基于無人機傾斜攝影測量的土地利用變化監測研究

摘""要：傳統的土地利用動態調查方法費時費力，難以應對當下城市發展過程中遇到的各種土地規劃與利用方面的問題。隨著低空攝影測量技術的不斷進步，以無人機為平臺的遙感數據采集和處理系統正逐漸受到遙感與測繪行業的青睞。該文以無人機傾斜攝影測量技術為數據獲取手段，研究利用"DSM（Digital"Surface"Model，DSM）數據獲取城市土地利用變化信息，并進一步應用到城市土地利用動態監測工作中的方法，為解決城市建設過程中面臨的土地資源利用監測方面的問題提供了較好的解決方案。

關鍵詞：傾斜攝影測量""DSM""影像匹配""信息提取

中圖分類號：P231""""""""""""文獻標識碼：A

Research"on"the"Monitoring"of"Land"Use"Change"Based"on"UAV’s"Oblique"Photogrammetry

LI"Xiaoguang

（Qingyuan"Surveying"and"Mapping"Geographic"Information"Center，"Qingyuan，"Guangdong"Province，"511500"China）

Abstract："The"traditional"dynamic"survey"method"of"land"use"is"time-consuming"and"laborious，"and"it"is"difficult"to"deal"with"various"land"planning"and"utilization"problems"encountered"in"the"current"urban"development"process."With"the"continuous"progress"of"low-altitude"photogrammetry"technology，"the"remote"sensing"data"acquisition"and"processing"system"based"on"UAVs"is"gradually"favored"by"the"remote"sensing"and"mapping"industry."This"paper"takes"UAV’s"tilt"photogrammetry"technology"as"a"means"of"data"acquisition，"studies"the"use"of"DSM"（Digital"Surface"Model）"data"to"obtain"the"information"of"urban"land"use"change，"and"further"applies"it"to"the"dynamic"monitoring"of"urban"land"use，"which"provides"a"better"solution"for"solving"the"problems"of"land"recourse"use"monitoring"encountered"in"the"process"of"urban"construction.

Key"Words："Tilt"photogrammetry;"DSM;"Image"matching;"Information"extraction

無人機傾斜攝影測量將無人駕駛飛行技術與低空攝影測量技術有機結合起來，并借助先進的通信與定位技術，能夠輕松實現低空對地觀測，快速、高效獲取高精度的遙感數據，解決了傳統的遙感數據獲取手段無法保證數據現勢性的難題[1]。

土地利用的變化信息數據，數據結構可以是紙質的文檔數據，可以是匯總的電子表格數據，也可以是經過提取和分析之后的矢量圖斑數據和遙感影像數據。在這些變化信息數據中，比較直觀的是經過提取與分析之后的矢量和遙感數據，它們能夠提供較為完整、準確的變化信息，而且可以進行精確定位，方便監測過程的實施[2]。利用傾斜影像數據制作的DSM數據，包含了地表之上完整的地物信息，經過一定的數據處理之后，可以從中提取并分析城市土地利用變化信息，數據清晰、直觀，對于動態監測的實施具有至關重要的作用。

1"總體技術路線

文章利用無人機傾斜攝影手段獲取城市兩個不同時相的傾斜影像數據，基于"SIFT影像匹配算法生成"DSM"數據，通過對比兩期"DSM"數據，對城市土地利用變化信息進行提取和分析，并利用該結果制訂相應的動態監測方案，實現土地變化動態監測[3]。

2""數據源獲取

無人機——北京數維翔圖DM-610G六旋翼電動無人機，翼展2.25"m，有效荷載5"kg，續航時間：約3"h。傾斜相機——紅鵬AP5600微型傾斜相機[4]。采用5鏡頭多視角數碼相機，鏡頭焦距20"mm，側視相機傾角45°。該實驗選取北京市密云區部分城區作為數據采集與研究的對象，數據采集分兩次進行，在2018年10月和2019年9月分別對研究區進行了數據采集工作，共采集到有效相片數據2"000余張。

3""DSM生成

實驗區生成的兩期DSM如圖2和圖3所示。

4""基于DSM的變化信息提取

4.1""提取方法介紹

疊加已處理好的兩期DSM數據，為提高提取結果的準確性，應首先對兩期DSM進行一次配準，保證兩期DSM在水平方向上無偏差。

基于兩期DSM提取變化信息的過程，實際上是對同一位置不同時期數據的高程值進行比較的過程。由于DSM數據包含有采集對象的真實高度信息，因此可利用該信息作為分析對象進行變化提取[5]。

（1）利用DSM數據保留了地物真實的高度信息這一特點，在已知的坐標點P（x，y）上，分別讀取兩期DSM數據中對應位置的高程值h1、h2。

（2）由于數據精度的限制，不能保證在如此確切的坐標位置上兩期DSM表示的是同一個精確的位置，為保證提取結果的準確性，實驗過程對該坐標點及其周圍8個方向上的坐標點都進行高程值的讀取，然后將9個高程值求取平均值，并將該平均值作為中心點的實際高程值H。這樣，得到兩個新的高程值：H1、H2。

（3）城市土地利用的變化，最直接的表現主要是建筑的消長，新增、拆遷活動都是建筑物的變化，因此，在對高差進行分析的時候，可以選取單層房屋的高度α作為高差閾值，即高差在α以下，視為實地沒有變化，反之視為產生了變化，以此來對建筑區的變化信息進行提取。

4.2"檢索格網的選擇

在實際的變化提取過程中，由于DSM影像范圍較大，不可能逐個像元進行檢索，這樣不僅會耗費大量的時間，而且會導致同一處變化提取出很多個變化點，因此，需要對檢索單元進行放大，但同時也應該考慮避免漏提取情況的發生[6]。根據實際需求，該實驗分別選取"6"m?6"m、12"m?12"m"和"15"m?15"m"三個檢索單元，并基于實驗區的實際情況，選取"3.5"m"作為高差閾值，在一個較小的范圍內進行對比實驗，實驗結果如圖4所示。

根據實際需求，該實驗采取10"m?10"m的檢索單元進行變化信息的提取。提取結果如圖5所示。

4.3"剔除冗余變化點

由圖5可以發現，提取的變化點數據存在一定的冗余點，由于檢索格網的限制，會存在一處變化包含多個鄰近的提取點的情況，因此，還應對提取結果進行冗余點的去除。去除相鄰較近變化點的思想是：以當前點為圓心，將落在指定半徑內的變化點剔除。冗余點去除是對變化信息數據的精簡，在分析變化信息數據的過程中，能夠在不減少變化區數量的前提下減少對同一個變化區的重復讀取，有效提高了工作效率。

4.4"提取結果分析

圖6是變化提取結果對比圖，從圖中可以看出，提取結果所在的區域實地建筑均已發生不同程度的變化，有些是在建工程不斷地更新，有些是新建或拆遷工程，高程上均發生了變化，因此會被檢測提取出來。

由于受數據精度和提取精度等多方面的影響，變化提取結果并非都是正確的，還存在部分誤提取和漏提取的情況。

表1所示內容是提取結果的準確度分析表。該次實驗共提取到變化信息165處，從表中可以看出，正確提取出137處變化信息，其余28處為誤提取，經過人工排查之后統計，共有11處實地發生變化的區域沒有準確提取出來，提取準確度約為77.8%。

5"實地調查與動態監測

根據疊加分析結果，保留下來的土地利用變化信息數據即為無權屬記錄或無合法批準的土地利用變化信息，對該部分數據進行詳細核實，結合相關的權屬變更調查數據與文檔資料進行分析，共篩選出17處沒有用地變化記錄的變化點。將該篩選結果進行整理和輸出，組織相關技術人員與調查人員一起到達實地進行核實，對非法占地、違章建設等不合理用地單位或個人進行逐一排查。

經過實地調查發現，其中有2處在建用地相關手續不齊全，其中一處為工廠，違規拆遷和非法占用耕地的各有一處，其他均為登記信息不完整或登記信息有誤的情況。調查完成之后，對未記錄或錯誤記錄的用地信息進行登記或修改，并同時更新本地數據庫；對發現的存在問題的變化用地形成材料，及時上報。

6"結語

基于傾斜攝影測量的土地利用變化動態監測過程相對科學，節省了人力和時間，提高了工作效率，監測的結果能夠滿足指導城市土地合理利用的需要，有助于指導城市規劃與設計，促進城市的健康發展，對于實現城市土地資源的可持續利用意義重大。

參考文獻

1. 劉敏，張啟超，趙彬，等.基于低空無人機傾斜攝影測量在農村房屋不動產登記權籍調查中的應用[J].測繪與空間地理信息，2020，43（1）：181-183.
2. 許承權，黃小琴，施政.消費級無人機傾斜攝影測量1∶500測圖方法及精度研究[J].測繪地理信息，2020，45（1）：117-120.
3. 紀志浩.無人機傾斜攝影測量在房地一體化測量中應用研究[D].徐州：中國礦業大學，2021.
4. 彭桂花.基于無人機航空攝影測量DOM制作質量控制[J].測繪與空間地理信息，2022，45（9）：195-197.
5. 鄭輝.無人機攝影測量技術在農村土地調查中的應用研究[D].南昌：東華理工大學，2021.
6. 章達成，周新星，李榮軍.無人機免像控下的高精度DSM快速建構[J].測繪與空間地理信息，2022，45（5）：176-177，181.