無人機攝影測量在全域國土綜合整治規劃設計中的實踐與思考

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7698

作者簡介：李長泓（1988—），男，碩士，工程師，研究方向為測繪與地理信息工程、土地整治與管理。

摘要：全域國土綜合整治是對項目區生產、生活、生態空間進行統籌規劃和治理，是鄉村全面振興的重要途徑，也是落實新時代生態文明建設的重要實踐。當前，無人機攝影測量應用場景多樣，技術日臻成熟，嘗試應用于新領域是很有必要的。無人機攝影測量技術運用于全域國土綜合整治，采用Pix4d平臺，生產選定區域正射影像，能夠從宏觀上掌控該區域的自然地理樣貌，山水林田湖草的分布情況，運用新技術新方法，能夠極大地提高項目規劃設計效率，減少設計成本。

關鍵詞：無人機攝影測量??Pix4d??全域國土綜合整治??規劃設計

中圖分類號：P231

隨著我國科技實力的不斷增強，測量裝備也逐步向自動化、智能化的方向發展。在新時代的大環境下，無人機攝影量的應用場景越來越廣泛，如地質災害分析、應急測繪服務等，快速高效的提供正射影像，而將無人機攝影測量技術運用于全域國土綜合整治規劃設計中，可以整體把握項目區自然要素分布情況，摸清村莊、耕地等用地情況，進一步拓展無人機應用場景、應用領域。

本次研究選取范圍為襄陽市樊城區太平店鎮全域國土綜合整治項目某村局部區域，對該區域進行全域國土綜合整治規劃設計。項目區位于樊城區太平店鎮西北部，地勢呈北高南低，地貌為丘陵崗地，交通便利，林地資源、水資源、耕地資源、紅色資源相當豐富，主要以種植、養殖、漁業為主要產業。

1無人機航測設備

選取大疆精靈4RTK作為航測設備。它是一款小型多旋翼高精度航測無人機，具有強大的抗磁干擾能力與精準定位能力，提供實時厘米級定位數據，具備厘米級導航定位系統和高性能成像系統，便攜易用，全面提升航測效率。無人機實現了飛控、相機與 RTK 的時鐘系統微秒級同步，相機成像時刻毫秒級誤差。對相機鏡頭光心位置和 RTK 天線中心點位置進行補償，減少位置信息與相機的時間誤差，為影像提供更精確的位置信息。1 英寸?2000 萬像素?CMOS 傳感器捕捉高清影像。機械快門支持高速飛行拍攝，消除果凍效應，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?2.74 cm[1]。

2無人機航測原理

無人機一般由機身、螺旋槳、電機、電池、電子速度控制器、飛行控制器、視頻系統、遙控系統組成。無人機主要通過螺旋槳的快速旋轉產生升力，電機產生推力，以及飛行器控制系統穩定飛行姿態，根據力學平衡原理，最終實現螺旋槳升力、空氣阻力、電機推力、飛機自身重力的受力平衡。

無人機在飛行過程中依靠全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS），接收衛星信號，確定無人機的瞬時位置和飛行速度；依靠慣性導航系統（Inertial Navigation System，INS）的加速計、陀螺儀測算無人機加速度、角速度。無人機在航飛中拍攝大量照片，為了由像點求解物點，必須確定拍攝瞬間攝影中心、相片與地面三者之間的相關位置。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位置的參數稱為內方位元素，涉及3個參數，分別是攝影中心S到像片的主距f、像主點O在框標坐標系中的坐標（x，y）；確定攝影中心和像片在地面坐標系中位置和姿態的參數稱為外方位元素，涉及6個參數，分別是用于描述攝影中心S空間坐標值的3個直線元素（X、Y、Z），用于描述像片在攝影瞬間空間姿態要素的角元素（ε、φ、κ）。影像定向就是要獲取影像的位置和姿態，就是要確定外方位元素6個參數。影像的本質是空間的一個平面，影像定向就是通過求解參數確定這個平面[2]。

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

通過無人機對目標區域攝影，生產目標區域正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM），獲取目標區域內的地理信息。正射影像生產過程一般包含5個過程，即無人機航空攝影、外業布控控制點測量、內業空中三角測量加密、目標區域生成數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、目標區域生成數字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）。

3無人機攝影測量的應用

3.1航飛準備

根據規劃設計需求，對航飛區域進行外業踏勘，掌握設計區域自然地理環境，再進行儀器準備。本次航飛區域屬于丘陵地貌，測區范圍小，選用無人機大疆精靈4RTK版可以滿足飛行要求。

3.2航線設計

在ArcGIS10.2中以分辨率1?m的衛星影像為底圖，設計飛行航線，數據格式KML。本次設計航向重疊度70%，旁向重疊度30%，一次飛行時間大約20?min。

3.3外業航拍

首先，在測區范圍內做像控點，本次在測區范圍內用紅色噴漆均勻布設8個像控點K1～K8；然后，用大疆精靈4RTK版無人機按設計好航線進行航飛，航高120?m。外業航飛要選擇天氣晴朗，無風或微風[3-4]。

3.4內業處理

本次無人機數據處理采用Pix4d軟件平臺，能夠通過影像數據自動獲取無人機相機攝影參數，全過程自動處理數據，可按需生產正射影像和帶紋理的三維模型。

取出無人機SD卡，用讀卡器讀取航飛數據；用Pix4d軟件處理航飛數據，將像控點導入、刺點，并設置生成的點云以及正射影像的范圍后，軟件將進行全自動處理過程，軟件可根據設置的范圍，生成點云、數字表面模型以及正射影像[5-7]。要注意對高程異常值的影響、刺點精度。

4全域國土綜合整治規劃設計

全域國土綜合整治是新時代生態文明建設的重要體現，是全面實施美麗鄉村建設的重要力量。做好全域國土綜合整治規劃設計事關“生態健康、人民幸福、國家興旺”的全局。

4.1規劃設計原則

全域國土綜合整治堅持以鄉村為中心，對區域內開展農用地整治、建設用地征整治和生態保護修復，合理布局自然地理要素，堅持以人民為中心，優化生產、生活、生態空間。

全域國土綜合整治堅持頂層設計，堅持統籌規劃，堅持產業主導，要立足實際資源稟賦，全盤考慮，以鄉村振興為抓手，久久為功，實現區域規劃設計落地，實現人民群眾對美好生活的向往[8-10]。

4.2區域規劃設計總體方案

規劃設計的基礎在于設計人員對項目區域內所有要素的充分掌握，在于對政府頂層設計的深度理解，在于對當地百姓的訴求有全面的認識。采用無人機攝影測量，通過正射影像，能夠快速全面地了解區域內山水林田湖草村的自然布局，了解道路、電網、路燈等基礎設施分布情況。

以厘米級航飛影像為底圖，清楚地顯示該區域主要有一牲畜養殖企業，周圍有農田、坑塘、林地、農村道路等自然要素。從宏觀視角出發，結合踏勘情況，按照“以人為本、產業引領、人地共生”的理念，劃定區域，打造牲畜產業鏈特色經濟區，以牲畜養殖為主導產業，充分利用牲畜糞便，變廢物為資源，發展農業種植，林下經濟，水生作物，形成循環可利用的健康生產模式。

5實踐與思考

5.1無人機攝影測量提質增效求突破

時代的進步催生新設備快速普及，新技術快速推廣，例如：無人機設備以及無人機攝影測量技術一樣，十年前設備價格昂貴，懂無人機攝影測量技術的人寥寥無幾，而十年后的今天，設備價格平民化，無人機攝影測量技術也大眾化，這也為應用新方法新技術創造了有利條件，全域國土綜合整治在這種大背景下使用無人機攝影測量技術正當其時。本次在襄陽市樊城區太平店鎮某村全域國土綜合整治過程中正是運用了無人機攝影測量技術，大大降低了實地踏勘的工作量，節約了工作時間，減輕了工作強度。通過項目實踐，我們能深刻感受到用現代先進技術替代傳統方式的好處，也正是不斷的更新迭代，才能讓我們在工作中能夠一次次地不斷突破自我，助推技術升級，更好地服務社會發展。

5.2無人機攝影測量統攬全局見實效

規劃設計是項目開展的核心過程，其質量的好壞直接反映了項目的血肉是否鮮活，靈魂是否完美。通過規劃設計編制方案，能夠直觀地看到項目建成之后的模樣，所以一份優秀的設計方案必然是對現狀情況了然于胸的呈現，是對項目統攬全局后升華，盡顯設計師的理念。然而無人機攝影測量能直觀地反映測區地形地貌，數據采集的方式便捷，成本較低。借助攝影測量成果，規劃設計人員能夠全方位地把控項目區現狀，在全域國土綜合整治規劃設計過程中，能夠高效地進行全局統籌規劃，也能細致專注地進行細部特征設計。因此，無人機攝影測量應用于全域國土綜合整治規劃設計過程中能夠加快推動全域工作進程，為優化設計方案提供宏觀支持。

5.3無人機攝影測量持之以恒為保障

規劃編制實施方案是指導整個項目實施的依據，但是任何的成功都不是一蹴而就的，而是需要不停地反復打磨，為了更好地適應項目區發展和需要，局部的調整修改完善是不可避免的。從現有的經驗來看，全域國土綜合整治項目實施需要約3～5年，時間長，在項目施工推進過程中，出現規劃設計變更的情況也是正常的，使用無人機攝影測量技術能夠為規劃設計單位提供適時的影像，保障規劃設計變更工作能夠順利的開展，因此，可以將無人機攝影測量技術貫穿于整個實施階段，為各方面溝通協調等提高效率，贏得時間，讓項目早日落地，讓人民早日受益。

6結語

結合無人機在全域國土綜合整治規劃設計中的應用和實踐，無人機攝影測量以其高分辨、高時效性、操作簡單、成本低廉的自身優點，有效地解決了丘陵山崗地區地形地貌測繪難度大的問題，顯著地提高了規劃設計效率，極大地解放了人力資源，明顯地降低了項目實施成本，讓設計者擁有更多的時間和精力專注于項目設計。

參考文獻

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