無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在貴州山地旅游區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用探討

羅　斐，邵金強(qiáng)，張　磊

(貴州省地礦局測(cè)繪院，貴州　貴陽(yáng)　550018)

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無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在貴州山地旅游區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用探討

羅斐，邵金強(qiáng)，張磊

(貴州省地礦局測(cè)繪院，貴州貴陽(yáng)550018)

簡(jiǎn)要介紹了無人機(jī)的發(fā)展，結(jié)合無人機(jī)及其技術(shù)的特點(diǎn)和筆者單位的具體應(yīng)用情況，總結(jié)敘述了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)相對(duì)于有人機(jī)航測(cè)和常規(guī)測(cè)繪方法具有的10個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，并就無人機(jī)航測(cè)技術(shù)及成果在貴州省山地旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，為旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)工作提供一點(diǎn)參考。

無人機(jī)；航測(cè)技術(shù)；山地旅游區(qū)；應(yīng)用探討

P231

A

1000-5943(2016)02-0140-05

“十三五”期間，貴州省將推進(jìn)黔中山地休閑度假旅游區(qū)、黔北山地人文與生態(tài)旅游區(qū)、黔東南山地民族文化生態(tài)旅游區(qū)、黔南山地生態(tài)文化旅游區(qū)、黔東北山地文化生態(tài)旅游區(qū)、黔西南山地文化景觀旅游區(qū)、黔西北山地民族文化生態(tài)旅游區(qū)等七大特色旅游區(qū)建設(shè)發(fā)展；將依托省內(nèi)外交通互聯(lián)，發(fā)展貴廣高鐵山地生態(tài)文化旅游帶、滬昆高鐵貴湘特色旅游帶、滬昆高鐵貴滇特色旅游帶、貴渝高鐵特色旅游帶、成貴高鐵特色旅游帶等特色旅游帶，將根據(jù)以上規(guī)劃加快和完善100個(gè)重點(diǎn)山地旅游景區(qū)的建設(shè)，把貴州省打造成為山地旅游大省和國(guó)家山地公園示范區(qū)。而這些旅游區(qū)(帶)將進(jìn)行大量的控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃，根據(jù)筆者單位已參與完成的兩個(gè)旅游區(qū)規(guī)劃的情況來看，從貴州旅游區(qū)的地形地貌基本特征、植被覆蓋以及成本上考慮，在規(guī)劃設(shè)計(jì)圖件的底圖(地形圖)要素獲取方面，筆者認(rèn)為可以用近年來迅猛發(fā)展的無人機(jī)及其技術(shù)取代需要投入大量人力、物力和財(cái)力的常規(guī)儀器地形測(cè)量方法，同時(shí)其生產(chǎn)的DEM、DOM、DLG、三維景觀模型及俯視視頻等產(chǎn)品可以為規(guī)劃布局、建設(shè)項(xiàng)目立項(xiàng)、選址及景觀設(shè)計(jì)等提供精確、直觀的依據(jù)。筆者根據(jù)測(cè)繪無人機(jī)的發(fā)展及其優(yōu)勢(shì)，結(jié)合自己的了解和在實(shí)際工作中應(yīng)用，對(duì)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其成果在貴州山地旅游區(qū)規(guī)劃中如何應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1　無人機(jī)的發(fā)展

無人機(jī)出現(xiàn)在1917年，主要應(yīng)用在軍事上，上世紀(jì)80年代以來，隨著IT技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種傳感器的不斷出現(xiàn)，無人機(jī)的性能得到不斷提升，應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域也得到迅速的拓展。目前各種用途、各種性能指標(biāo)的無人機(jī)的類型已達(dá)數(shù)百種之多，分類方法多種多樣，按照大的用途可以分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)；按照其自身結(jié)構(gòu)可分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)和無人直升機(jī)等；根據(jù)其動(dòng)力系統(tǒng)可分為電動(dòng)無人機(jī)、油動(dòng)無人機(jī)和油電混合無人機(jī)；根據(jù)航程可分為遠(yuǎn)程、中程和近程無人機(jī)；根據(jù)其續(xù)航能力可分為長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)和短航時(shí)無人機(jī)。

隨著無人機(jī)應(yīng)用于測(cè)繪工作中，逐漸形成了一套以無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，搭載各種傳感器，以先進(jìn)的全自動(dòng)化攝影測(cè)量工作站和相關(guān)軟件為處理平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)飛行控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)，以及3S(GPS衛(wèi)星導(dǎo)航、GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感)技術(shù)的集成、定制，成為一套基于無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的信息快速獲取及處理系統(tǒng)。目前用于測(cè)繪工作中的無人機(jī)及其航攝設(shè)備主要有以下幾種：

圖1無人機(jī)類型及航攝設(shè)備

Fig.1UAV types and air survey equipments

2　無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在實(shí)際應(yīng)用中無人機(jī)及其航測(cè)技術(shù)具有如下幾個(gè)主要方面的優(yōu)勢(shì)：

(1)無人機(jī)運(yùn)輸方便，系統(tǒng)集成度高，只需裝載于一般的運(yùn)輸車中，也可進(jìn)行鐵路或航空托運(yùn)，方便在各地開展工作任務(wù)。

(2)無人機(jī)起降方便。由于其體積小、重量輕和滑跑距離短，采用滑起、滑降、彈射、傘降、垂直起降等方式，相較于有人機(jī)航測(cè)，它無需機(jī)場(chǎng)起降和進(jìn)行機(jī)場(chǎng)協(xié)調(diào)等一系列工作，對(duì)起降場(chǎng)地要求低，一般有凈空條件較好的平整的草地或公路即可。

(3)可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無人機(jī)航空攝影在執(zhí)行任務(wù)之前，按照測(cè)繪需求自動(dòng)完成飛行計(jì)劃，制定飛行路線、航拍點(diǎn)布置等；在航空攝影飛行過程中，可實(shí)行即時(shí)重拍，軌跡回放、分析漏拍等。

(4)獲取影像分辨率高?，F(xiàn)在的無人機(jī)基本都是搭載2 000萬像素分辨率以上的相機(jī)，有的達(dá)到8 000萬像素，能低空作業(yè)和云下攝影，完全可以獲取分辨率優(yōu)于0.05 m的全色影像。

(5)飛行效率高。無人機(jī)航空攝影不受地形影響，可進(jìn)入各種復(fù)雜地域拍攝，無論是林地、高原、盆地、水域都可以實(shí)施攝影，獲取數(shù)據(jù)全面準(zhǔn)確，有效拍攝時(shí)間長(zhǎng)，能夠高效率完成工作任務(wù)。針對(duì)面積不大，特別是貴州這種晴天較少、云層較低的省份，與有人機(jī)航測(cè)比較它具有較大的優(yōu)勢(shì)，效率較高。

(6)空三加密速度快。隨著IT的發(fā)展，計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的提高，同時(shí)各種空三加密軟件經(jīng)過不斷的改進(jìn)，各項(xiàng)解算的自動(dòng)化程度極大提高，人工干預(yù)減少，極大的提高了出成果的速度，同一項(xiàng)目以往用3天時(shí)間而現(xiàn)在用5、6個(gè)小時(shí)就可完成。

(7)產(chǎn)品精度高。隨著無人機(jī)飛控系統(tǒng)和差分GPS系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和完善，是無人機(jī)的平穩(wěn)程度和與相機(jī)曝光時(shí)間對(duì)應(yīng)的攝影中心定位精度得到極大的提高，在測(cè)制1∶1000及以下比例尺的地形圖時(shí)可以不需作像片控制點(diǎn)，生成的正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM)精度較高。下面以我單位在畢節(jié)完成的某個(gè)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目生產(chǎn)任務(wù)為完成約25 km2的1∶1000比例尺DOM和DEM制作，采用無人機(jī)差分GPS技術(shù)，作了6個(gè)像片控制點(diǎn)，在明顯的地物、道路拐點(diǎn)、房角采集了40個(gè)檢查點(diǎn)，精度統(tǒng)計(jì)見表1。

(8)產(chǎn)品內(nèi)容豐富?？梢陨a(chǎn)數(shù)字線化圖(DLG)、數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)或數(shù)字地面模型(DSM)、數(shù)字點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維實(shí)景模型、俯視視頻等。

(9)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過本單位近期采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)完成的一個(gè)項(xiàng)目和與本項(xiàng)目地形和面積相似的采用常規(guī)測(cè)量方法完成的一個(gè)項(xiàng)目比較，無人機(jī)航測(cè)在工期上縮短近56%，投入人員減少近67%，節(jié)省費(fèi)用14.2萬元，極大的提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

表1　1∶1000DOM和DEM成果檢查精度統(tǒng)計(jì)表

表2　兩種方法比較

(10)運(yùn)行維護(hù)成本低。整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)、維修成本較低，運(yùn)行成本也比有人機(jī)和常規(guī)測(cè)繪低。

3　無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在貴州山地旅游區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在底圖(地形圖)要素獲取方面的應(yīng)用

下面就在貴州省旅游區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃中，如何采用無人機(jī)及其技術(shù)獲取底圖(地形圖)要素，其主要工作流程及方法如下：(圖2)

航線規(guī)劃設(shè)計(jì)：按照風(fēng)景區(qū)范圍、成圖比例尺要求、平均基準(zhǔn)面高程進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)航高、分辨率、重疊度等。

航攝：由于風(fēng)景旅游區(qū)山高林密，建議采用搭載差分GPS和35 mm鏡頭照相機(jī)的無人機(jī)進(jìn)行航攝，便于減少像控點(diǎn)工作量，同時(shí)減少投影差。

像控點(diǎn)測(cè)量：利用VirtuoZo Smart等相關(guān)航空攝影測(cè)量影像快速拼接軟件生成的正射影像圖作為工作底圖，攜帶數(shù)碼相機(jī)，利用GPS-RTK方法，進(jìn)行像控點(diǎn)選刺和測(cè)量。

圖2工作流程圖

Fig.2Working process

空三加密：利用DPGrid、Inpho、PhotoMOD等軟件先對(duì)像片進(jìn)行影像畸變糾正預(yù)處理，主要過程包括連接點(diǎn)的提取和編輯、野外像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺、區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算、人工調(diào)整等過程，當(dāng)區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算各項(xiàng)精度指標(biāo)都滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求后生成空三加密成果。

立體測(cè)圖：由空三加密成果恢復(fù)建立立體模型利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo NT或航天遠(yuǎn)景成圖軟件按照成圖要求進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集、編輯。然后打印地形圖數(shù)據(jù)到實(shí)地進(jìn)行調(diào)查、檢查、核實(shí)和定性，室內(nèi)根據(jù)外業(yè)調(diào)繪底圖進(jìn)行修改、處理，最后形成標(biāo)準(zhǔn)的地形圖成果(DLG)，該成果作為規(guī)劃設(shè)計(jì)的綜合現(xiàn)狀圖，其地形地物要素作為各種圖件設(shè)計(jì)的底圖要素。

3.2航測(cè)技術(shù)成果在貴州山地旅游區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用探討

如圖2所示，利用已測(cè)制完成的數(shù)字化地形圖數(shù)據(jù)生成風(fēng)景旅游區(qū)的數(shù)字高程模型(DEM)，然后利用數(shù)字高程模型進(jìn)行影像糾正、投影轉(zhuǎn)換，經(jīng)過勻光勻色、鑲嵌、裁切、檢查、編輯，形成整個(gè)區(qū)域的正射影像圖(DOM)。

(1)DOM它是同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征的圖像，具有精度高、信息豐富、直觀真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)。在山地旅游區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可直觀的看到區(qū)域的實(shí)際現(xiàn)狀，它可作為地圖分析背景控制信息，也可從中提取自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史信息或最新信息。

(2)DEM數(shù)據(jù)包含了豐富的地形、地貌、水文信息，它能夠直觀展現(xiàn)一個(gè)地區(qū)的地形、地貌特征，通過DEM可以提取大量的地表形態(tài)信息，如坡度、坡向、水系等，在山地旅游區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，利用ArcGIS等GIS的空間分析功能，可以對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行等高線提取、坡度提取、坡向提取等。對(duì)提取出的坡度特征，可以用于分析規(guī)劃區(qū)域的水土流失敏感性、設(shè)施建設(shè)的適宜性；提取的等高線和坡度分布信息，可以作為規(guī)劃路線選線的依據(jù)；提取的坡向信息，可以作為景區(qū)建設(shè)用地布局以及各種建設(shè)的參考依據(jù)。

(3)三維地表模型和三維實(shí)景模型：利用ArcGIS等相關(guān)軟件，把DOM與DEM、進(jìn)行疊加處理可以快速的建立整個(gè)區(qū)域的三維地表模型；利用無人機(jī)搭載五個(gè)鏡頭的相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影，利用偉景行、3dmax等軟件建立旅游區(qū)三維實(shí)景模型。由于有了地形地物的三維數(shù)據(jù)，它們給人以更強(qiáng)烈的視覺刺激，隨著GIS的不斷發(fā)展，近年來利用三維GIS結(jié)合空間可視化技術(shù)建立的三維可視化系統(tǒng)不斷被開發(fā)出來，如下圖是citymarker三維可視化系統(tǒng)：(圖3)

圖3citymarker三維可視化系統(tǒng)

Fig.3Citymarker 3D visualization system

它具有獨(dú)特的三維空間分析功能。①面向三維幾何對(duì)象的三維幾何分析，如空間距離量測(cè)、體積量測(cè)、表面積量測(cè)、疊置分析、緩沖區(qū)分析等；②面向三維空間的統(tǒng)計(jì)分析，如空間回歸分析、空間相關(guān)分析、空間聚類分析等；③面向典型領(lǐng)域應(yīng)用模型分析，如面向林區(qū)的樹林分析、地質(zhì)應(yīng)用的地質(zhì)分析、規(guī)劃應(yīng)用的日照分析、河湖流域的流域分析等。因此在山地旅游區(qū)規(guī)劃中，可以利用三維可視化系統(tǒng)軟件，結(jié)合旅游區(qū)三維空間信息進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的定性、定量的綜合分析，為規(guī)劃設(shè)計(jì)編制工作提供設(shè)計(jì)依據(jù)，可以減輕規(guī)劃編制單位大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料收集工作，并為規(guī)劃編制指標(biāo)提供三維可視化的分析工具，提高規(guī)劃編制的科學(xué)性。

利用三維可視化系統(tǒng)軟件，還可以進(jìn)行旅游區(qū)建筑模型和場(chǎng)景的規(guī)劃設(shè)計(jì)，見下圖(圖4)：

圖4模型設(shè)計(jì)

Fig.4Model design

(4)視頻：利用多旋翼無人機(jī)搭載攝像機(jī)，可以對(duì)景區(qū)和景點(diǎn)進(jìn)行上下、遠(yuǎn)近的攝影，獲取清晰的視頻，把景區(qū)和景點(diǎn)的風(fēng)景直觀、完整的展現(xiàn)在決策者、管理者、設(shè)計(jì)者、觀眾、網(wǎng)友和旅游愛好者的眼前，為決策、管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、觀賞、了解和旅游出行計(jì)劃制定等提供直觀依據(jù)。

4　結(jié)語

隨著無人機(jī)的不斷發(fā)展及成本的降低，無人機(jī)技術(shù)的不斷完善和豐富，航測(cè)技術(shù)數(shù)字成果的多樣化，無人機(jī)及其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)凸顯，它已開始在測(cè)繪、國(guó)土資源調(diào)查、城市規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害、應(yīng)急搶險(xiǎn)、電力巡線、林業(yè)普查等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，現(xiàn)在有些省份已開始嘗試?yán)脽o人機(jī)及其技術(shù)在旅游行業(yè)中運(yùn)用。隨著無人機(jī)航測(cè)成果以其直觀性、數(shù)字化的特點(diǎn)，結(jié)合3S技術(shù)的應(yīng)用，它將在大數(shù)據(jù)的建設(shè)、互聯(lián)網(wǎng)+的不斷發(fā)展以及規(guī)劃設(shè)計(jì)無紙化的推進(jìn)中得到很好的推廣應(yīng)用。隨著貴州省把貴州打造成為山地旅游大省和國(guó)家山地公園示范區(qū)的發(fā)展理念的提出及推進(jìn)，近期全省旅游大普查的開展，在“十三五”期間將有大量的山地旅游景區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)。

根據(jù)以上無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用及貴州省山地旅游發(fā)展的需要，特別是在在貴州省這種山高林密、地形地貌復(fù)雜的地區(qū)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在貴州省山地旅游區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中將得到極大的推廣應(yīng)用，將改變山地旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)工作原有的作業(yè)模式。

[1]范承嘯，韓俊，熊志軍，趙毅.無人機(jī)遙感技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].測(cè)繪科學(xué)，2009，34(5).

[2]邵金強(qiáng).淺述無人機(jī)及其技術(shù)在地質(zhì)工作中的應(yīng)用[J].科技視界，2014，21(01).

[3]何敬，李永數(shù)，徐京華，魯恒.無人機(jī)影像制作大比例尺地形圖試驗(yàn)分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2009，8.

[4]方仕平，等.淺談低空數(shù)碼航空攝影在線路測(cè)量中的應(yīng)用[J].天然氣與石油，2008，26(4).

Application and Analyses of UAV Survey in Mountain Tourist Planning of Guizhou

LUO Fei，SHAO Jin-qiang，ZHANG Lei

(InstituteofSurveyingandMapping，GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development，Guiyang550018，Guizhou，China)

In this paper，the development of UAV is introduced，according to the UAV technology and actual condition，10 advantages of UAV survey compare with sir survey and traditional method are summarized，the application of UAV survey technology and results in mountain tourist planning of Guizhou province is discussed，then it will give some guidance for tourist planning.

UAV；Air survey；Mountain tourist area；Discussion of application

2016-03-01

羅斐(1963—)，男，四川榮縣人，高級(jí)工程師，主要從事3S技術(shù)應(yīng)用工作。