無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中的實(shí)踐與思考

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7698

作者簡(jiǎn)介：李長(zhǎng)泓（1988—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闇y(cè)繪與地理信息工程、土地整治與管理。

摘要：全域國(guó)土綜合整治是對(duì)項(xiàng)目區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和治理，是鄉(xiāng)村全面振興的重要途徑，也是落實(shí)新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的重要實(shí)踐。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)景多樣，技術(shù)日臻成熟，嘗試應(yīng)用于新領(lǐng)域是很有必要的。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用于全域國(guó)土綜合整治，采用Pix4d平臺(tái)，生產(chǎn)選定區(qū)域正射影像，能夠從宏觀上掌控該區(qū)域的自然地理樣貌，山水林田湖草的分布情況，運(yùn)用新技術(shù)新方法，能夠極大地提高項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)成本。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量??Pix4d??全域國(guó)土綜合整治??規(guī)劃設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P231

隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷增強(qiáng)，測(cè)量裝備也逐步向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。在新時(shí)代的大環(huán)境下，無(wú)人機(jī)攝影量的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛，如地質(zhì)災(zāi)害分析、應(yīng)急測(cè)繪服務(wù)等，快速高效的提供正射影像，而將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用于全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可以整體把握項(xiàng)目區(qū)自然要素分布情況，摸清村莊、耕地等用地情況，進(jìn)一步拓展無(wú)人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用領(lǐng)域。

本次研究選取范圍為襄陽(yáng)市樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)全域國(guó)土綜合整治項(xiàng)目某村局部區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)。項(xiàng)目區(qū)位于樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)西北部，地勢(shì)呈北高南低，地貌為丘陵崗地，交通便利，林地資源、水資源、耕地資源、紅色資源相當(dāng)豐富，主要以種植、養(yǎng)殖、漁業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)。

1無(wú)人機(jī)航測(cè)設(shè)備

選取大疆精靈4RTK作為航測(cè)設(shè)備。它是一款小型多旋翼高精度航測(cè)無(wú)人機(jī)，具有強(qiáng)大的抗磁干擾能力與精準(zhǔn)定位能力，提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位數(shù)據(jù)，具備厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測(cè)效率。無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了飛控、相機(jī)與 RTK 的時(shí)鐘系統(tǒng)微秒級(jí)同步，相機(jī)成像時(shí)刻毫秒級(jí)誤差。對(duì)相機(jī)鏡頭光心位置和 RTK 天線中心點(diǎn)位置進(jìn)行補(bǔ)償，減少位置信息與相機(jī)的時(shí)間誤差，為影像提供更精確的位置信息。1 英寸?2000 萬(wàn)像素?CMOS 傳感器捕捉高清影像。機(jī)械快門支持高速飛行拍攝，消除果凍效應(yīng)，有效避免建圖精度降低。借助高解析度影像，精靈?4 RTK 在?100 m飛行高度中的地面采樣距離（Ground Sampling Distance， GSD）可達(dá)?2.74 cm[1]。

2無(wú)人機(jī)航測(cè)原理

無(wú)人機(jī)一般由機(jī)身、螺旋槳、電機(jī)、電池、電子速度控制器、飛行控制器、視頻系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)組成。無(wú)人機(jī)主要通過(guò)螺旋槳的快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，電機(jī)產(chǎn)生推力，以及飛行器控制系統(tǒng)穩(wěn)定飛行姿態(tài)，根據(jù)力學(xué)平衡原理，最終實(shí)現(xiàn)螺旋槳升力、空氣阻力、電機(jī)推力、飛機(jī)自身重力的受力平衡。

無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中依靠全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS），接收衛(wèi)星信號(hào)，確定無(wú)人機(jī)的瞬時(shí)位置和飛行速度；依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，INS）的加速計(jì)、陀螺儀測(cè)算無(wú)人機(jī)加速度、角速度。無(wú)人機(jī)在航飛中拍攝大量照片，為了由像點(diǎn)求解物點(diǎn)，必須確定拍攝瞬間攝影中心、相片與地面三者之間的相關(guān)位置。也就是確定像片的方位元素，其中，確定攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)稱為內(nèi)方位元素，涉及3個(gè)參數(shù)，分別是攝影中心S到像片的主距f、像主點(diǎn)O在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x，y）；確定攝影中心和像片在地面坐標(biāo)系中位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素，涉及6個(gè)參數(shù)，分別是用于描述攝影中心S空間坐標(biāo)值的3個(gè)直線元素（X、Y、Z），用于描述像片在攝影瞬間空間姿態(tài)要素的角元素（ε、φ、κ）。影像定向就是要獲取影像的位置和姿態(tài)，就是要確定外方位元素6個(gè)參數(shù)。影像的本質(zhì)是空間的一個(gè)平面，影像定向就是通過(guò)求解參數(shù)確定這個(gè)平面[2]。

空中三角測(cè)量的方法很多種，如航帶法、獨(dú)立模型法、光速法等。通常情況下，最基本的空中三角測(cè)量方法是航帶法。這種方法簡(jiǎn)單易操作，主要由相對(duì)定向、模型連接、航帶自由網(wǎng)的絕對(duì)定向與誤差改正等部分組成。

通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域攝影，生產(chǎn)目標(biāo)區(qū)域正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM），獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地理信息。正射影像生產(chǎn)過(guò)程一般包含5個(gè)過(guò)程，即無(wú)人機(jī)航空攝影、外業(yè)布控控制點(diǎn)測(cè)量、內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量加密、目標(biāo)區(qū)域生成數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、目標(biāo)區(qū)域生成數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）。

3無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的應(yīng)用

3.1航飛準(zhǔn)備

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)需求，對(duì)航飛區(qū)域進(jìn)行外業(yè)踏勘，掌握設(shè)計(jì)區(qū)域自然地理環(huán)境，再進(jìn)行儀器準(zhǔn)備。本次航飛區(qū)域?qū)儆谇鹆甑孛玻瑴y(cè)區(qū)范圍小，選用無(wú)人機(jī)大疆精靈4RTK版可以滿足飛行要求。

3.2航線設(shè)計(jì)

在ArcGIS10.2中以分辨率1?m的衛(wèi)星影像為底圖，設(shè)計(jì)飛行航線，數(shù)據(jù)格式KML。本次設(shè)計(jì)航向重疊度70%，旁向重疊度30%，一次飛行時(shí)間大約20?min。

3.3外業(yè)航拍

首先，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)做像控點(diǎn)，本次在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)用紅色噴漆均勻布設(shè)8個(gè)像控點(diǎn)K1～K8；然后，用大疆精靈4RTK版無(wú)人機(jī)按設(shè)計(jì)好航線進(jìn)行航飛，航高120?m。外業(yè)航飛要選擇天氣晴朗，無(wú)風(fēng)或微風(fēng)[3-4]。

3.4內(nèi)業(yè)處理

本次無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理采用Pix4d軟件平臺(tái)，能夠通過(guò)影像數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取無(wú)人機(jī)相機(jī)攝影參數(shù)，全過(guò)程自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，可按需生產(chǎn)正射影像和帶紋理的三維模型。

取出無(wú)人機(jī)SD卡，用讀卡器讀取航飛數(shù)據(jù)；用Pix4d軟件處理航飛數(shù)據(jù)，將像控點(diǎn)導(dǎo)入、刺點(diǎn)，并設(shè)置生成的點(diǎn)云以及正射影像的范圍后，軟件將進(jìn)行全自動(dòng)處理過(guò)程，軟件可根據(jù)設(shè)置的范圍，生成點(diǎn)云、數(shù)字表面模型以及正射影像[5-7]。要注意對(duì)高程異常值的影響、刺點(diǎn)精度。

4全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)

全域國(guó)土綜合整治是新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的重要體現(xiàn)，是全面實(shí)施美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的重要力量。做好全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)事關(guān)“生態(tài)健康、人民幸福、國(guó)家興旺”的全局。

4.1規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

全域國(guó)土綜合整治堅(jiān)持以鄉(xiāng)村為中心，對(duì)區(qū)域內(nèi)開(kāi)展農(nóng)用地整治、建設(shè)用地征整治和生態(tài)保護(hù)修復(fù)，合理布局自然地理要素，堅(jiān)持以人民為中心，優(yōu)化生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間。

全域國(guó)土綜合整治堅(jiān)持頂層設(shè)計(jì)，堅(jiān)持統(tǒng)籌規(guī)劃，堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)，要立足實(shí)際資源稟賦，全盤考慮，以鄉(xiāng)村振興為抓手，久久為功，實(shí)現(xiàn)區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)落地，實(shí)現(xiàn)人民群眾對(duì)美好生活的向往[8-10]。

4.2區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)總體方案

規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)在于設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)所有要素的充分掌握，在于對(duì)政府頂層設(shè)計(jì)的深度理解，在于對(duì)當(dāng)?shù)匕傩盏脑V求有全面的認(rèn)識(shí)。采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，通過(guò)正射影像，能夠快速全面地了解區(qū)域內(nèi)山水林田湖草村的自然布局，了解道路、電網(wǎng)、路燈等基礎(chǔ)設(shè)施分布情況。

以厘米級(jí)航飛影像為底圖，清楚地顯示該區(qū)域主要有一牲畜養(yǎng)殖企業(yè)，周圍有農(nóng)田、坑塘、林地、農(nóng)村道路等自然要素。從宏觀視角出發(fā)，結(jié)合踏勘情況，按照“以人為本、產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)、人地共生”的理念，劃定區(qū)域，打造牲畜產(chǎn)業(yè)鏈特色經(jīng)濟(jì)區(qū)，以牲畜養(yǎng)殖為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，充分利用牲畜糞便，變廢物為資源，發(fā)展農(nóng)業(yè)種植，林下經(jīng)濟(jì)，水生作物，形成循環(huán)可利用的健康生產(chǎn)模式。

5實(shí)踐與思考

5.1無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量提質(zhì)增效求突破

時(shí)代的進(jìn)步催生新設(shè)備快速普及，新技術(shù)快速推廣，例如：無(wú)人機(jī)設(shè)備以及無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)一樣，十年前設(shè)備價(jià)格昂貴，懂無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的人寥寥無(wú)幾，而十年后的今天，設(shè)備價(jià)格平民化，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)也大眾化，這也為應(yīng)用新方法新技術(shù)創(chuàng)造了有利條件，全域國(guó)土綜合整治在這種大背景下使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)正當(dāng)其時(shí)。本次在襄陽(yáng)市樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)某村全域國(guó)土綜合整治過(guò)程中正是運(yùn)用了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，大大降低了實(shí)地踏勘的工作量，節(jié)約了工作時(shí)間，減輕了工作強(qiáng)度。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，我們能深刻感受到用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)替代傳統(tǒng)方式的好處，也正是不斷的更新迭代，才能讓我們?cè)诠ぷ髦心軌蛞淮未蔚夭粩嗤黄谱晕遥萍夹g(shù)升級(jí)，更好地服務(wù)社會(huì)發(fā)展。

5.2無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量統(tǒng)攬全局見(jiàn)實(shí)效

規(guī)劃設(shè)計(jì)是項(xiàng)目開(kāi)展的核心過(guò)程，其質(zhì)量的好壞直接反映了項(xiàng)目的血肉是否鮮活，靈魂是否完美。通過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)編制方案，能夠直觀地看到項(xiàng)目建成之后的模樣，所以一份優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案必然是對(duì)現(xiàn)狀情況了然于胸的呈現(xiàn)，是對(duì)項(xiàng)目統(tǒng)攬全局后升華，盡顯設(shè)計(jì)師的理念。然而無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量能直觀地反映測(cè)區(qū)地形地貌，數(shù)據(jù)采集的方式便捷，成本較低。借助攝影測(cè)量成果，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員能夠全方位地把控項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀，在全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠高效地進(jìn)行全局統(tǒng)籌規(guī)劃，也能細(xì)致專注地進(jìn)行細(xì)部特征設(shè)計(jì)。因此，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量應(yīng)用于全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠加快推動(dòng)全域工作進(jìn)程，為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供宏觀支持。

5.3無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量持之以恒為保障

規(guī)劃編制實(shí)施方案是指導(dǎo)整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的依據(jù)，但是任何的成功都不是一蹴而就的，而是需要不停地反復(fù)打磨，為了更好地適應(yīng)項(xiàng)目區(qū)發(fā)展和需要，局部的調(diào)整修改完善是不可避免的。從現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，全域國(guó)土綜合整治項(xiàng)目實(shí)施需要約3～5年，時(shí)間長(zhǎng)，在項(xiàng)目施工推進(jìn)過(guò)程中，出現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)變更的情況也是正常的，使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)能夠?yàn)橐?guī)劃設(shè)計(jì)單位提供適時(shí)的影像，保障規(guī)劃設(shè)計(jì)變更工作能夠順利的開(kāi)展，因此，可以將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)貫穿于整個(gè)實(shí)施階段，為各方面溝通協(xié)調(diào)等提高效率，贏得時(shí)間，讓項(xiàng)目早日落地，讓人民早日受益。

6結(jié)語(yǔ)

結(jié)合無(wú)人機(jī)在全域國(guó)土綜合整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和實(shí)踐，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量以其高分辨、高時(shí)效性、操作簡(jiǎn)單、成本低廉的自身優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了丘陵山崗地區(qū)地形地貌測(cè)繪難度大的問(wèn)題，顯著地提高了規(guī)劃設(shè)計(jì)效率，極大地解放了人力資源，明顯地降低了項(xiàng)目實(shí)施成本，讓設(shè)計(jì)者擁有更多的時(shí)間和精力專注于項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

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