無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在土地整治項(xiàng)目中的應(yīng)用

韓周炳 何龍飛

江西省地礦測(cè)繪院，江西南昌 330030

土地整治是指對(duì)低效利用的耕地、不合理利用、未利用以及生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)和自然災(zāi)害損毀的土地進(jìn)行整治，以提高土地利用效率的活動(dòng)。而在土地整治項(xiàng)目活動(dòng)中，自項(xiàng)目的立項(xiàng)、可行性研究、工程測(cè)量、規(guī)劃設(shè)計(jì)、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算、項(xiàng)目施工、進(jìn)度監(jiān)控以及竣工驗(yàn)收等均可使用無(wú)人機(jī)航攝的高分辨率的正射影像圖。該圖具有現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、精度高等優(yōu)勢(shì)，是近年來(lái)新興且不失機(jī)動(dòng)性、靈活性，并可以較大幅度縮短工期又節(jié)約成本的一項(xiàng)新技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況

廣西浦北縣石埇鎮(zhèn)油灘村等2個(gè)村土地整治項(xiàng)目位于東經(jīng)109°31′～109°34′，北緯21°54′～21°57′之間，屬于丘陵地貌，地形復(fù)雜多樣，農(nóng)作物主要以種植甘蔗為主。項(xiàng)目區(qū)面積為5.92km2，作業(yè)時(shí)間正值甘蔗茂盛季節(jié)，給常規(guī)地形圖測(cè)量繪帶來(lái)一定的困難。根據(jù) 《廣西壯族自治區(qū)土地整治項(xiàng)目工程測(cè)量技術(shù)規(guī)定》 的要求，坐標(biāo)系統(tǒng)：平面采用1980西安坐標(biāo)系，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，成圖比例尺為1∶1000的主要技術(shù)要求。根據(jù)項(xiàng)目情況和技術(shù)要求，我院通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘決定采用了無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)先獲取高清正射影像圖，通過(guò)正射影像圖同時(shí)滿足土地整治項(xiàng)目的地形圖測(cè)量和規(guī)劃設(shè)計(jì)等工作，現(xiàn)將無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)及正射影像圖成果在土地整治活動(dòng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

2 無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)是通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程序控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人的固定翼或旋轉(zhuǎn)翼飛行器，是繼衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感之后新興起來(lái)的一項(xiàng)新型航空遙感技術(shù)，它的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面[1]：

2.1.1 運(yùn)輸方便

無(wú)人機(jī)的機(jī)翼與機(jī)身采用的分體式結(jié)構(gòu)，安裝快捷，拆卸靈活，只需裝載于一般運(yùn)輸車(chē)輛中，方便在各地各項(xiàng)目之間轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.1.2 操作便捷

可采用滑跑及彈射起飛，降落受場(chǎng)地限制較小，在樓頂、公路或草地等開(kāi)闊區(qū)域均可起降，無(wú)需租用機(jī)場(chǎng)起降和協(xié)調(diào)等一系列繁瑣工作。

2.1.3 可以獲取高精度正射影像圖

能夠拍攝出大比例尺高分辨率的正射影像圖，能夠清晰直觀地反應(yīng)土地整治項(xiàng)目區(qū)域的田埂、道路、溝渠等地形地貌。

2.1.4 工作效率高

無(wú)人機(jī)航攝相比大飛機(jī)而言，對(duì)天氣的要求相對(duì)較低，能低空作業(yè)和云下攝影，尤其是發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，能夠優(yōu)于有人駕駛飛機(jī)不宜執(zhí)行的工作任務(wù)。

2.1.5 低成本

由于無(wú)人機(jī)設(shè)備的軟硬件相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)和使用成本較低。

2.2 主要做法

2.2.1 外業(yè)航攝

首先，將土地整治項(xiàng)目區(qū)范圍線的矩形四角坐標(biāo)；其次，進(jìn)行進(jìn)行野外踏勘，選定無(wú)人機(jī)起降場(chǎng)地和起降方式，了解是否有變壓器、高壓線等影響無(wú)人機(jī)起降和飛行的客觀因素存在；然后，在航線設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)風(fēng)向和地勢(shì)走向因地制宜，確定飛行軌跡和飛行高度；最后，將設(shè)計(jì)好的航線計(jì)劃導(dǎo)入控制器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試飛，為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量確保試飛過(guò)程符合設(shè)計(jì)航線是方可進(jìn)行無(wú)人機(jī)航空攝影獲取數(shù)碼相片。

2.2.2 像控點(diǎn)測(cè)量

以全野外布點(diǎn)的方式，采用GXCORS網(wǎng)絡(luò)連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量，像控點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)的平面位置中誤差不超過(guò)地物平面位置中誤差的1/5，高程相對(duì)于鄰近高程控制點(diǎn)的高程中誤差不超過(guò)基本等高距的1/10。

2.2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和DOM、DEM制作

根據(jù)外業(yè)測(cè)得像控點(diǎn)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理影像糾偏消除影像的變形粗差、空三加密、自動(dòng)匹配提取DSM （數(shù)字表面模型），采用內(nèi)業(yè)處理軟件對(duì)航攝像片進(jìn)行影像重采樣，糾正影像因地面起伏、飛機(jī)傾斜等因素引起的失真，從而得到單張像片的正射影像。經(jīng)過(guò)濾波和人工編輯處理之后生產(chǎn)DEM （數(shù)字高程模型），然后對(duì)影像進(jìn)行鑲嵌勻色處理，拼接成一幅完整的正射影像圖。最后，按50cm×50cm輸出1∶1000比例尺的分幅，成果為非壓縮、真彩色TIFF格式存儲(chǔ)的影像數(shù)據(jù) （*.tif），地面分辨率為0.1m，與相鄰影像接邊誤差不大于2個(gè)像元。

3 正射影像圖在土地整治活動(dòng)中的作用

3.1 扎實(shí)開(kāi)展實(shí)地踏勘

在土地整治項(xiàng)目在實(shí)地踏勘收集鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村委、和群眾意見(jiàn)時(shí)具有形象、直觀、真實(shí)的特點(diǎn)從而使得非專業(yè)人員也能一目了然，便于各抒己見(jiàn)地發(fā)表對(duì)本次土地整治項(xiàng)目區(qū)的建意，集中商議項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃。為了方便判讀和距離估算等工作，實(shí)地調(diào)查的DOM底圖比例尺以大于1∶2000為宜，測(cè)量和設(shè)計(jì)人員應(yīng)在外業(yè)修補(bǔ)測(cè)前磋商好重點(diǎn)測(cè)量對(duì)象、輔助測(cè)量對(duì)象。并明確測(cè)繪要求和測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.2 嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范扎實(shí)開(kāi)展測(cè)量和規(guī)劃設(shè)計(jì)

為保證測(cè)量地形圖的數(shù)學(xué)精度在測(cè)量時(shí)要嚴(yán)格按照 《廣西壯族自治區(qū)土地整治項(xiàng)目工程測(cè)量技術(shù)規(guī)定》 的要求進(jìn)行測(cè)量，首先將數(shù)字正射影像圖進(jìn)行內(nèi)業(yè)矢量化DLG （數(shù)字線劃圖），以數(shù)字正射影像圖為主要數(shù)據(jù)源，采集地物信息。然后根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)踏勘資料，針對(duì)土地平整區(qū)域進(jìn)行地形圖修補(bǔ)測(cè)，對(duì)于需要修建改建的溝渠和道路進(jìn)行工程測(cè)量，對(duì)于如魚(yú)塘、河流、攔水壩、灌溉溝渠和排水溝等要進(jìn)行進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)量。為后續(xù)設(shè)計(jì)、施工等工作盈余更充裕的時(shí)間，對(duì)于不涉及整理區(qū)域可以不進(jìn)行外業(yè)測(cè)量。規(guī)劃設(shè)計(jì)工作要嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范依據(jù)，進(jìn)行工程布局，當(dāng)初步設(shè)計(jì)方案形成后，將設(shè)計(jì)規(guī)劃圖采用不同的顏色套入到正射影像圖中，再次到項(xiàng)目區(qū)征求業(yè)主、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村委和群眾的意見(jiàn)，并讓各方參與代表在公示結(jié)果欄簽章，據(jù)此編制的規(guī)劃設(shè)計(jì)成果進(jìn)行評(píng)審驗(yàn)收。

4 優(yōu)缺點(diǎn)的分析

4.1 縮短工期

在前期地形圖測(cè)量階段大大地縮短了工期，大幅度提升了工作效率。從所需的時(shí)間上來(lái)分析，當(dāng)與常規(guī)測(cè)量的相比較下（ 假設(shè)作業(yè)人員為6人時(shí)），采用常規(guī)方法至少需要50d來(lái)完成該項(xiàng)目1∶1000的地形圖測(cè)量。而采用無(wú)人機(jī)航攝影技術(shù)，從航攝、像控測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、實(shí)地踏勘、DLG（ 數(shù)字線劃圖） 矢量化成圖、外業(yè)地形圖修補(bǔ)測(cè)、成果整理檢查提交用時(shí)僅花32d。使工作進(jìn)度提高了35%。當(dāng)正射影像圖輸出之后設(shè)計(jì)人員可以第一時(shí)間先實(shí)地踏勘征求群眾意見(jiàn)、初步設(shè)計(jì)等，待地形圖輸出之后再編制詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，故也大大地縮短了規(guī)劃設(shè)計(jì)耗時(shí)為后續(xù)工作贏得更充足的時(shí)間。

4.2 提高測(cè)量和規(guī)劃成果質(zhì)量

地形圖測(cè)量是土地整治活動(dòng)的前期階段，所謂的前期階段，是規(guī)劃設(shè)計(jì)中的所有工作都需要建立在測(cè)量成果之上。當(dāng)正射影像圖成果輸出之后，首先，是進(jìn)行內(nèi)業(yè)DLG（ 數(shù)字線劃圖）矢量化成圖；然后將初步形成的地形圖按1∶1000比例尺打印輸出；其次，測(cè)量工作人員拿著紙質(zhì)地形圖及結(jié)合踏勘收集鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村委、和群眾規(guī)劃整治意向進(jìn)行外業(yè)核查糾錯(cuò)，并進(jìn)行田埂、田坎、水溝、道路、管線、涵洞等地形地貌進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)[3]。對(duì)于需要平整或修建灌、排水渠以及田間道路的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的工程測(cè)量。正射影像圖加載了高程模型，設(shè)計(jì)人員能夠從正射影像圖上獲取更加真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，將規(guī)劃內(nèi)容更加形象直觀地通過(guò)具有特定含義的線條、符號(hào)和顏色在平面圖上展示出來(lái)，從而提升規(guī)劃質(zhì)量，便于公眾對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。

4.3 節(jié)約測(cè)量成本

采用無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)之后測(cè)量工作首先是通過(guò)正射影像圖進(jìn)行矢量化，然后外業(yè)對(duì)溝渠、道路等地形地貌以及高程進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)工作，使得外業(yè)測(cè)量時(shí)間減少約40%～50%，從而大大節(jié)約了外業(yè)測(cè)量工作的成本。

4.4 存在的問(wèn)題及建議

由于無(wú)人機(jī)體積較小在飛行過(guò)程中容易受到橫風(fēng)的影響，在飛行時(shí)較容易出現(xiàn)俯沖和橫滾角度過(guò)大、數(shù)碼航片數(shù)量較多、影像之間存在不同程度的變形等缺點(diǎn)；在相比大飛機(jī)航攝需要較多的像控點(diǎn)來(lái)糾正影像或結(jié)合實(shí)測(cè)線狀地物及高程點(diǎn)進(jìn)行二次影像校正來(lái)提高影像圖的精度。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)的精度指標(biāo)能夠滿足土地整治項(xiàng)目活動(dòng)中測(cè)量及規(guī)劃設(shè)計(jì)的需要，筆者以項(xiàng)目為研究對(duì)象，總結(jié)分析無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)在土地整治項(xiàng)目測(cè)量及規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和做法?？梢岳脽o(wú)人機(jī)航攝的靈活機(jī)動(dòng)性來(lái)幫助工作人員提高土地整治項(xiàng)目的準(zhǔn)確性，同時(shí)又能縮短測(cè)量和規(guī)劃設(shè)計(jì)的作業(yè)工期，為土地整治項(xiàng)目起到至關(guān)重要的意義[4]。

[1] 邵金強(qiáng)，羅斐，張磊.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)和其在土地整治項(xiàng)目中應(yīng)用探討[J].科技視野，2014（1）.

[2] 段向鋒，鄧黃興，葉科峰.無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)在土地整治項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].南方國(guó)土資源，2014（9）.

[3] 馮太相.土地整治項(xiàng)目中的地形圖測(cè)量與測(cè)繪技術(shù)分析[J].建筑學(xué)研究前沿，2017.

[4] 李海燕.低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在土地整治中的應(yīng)用[J].基層建設(shè)，2017（3）.