間內(nèi)進行方案設(shè)計，收集測區(qū)資料，包括控制點的布設(shè)情況、當?shù)氐臍夂蛸Y料、有無禁飛區(qū)域或者飛行高度限制等。

其次，作業(yè)準備，準備好無人機、傾斜攝影相機、GNSS基準站等設(shè)備，針對輕小型無人機要準備好備用電池（由于大多數(shù)輕小型無人機的單塊電池續(xù)航時間較低，為提高作業(yè)效率，還需要配備多快電池或便攜式充電設(shè)備），以及布設(shè)地面控制點，對于測區(qū)邊緣處的控制點數(shù)量應(yīng)增加，以便保證其測量精度。

再次，航線規(guī)劃與影像采集。航線規(guī)劃是一項十分重要的前置工作，這能讓無人機按照既定的路線進行飛行并完成設(shè)定的無人機航拍露營或數(shù)據(jù)采集任務(wù)，航線規(guī)劃時，應(yīng)設(shè)置無人機飛行范圍應(yīng)大于測區(qū)范圍，市面上有不少現(xiàn)成的軟件提供規(guī)則圖形的航線規(guī)劃，在航線規(guī)劃中，還應(yīng)考慮以下因素：飛行環(huán)境限制、無人機的物理限制、無人機的飛行任務(wù)要求、實時性要求等。

最后，通過相關(guān)軟件進行POS數(shù)據(jù)處理和空三測量數(shù)據(jù)處理，以便獲取空三加密點的坐標，常用的數(shù)據(jù)處理軟件有Pix4D、Context Capture（CC）、PhotoScan等，最終可生成項目所需的數(shù)字產(chǎn)品。

2 新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

新農(nóng)村建設(shè)中涉及到的方面比較多，并且繁雜，根據(jù)我國農(nóng)村實際情況，目前存在以下幾個問題：

（1）大部分村莊由于缺乏合理的規(guī)劃，存在農(nóng)民建房選址散亂，村內(nèi)道路狹窄曲折，地物復雜多樣及通視條件差等問題。[4]

（2）一些農(nóng)村處于偏遠的山區(qū)，已有的測繪資料少，或者根本沒有以前的測繪資料；還有的農(nóng)村的測繪資料是十幾年以前的資料，可用度較低；農(nóng)村的測區(qū)較為分散，很難形成統(tǒng)一的聯(lián)測數(shù)據(jù)。[5]

（3）農(nóng)民對于自己守望的一片土地有著天然的依賴，這就造成如果用傳統(tǒng)測量儀器對農(nóng)村地區(qū)做數(shù)據(jù)采集時，會受到農(nóng)民的干擾，他們對這些工作有著天然的敏感。[6]

3 無人機航測技術(shù)用于新農(nóng)村建設(shè)的優(yōu)勢

無人機航測技術(shù)的出現(xiàn)，受到了很多測繪人士的追捧，其原因就在于無人機航測技術(shù)相對于傳統(tǒng)測繪技術(shù)和傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)有著自己獨特的優(yōu)勢，針對以上出現(xiàn)的問題，無人機航測技術(shù)的優(yōu)勢在于：

（1）無人機航測技術(shù)可以根據(jù)拍攝的高分辨率像片，在相關(guān)軟件的處理下，形成數(shù)字地形圖和三維實景模型，對于新農(nóng)村建設(shè)中的錯亂現(xiàn)象提出統(tǒng)一的調(diào)整方案，為規(guī)劃工作提供宏觀的建議。

（2）對于以往沒有測繪資料或測繪資料較少以及較陳舊的地區(qū)，無人機航測可以快速大范圍地獲取測區(qū)的測繪資料，無人機航測的高效率和高精度為此事做了保證。

（3）相對來講，用無人機航測手段來進行測繪，對于農(nóng)民來說，更容易接受，農(nóng)民看到無人機時的狀態(tài)或心理，沒有對全站儀或GPS這樣的設(shè)備的反感那么強烈。

（4）無人機航測技術(shù)提供的數(shù)字資料可以為后期的持續(xù)維護和建設(shè)提供基礎(chǔ)資料，尤其處于當前數(shù)字中國時代，農(nóng)村的數(shù)字資料也顯得格外重要。

4 無人機航測技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 地形圖測繪

無人機航測技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中起了很大作用，地形圖測繪作為工程測量的三大基本任務(wù)之一，在實際工作中，占有很重要的地位，無人機的出現(xiàn)將地形圖測繪工作的效率和精度提高到一個新的層級。無人機航測的作業(yè)流程如本文第一部分所述，在地形圖測繪工作中，利用軟件生成數(shù)字成果時，也可以生成三維模型后，在三維模型的基礎(chǔ)上制作線劃圖，該方法已得到證實，并且精度也能得到保證。[6]在新農(nóng)村建設(shè)中，尤其是缺乏前期資料的地區(qū)，無人機航測技術(shù)的出現(xiàn)為豐富和完善測繪基礎(chǔ)資料提供了強有力的技術(shù)保障。

4.2 在農(nóng)村土地確權(quán)以及土地綜合治理中的應(yīng)用

根據(jù)國家規(guī)定，每宗地的土地權(quán)屬都需要進行申請、地籍調(diào)查、審核、注冊登記、頒發(fā)證書等程序，才能得到最后的認定。2013年已開始進行全面農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作。此項改革附合國情，是解決“三農(nóng)”問題的其中很重要的一個方面，無人機航測技術(shù)的數(shù)字成果中，除了三維實景模型還有數(shù)字線劃圖和正射影像圖等，在新一輪的農(nóng)村土地調(diào)查確權(quán)登記中，將正射影像圖作為土地調(diào)查確權(quán)頒證的底圖，在此基礎(chǔ)上對確權(quán)土地進行測量，1:2000 正射影像圖的可判讀性能與量算性能都具有較顯著的特性。[7]

4.3 農(nóng)村建筑物、水域航道、農(nóng)村公路的提取

新農(nóng)村建設(shè)中，考慮其地形地貌的復雜性，在規(guī)劃設(shè)計中，需要對地物或地貌類型加以分類，并制定相應(yīng)的措施，來綜合協(xié)調(diào)做出更為合理的布局。因此，無人機航測獲取的影像可以作為底圖進行建筑物[8]、水域航道[9]、農(nóng)村公路[3]的提取，對于新農(nóng)村建設(shè)可以提供更準確更精細化的規(guī)劃，作出更合理建設(shè)方案。尤其是在數(shù)字化發(fā)展階段，農(nóng)村的相關(guān)資料的顯得尤為重要，無人機航測手段的出現(xiàn)恰逢其時。

4.4 在其他方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)測量中，對于地形圖的獲取，往往只能得到房屋的位置信息，但對于房屋的全貌并沒有直觀的概念，如果樓頂有違章搭建的建筑存在，往往不能及時發(fā)現(xiàn)，而用了無人機航測之后，這個問題可以迎刃而解，在無人機航測技術(shù)的支撐下，違章搭建問題將得到及時有效地解決。

對于在土地的綜合治理方面，關(guān)于農(nóng)村的廢棄宅基地的處理，通過無人機航測技術(shù)得到正射影像圖之后，可以做統(tǒng)一的部署和規(guī)劃，并且可以在三維實景模型中，直接做調(diào)整，將廢棄宅基地重新復墾后的景觀效果展現(xiàn)出來，同時在軟件中可以直接測量其面積，可以為經(jīng)濟效果評估提供依據(jù)。

有些農(nóng)村地處山區(qū)，在多雨的季節(jié)，村民的安全性成了首要問題，采用無人機航測技術(shù)就可以提供正射影像圖，對于地表形變可以有直觀的反映，并可以將其與地理信息系統(tǒng)結(jié)合，形成完整的監(jiān)測系統(tǒng)，在長期的發(fā)展中，無人機航測提供的影像也可以根據(jù)發(fā)展需要進行周期性或?qū)崟r地更新影像，可以充分發(fā)揮其高效的特點，為監(jiān)測系統(tǒng)提供服務(wù)。

5 結(jié)語

本文通過介紹無人機的相關(guān)知識和測繪流程，分析了目前新農(nóng)村建設(shè)中出現(xiàn)的問題，當前在規(guī)劃測量中，或者獲取當前的地形數(shù)據(jù)資料中，無人機航測都發(fā)揮著不可或缺的作用，其高效率、高精度在測繪1:500或1:1000地形圖工作中的可行性已得到證實，為新農(nóng)村建設(shè)提供了很好的解決方案，無人機航測的作為將越來越廣泛，在數(shù)字中國的建設(shè)中，無人機航測也可以發(fā)揮其優(yōu)勢，來提供更高效、高精度的數(shù)字地圖，建設(shè)更美更宜居的數(shù)字農(nóng)村。