吳 濤
(重慶欣榮土地房屋勘測(cè)技術(shù)研究所,重慶 400020)
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低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用
吳 濤
(重慶欣榮土地房屋勘測(cè)技術(shù)研究所,重慶 400020)
低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代新型應(yīng)用測(cè)繪技術(shù),該技術(shù)的運(yùn)用將有助于提高土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展。該研究主要闡述了低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成及特點(diǎn),介紹了低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)流程及測(cè)繪成果在土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用,比較了相對(duì)于傳統(tǒng)野外實(shí)測(cè)地形圖,低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)。
低空無(wú)人機(jī);航空攝影測(cè)量技術(shù);土地整治;規(guī)劃設(shè)計(jì)
實(shí)施土地整治項(xiàng)目,有利于推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展,確保耕地總量動(dòng)態(tài)平衡和耕地占補(bǔ)平衡,有利于促進(jìn)“三農(nóng)”問(wèn)題的解決,實(shí)現(xiàn)土地資源優(yōu)化配置,對(duì)改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境等,都具有十分重要的作用[1]。土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)是根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等因素,以及當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和群眾生產(chǎn)、生活需求開(kāi)展進(jìn)行的活動(dòng)過(guò)程,也是為土地整治項(xiàng)目的建設(shè)提供有技術(shù)依據(jù)的設(shè)計(jì)文件和圖紙的整個(gè)活動(dòng)過(guò)程。由于土地整治是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜性系統(tǒng)工程,項(xiàng)目實(shí)施規(guī)模大,涉及面廣,時(shí)效性強(qiáng),因此,科學(xué)、合理的項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)將直接影響土地整治項(xiàng)目的成效。從當(dāng)前情況來(lái)看,土地整治項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)變更比較普遍,主要是規(guī)劃設(shè)計(jì)工程布設(shè)情況與現(xiàn)場(chǎng)不符合。這是由于項(xiàng)目涉及區(qū)域太大,設(shè)計(jì)人員踏勘不仔細(xì)造成。但也有一種不能忽視的原因,項(xiàng)目區(qū)傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地形圖,即規(guī)劃設(shè)計(jì)的前期測(cè)繪成果,由于其質(zhì)量較差、精度較低,一些區(qū)域的路、溝、渠等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和地形地貌與實(shí)際情況不符,從而導(dǎo)致了規(guī)劃的工程無(wú)法實(shí)施,或者開(kāi)展設(shè)計(jì)變更。
針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地形圖對(duì)土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的影響,根據(jù)渝國(guó)土房管發(fā)[2013]113號(hào)文件,從2013年底起,重慶市市級(jí)投資土地整治項(xiàng)目將采用低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)。這將避免傳統(tǒng)野外實(shí)測(cè)地形圖對(duì)土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的人為影響,有力地利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)提高對(duì)土地整治項(xiàng)目的服務(wù)能力。
1.1 低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái),搭載高檔民用相機(jī),基于地面控制系統(tǒng)實(shí)施航跡規(guī)劃、監(jiān)控,借助飛行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高分辨率遙感影像的自動(dòng)拍攝,從而快速獲取目標(biāo)區(qū)域基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)[2]。它一般由飛行控制系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、航拍系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件等4部分組成[3]。
飛行控制系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的飛行控制核心。該系統(tǒng)通過(guò)GPS等導(dǎo)航定位信號(hào),解算無(wú)人機(jī)的位置、速度、高度等信息,接受地面發(fā)射的控制信息,進(jìn)而對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行全面自動(dòng)控制,按照預(yù)定航線進(jìn)行自動(dòng)飛行。
地面站控制系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)飛行前要規(guī)劃好任務(wù)航線,同時(shí)在飛行過(guò)程中地面站控制軟件可以實(shí)時(shí)顯示飛行區(qū)域的電子地圖、航跡、飛行參數(shù)、飛行姿態(tài)等信息。同時(shí),根據(jù)實(shí)際情況,地面控制人也可以通過(guò)控制系統(tǒng)修改航路點(diǎn)和目標(biāo)航向,監(jiān)視飛行狀態(tài)。
航拍系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際使用的需要,搭載如單反數(shù)碼相機(jī)、數(shù)值航攝儀等航拍系統(tǒng),滿(mǎn)足不同類(lèi)型、精度的航拍要求。
數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)是通過(guò)影像處理軟件進(jìn)行航片的拼接及坐標(biāo)高程信息的定義以及DOM(高分辨率全范圍數(shù)字正射影像圖)、DEM(數(shù)字地面模型)的制作。
1.2 低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)特點(diǎn)低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)是集成了高空拍攝、遙控、遙感以及航空攝影測(cè)量的新型應(yīng)用測(cè)繪技術(shù),目前廣泛用于國(guó)土、交通、規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域,它具有如下特點(diǎn):①便利性。低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)集成度較高,單體體積較小,一般的車(chē)輛能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移,更重要的是無(wú)人機(jī)的起降、收回對(duì)場(chǎng)地要求較低,一般能通過(guò)公路、平壩等實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的滑起、滑降等操作,甚至一些旋翼機(jī)僅僅通過(guò)較小的平整場(chǎng)地即可開(kāi)展工作。②低成本性。土地整治項(xiàng)目涉及范圍廣,特別是在重慶這樣的地形地貌以丘陵、山地為主,坡地面積較大的情況下,利用無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量能節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力,同時(shí)該系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)成本也較低。③功能多樣性。低空無(wú)人機(jī)能為如攝像系統(tǒng)、熱成像儀、氣象傳感器等提供了良好的搭載平臺(tái),不但可以開(kāi)展土地整治項(xiàng)目區(qū)測(cè)量,也可以土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),體現(xiàn)其功能多樣性。此外,低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量能獲取高重疊度影像和飛行受天氣影響小等優(yōu)點(diǎn)[4]。
2.1 重慶市土地整治項(xiàng)目低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)要求重慶市土地整治項(xiàng)目對(duì)低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)主要要求:①坐標(biāo)系統(tǒng)。平面采用1980西安坐標(biāo)系,高程采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。②正射影像分辨率與成圖比例尺。地面分辨率為0.20 m,成圖比例尺為1∶2 000。③電子成果及要求。完成1∶10 000最新變更土地利用現(xiàn)狀圖及臺(tái)賬;完成1∶2 000標(biāo)準(zhǔn)分幅與全范圍數(shù)字正射影像圖(DOM),格式為T(mén)iff文件;以及根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)際需求,對(duì)重點(diǎn)工程和土地平整區(qū)測(cè)繪1∶500或1∶200地形圖等。
2.2 低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)流程低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)流程如下:①前期工作階段。收集項(xiàng)目區(qū)地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖等相關(guān)資料,檢查相關(guān)儀器、設(shè)備,為開(kāi)展低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量做好各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作。②踏勘測(cè)區(qū)階段。對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行踏勘,通過(guò)相關(guān)資料了解測(cè)區(qū)大致地形情況,確定測(cè)區(qū)的大概范圍線,做好測(cè)量區(qū)域的設(shè)置。布設(shè)好項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的像控點(diǎn),做好場(chǎng)地的選址工作,規(guī)劃好飛行航線,尤其避開(kāi)航空攝影測(cè)量范圍內(nèi)建筑物、樹(shù)林、高低壓線等較高地物。③外業(yè)航空攝影測(cè)量階段。通過(guò)無(wú)人飛行平臺(tái)搭載攝像系統(tǒng),按照相關(guān)要求利用無(wú)人機(jī)飛行實(shí)施低空航空攝影測(cè)量工作。由GPS領(lǐng)航數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)飛行高度進(jìn)行航攝獲取測(cè)區(qū)影像資料。航空攝影測(cè)量成果資料要求圖片清晰、層次豐富,色彩均勻,色差適中,飽和度良好,能夠表達(dá)測(cè)區(qū)真實(shí)的地物信息。④內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段。利用PhotoScan等圖形處理軟件對(duì)外業(yè)航空攝影測(cè)量的影像成果進(jìn)行處理、拼接。在完整的影像上找到布設(shè)的像控點(diǎn),利用外業(yè)測(cè)量的像控點(diǎn)的坐標(biāo)、高程值對(duì)圖形進(jìn)行幾何糾正、電算加密和立體測(cè)圖、圖件修飾[5],最后輸出1∶2 000正射影像圖。同時(shí),在完成項(xiàng)目區(qū)土地利用調(diào)查工作的基礎(chǔ)上,完成項(xiàng)目區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖編制和項(xiàng)目區(qū)內(nèi)面積臺(tái)帳匯總等相關(guān)工作,為土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)提供前期成果。
2.3 低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用到土地整治項(xiàng)目中將會(huì)極大提高土地整治項(xiàng)目的前期測(cè)繪的效率和質(zhì)量,這將有助于項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展,從而提高土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。
通過(guò)無(wú)人機(jī)航空攝影,規(guī)劃設(shè)計(jì)人員將得到項(xiàng)目區(qū)的高分辨率全范圍數(shù)字正射影像圖。該圖是對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的地表、地物之間相互關(guān)系和分布狀況的實(shí)時(shí)體現(xiàn),項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的地形地貌和道路、河流、房屋等現(xiàn)狀物在圖上一一反映。規(guī)劃設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展項(xiàng)目區(qū)工程布局規(guī)劃設(shè)計(jì)踏勘時(shí),首先,通過(guò)項(xiàng)目區(qū)正射影像圖,了解項(xiàng)目區(qū)的范圍情況,統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目區(qū)已有的基礎(chǔ)設(shè)施工程的布設(shè)情況,熟悉項(xiàng)目區(qū)的主要的水文、交通、居民點(diǎn)等坐落情況,即全面掌握項(xiàng)目區(qū)的現(xiàn)狀情況。其次,根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范要求和群眾意見(jiàn),結(jié)合正射影像圖反映的實(shí)際項(xiàng)目區(qū)內(nèi)情況,科學(xué)、合理、均衡地初步布設(shè)完成項(xiàng)目工程。再次,根據(jù)初步布設(shè)的工程項(xiàng)目,再實(shí)地踏勘、論證工程布設(shè)的可行性,確保最終規(guī)劃的工程是否具備實(shí)施條件。最后,在此基礎(chǔ)上,可以利用DOM、DEM等成果,提高項(xiàng)目工程布局規(guī)劃的精細(xì)度和計(jì)算工程量的正確度,編制完成項(xiàng)目規(guī)劃圖、工程布置圖、項(xiàng)目單體工程設(shè)計(jì)圖冊(cè)和編制預(yù)算等成果。
3.1 高效性一般而言,在重慶以丘陵、山區(qū)為主的地形條件下,項(xiàng)目區(qū)1∶2 000傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地形圖,完成1 km2外業(yè)測(cè)量需要1個(gè)工作組(2人)3~4天時(shí)間,完成該地形圖的內(nèi)業(yè)處理也需要好幾天時(shí)間。而通過(guò)低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù),完成1 km2外業(yè)測(cè)量需要1個(gè)工作組(2人)僅僅需要半小時(shí),完成該地形圖的內(nèi)業(yè)處理也僅需幾小時(shí)。同時(shí)該技術(shù)幾乎不受地形影響,可進(jìn)入各種復(fù)雜地域自由拍攝,大大提高了工作效率,由于土地整治項(xiàng)目的具有時(shí)效性,往往時(shí)間要求較短,前期測(cè)量的時(shí)間縮短,也為項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段節(jié)約了大量時(shí)間,確保規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。
3.2 直觀性相對(duì)于項(xiàng)目區(qū)傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地形的成果,利用低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)取得的前期測(cè)繪成果是項(xiàng)目區(qū)全范圍數(shù)字正射影像圖。該圖直觀性強(qiáng),項(xiàng)目區(qū)群眾易分辨和識(shí)別區(qū)域內(nèi)相應(yīng)地理位置的各類(lèi)信息要素。因此,在項(xiàng)目區(qū)正射影像圖標(biāo)注的土地整治項(xiàng)目工程布局,在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)踏勘和初步設(shè)計(jì)成果征詢(xún)?nèi)罕娨庖?jiàn)時(shí),項(xiàng)目區(qū)群眾能有效識(shí)別工程布置的類(lèi)型和坐落區(qū)域,大大增強(qiáng)了項(xiàng)目區(qū)群眾對(duì)土地整治項(xiàng)目的認(rèn)識(shí),提高了群眾對(duì)土地整治項(xiàng)目的參與度。項(xiàng)目區(qū)正射影像圖,是對(duì)項(xiàng)目區(qū)區(qū)域的完全反映,避免了重要地理要素的遺漏,規(guī)劃設(shè)計(jì)人員能正確識(shí)別、判斷出項(xiàng)目區(qū)內(nèi)已有工程的數(shù)量、類(lèi)型,真正做到工程規(guī)劃布設(shè)“有的放矢”,提高了規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性,確保土地整治項(xiàng)目能全面提高全項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土地生產(chǎn)力。此外,可以利用已有的控制資料和無(wú)人機(jī)影像制作各項(xiàng)目區(qū)的DEM,進(jìn)一步制作各項(xiàng)目區(qū)的三維景觀圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目區(qū)的三維瀏覽[6]。
3.3 全面性一般而言,傳統(tǒng)的土地整治項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)使用的前期測(cè)繪資料成果,即原始地形數(shù)據(jù)圖,主要是通過(guò)野外實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)。野外實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)對(duì)于規(guī)劃設(shè)計(jì)最重要的是如何高速、準(zhǔn)確、有效地獲取項(xiàng)目區(qū)以溝、路、渠等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施為重點(diǎn)的各類(lèi)地形、地物等原始數(shù)據(jù)。由于土地整治項(xiàng)目區(qū)范圍大,特別是重慶區(qū)域內(nèi),地形復(fù)雜,傳統(tǒng)的野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往不能面面俱到,一些重要的溝、渠、路等線性要素存在漏繪的現(xiàn)象,導(dǎo)致一些工程布設(shè)不合理,項(xiàng)目規(guī)劃無(wú)法實(shí)施,特別是一些整修已有的基礎(chǔ)工程,由于測(cè)繪成果沒(méi)有反映,一旦規(guī)劃設(shè)計(jì)人員踏勘不仔細(xì),這類(lèi)工程將無(wú)法整修。同時(shí),項(xiàng)目區(qū)地形高程出現(xiàn)一些偏差,將造成土地挖填方量較大,嚴(yán)重影響工程預(yù)算的編制。通過(guò)低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)得到的項(xiàng)目區(qū)正射影像圖,并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,由于正射影像圖現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、精度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,將完全避免項(xiàng)目區(qū)內(nèi)一些基礎(chǔ)設(shè)施工程的漏繪,確保全面地反映項(xiàng)目區(qū)地形、地貌、地物,從而有助于對(duì)土地整治項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)。同時(shí),借助于現(xiàn)有的相關(guān)軟件,直接產(chǎn)生項(xiàng)目區(qū)的大比例尺等高線地形圖和地形三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),能為土地平整工程土方量計(jì)算及合理調(diào)配提供原始地形數(shù)據(jù)。
土地整治項(xiàng)目是一個(gè)系統(tǒng)性工程,規(guī)劃設(shè)計(jì)階段是這個(gè)系統(tǒng)性工程重要的組成部分,而項(xiàng)目區(qū)內(nèi)前期測(cè)繪成果將對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生重要的影響。針對(duì)目前傳統(tǒng)野外實(shí)測(cè)地形圖存在的一些問(wèn)題,采用低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪,由于其低成本、高效、全面反映等特點(diǎn)將有助于提高土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性和可行性。這也是未來(lái)土地整治前期測(cè)繪的發(fā)展方向。
但是,低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)也有其自身的局限性,天氣情況、地面植被覆蓋等因素會(huì)干擾無(wú)人機(jī)航攝,造成對(duì)路、溝、渠等線狀物在測(cè)量成果上的辨識(shí)困難。此外,航片成果由于缺少高程點(diǎn)信息,不能直接判斷局部地形起伏,增加工程布設(shè)準(zhǔn)確度,缺少線狀地物規(guī)格、材質(zhì)信息,區(qū)域小地名等,也增加了現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作量。未來(lái),通過(guò)低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)和傳統(tǒng)野外有重點(diǎn)的實(shí)測(cè)補(bǔ)調(diào),使現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)與土地整治工作相結(jié)合,將取得顯著效果。
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Application of Low-Altitude UAV Aerial Photogrammetry Technique in Land Consolidation Project Planning and Design Stage
WU Tao
(Chongqing Xinrong Land Housing Survey Research Institute, Chongqing 400020)
The low-altitude UAV aerial photogrammetry technique is new type modern mapping technology, the use of this technology will help to improve the implementation of land consolidation project planning and design work. The composition and characteristics of the low-altitude UAV aerial photogrammetry system were elaborated, application of low-altitude UAV aerial photography measurement processes and mapping results in land consolidation project planning and design stage, and advantages compared with the traditional field survey topographic maps were introduced.
Low-altitude unmanned aerial vehicles; Aerial photogrammetry technology; Land consolidation; Planning and design
吳濤(1980- ),男,四川達(dá)州人,工程師,碩士,從事國(guó)土整治項(xiàng)目研究。
2014-11-28
S 28
A
0517-6611(2015)02-295-02