航拍測量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目中的應(yīng)用研究

摘? 要：糧食安全問題一直是我國政府關(guān)注的頭等大事。我國的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)自提出以來，就面臨著許多難題，如建設(shè)時間緊、任務(wù)重、規(guī)劃難度高等。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目的規(guī)劃是建設(shè)當(dāng)中需要關(guān)注的重點，科學(xué)的規(guī)劃對建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田具有重要推動作用。無人機等航拍器的發(fā)展為建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田提供了技術(shù)支持，在對項目的勘測、繪制的過程中，發(fā)揮著重要作用。該文主要從高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目中的地形測繪出發(fā)，對其要求進行深入分析，并提出航拍測量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)當(dāng)中應(yīng)用的方法。

關(guān)鍵詞：航拍測量技術(shù)? 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田? 建設(shè)? 研究

中圖分類號：P258? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）11（c）-0251-03

Application of Aerial Photogrammetry Technology in High Standard Farmland Construction Project

ZHENG Wenzhao

（Fujian Xinguodi Land Planning and Design Co.， Ltd.， Fuzhou， Fujian Province， 350011 China）

Abstract： Food security has always been the top priority of the Chinese government. The construction of high standard farmland in China has been faced with many problems since it was put forward， such as tight construction time， heavy tasks and high difficulty in planning. The planning of high standard farmland construction project is the focus of construction， and scientific planning plays an important role in promoting the construction of high standard farmland. The development of aerial cameras such as UAV provides technical support for the construction of high standard farmland， and plays an important role in the process of project survey and mapping. In this paper， starting from the topographic mapping of high standard farmland construction project， the requirements are analyzed in depth， and the application method of aerial photogrammetry technology in high standard farmland construction is proposed.

Key Words： Aerial photogrammetry technology; High standard farmland; Construction; Research

1? 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計的要求

1.1 坐標(biāo)系統(tǒng)及成圖精度

（1）坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)在選擇的時候要注意平面坐標(biāo)系統(tǒng)與高程坐標(biāo)系統(tǒng)的區(qū)別。平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程坐標(biāo)系統(tǒng)要根據(jù)國家的要求，采用適合的坐標(biāo)基準(zhǔn)。投影時需采用高斯-克呂格投影，按照3°進行分帶。

（2）地形、困難類別和成圖比例尺。首先，在設(shè)計農(nóng)田的建設(shè)圖紙的過程中，需要關(guān)注測量區(qū)域當(dāng)?shù)氐牡匦?，通過對山地、平底、斜坡、丘陵等不同地形的合理劃分，合理計算施工工程量與工程難度。其次，選擇合適的成圖比例尺，比例尺選擇標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)面積合理選擇，等高距選擇基本為1 m。

（3）成圖精度。選擇好成圖比例尺后，需要控制成圖精度，控制平面圖中各點之間的誤差，平底、丘陵地區(qū)的誤差要不大于圖上標(biāo)注的±6 mm;林區(qū)及無法進行航拍的陰影地區(qū)的誤差可按照需要，按規(guī)定放寬，一般可以2倍為最大誤差，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整;山地地區(qū)的誤差需要控制在±8 mm。按照地圖比例尺上的高程標(biāo)注點與相鄰的野外控制標(biāo)注點的高程誤差范圍按照平地地區(qū)誤差控制在±0.4 m;丘陵為±0.5 m;困難地區(qū)為±0.7 m。同樣，困難地區(qū)可以按照2倍的最大誤差進行調(diào)整。

1.2 要素測繪

項目的現(xiàn)狀圖上需要標(biāo)明區(qū)域內(nèi)的要素：居民地、工礦建筑、水利設(shè)施、電力設(shè)施、道路交通設(shè)施、水氣管道、植被覆蓋情況、土質(zhì)、土地所有權(quán)和歸屬權(quán)等。

2? 航拍測量技術(shù)流程概述

目前航拍測量技術(shù)運用的拍攝技術(shù)主要是遙感、拍攝等非接觸式成像系統(tǒng)，通過對地形地貌、土地上設(shè)施等要素的拍攝、測量、處理、分析，從而獲得當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔?。拍攝測量與遙感測量是獲取地理信息的重要技術(shù)。航拍測量依靠飛行器（飛機、無人機等），對地面進行連續(xù)拍攝，并與地面水平測量、立體測繪等技術(shù)進行結(jié)合，從而繪制出地形圖的測量方式。航拍測量的出現(xiàn)為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供了便利，當(dāng)某一區(qū)域建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積過大時，地面測量的工程量過大，精確度下降，此時就需要使用航拍測量的手段，通過在空中拍攝地面的影像，對影響進行處理和分析，進而結(jié)合地面測量的數(shù)據(jù)，建立起立體的地面圖形，最終在計算技術(shù)進行成像，成為數(shù)字地形圖。

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的區(qū)域航拍時要首先要了解當(dāng)?shù)氐拿娣e，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)與資料，對測量區(qū)進行實地勘測，編寫航拍測繪的方案，對方案進行審計，通過后開始向相關(guān)空域管理部門申請和調(diào)遣飛機。拍攝當(dāng)中，航拍飛行器要按照設(shè)計的拍攝方案進行工作，控制拍攝效果。最后，拍攝技術(shù)后對拍攝成果進行驗收，不符合的地方需要二次拍攝，最終獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行后期的處理并上交給設(shè)計部門。

3? 航拍測量成圖的過程分析

3.1 航拍攝影

目前常見的航空航拍攝影系統(tǒng)主要是中國測繪研究院的輕型飛機所裝備的航拍系統(tǒng)，通過按照飛行拍攝設(shè)計方案，進行拍攝，獲取拍攝目的地的高分辨率影像數(shù)據(jù)。

3.2 基礎(chǔ)控制測量

對于平面基礎(chǔ)測量的控制一般采用GPS靜態(tài)定位的方式，將目標(biāo)地的坐標(biāo)系統(tǒng)點位與平面點位相結(jié)合，此時采用的測量控制等級為GPS E級網(wǎng)點精度，平面點位的最弱電與坐標(biāo)系統(tǒng)的點位誤差控制5 cm。高程測量等級選擇第四級，其采用直接水準(zhǔn)的方法，電子水準(zhǔn)儀為DS3，要求控制每公里的偶然中誤差在5 mm以內(nèi)，全中的誤差需要保證在10 mm以內(nèi)。因此，需要采用GPS點的高程都需要進行第四等的水平連測。

3.3 影響控制點布設(shè)

航拍測量過程中需要對影像進行控制點的布設(shè)，通過對平面控制點按照不同區(qū)域、航線進行布設(shè)，高程控制點需要按照不同地形，如山地、丘陵、平底進行布設(shè)，在航攝區(qū)、航拍比例、成圖地形類別等因素的依據(jù)下進行拍攝。平面控制、平高控制點相對鄰近基礎(chǔ)控制點的平面位置中誤差需要不超過地圖誤差的±0.1 mm。

3.4 相控點連測

相片控制點連測應(yīng)起閉與GPS、水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)控制點上。使用過程中，在使用之前需要確定其位置正確，發(fā)現(xiàn)定位有錯誤或有一定疑問時需禁止使用，進行重新確定。像片控制點平面位置連測采用GPS靜態(tài)測量方法，像控制點高程采用GPS靜態(tài)測量的方法。

3.5 空三加密

3.5.1 選點要求

空三加密選點要求主要包括下面4點：（1）同一張拍攝的像片上，不同的3個模型的連接點，需要通過主點，并且垂直于方位線的直線與旁向重疊的交點1 cm范圍內(nèi)選擇，6個模型的連接線所稱圖形需要盡可能成為一個矩形。（2）位于主點附近的模型，其連接點需要選取在距離主點在1 cm范圍內(nèi)的明顯點上，如果遇到了選點困難的情況，可適當(dāng)將范圍放寬到1.5 cm的。（3）地形當(dāng)中有河流、山脈、山谷等布設(shè)的航線點時，要注意不同高度之間上、中、下3個模型店之間的高差相近，避免出現(xiàn)相對定向不定性。（4）自由突變的模型點一般選擇在測圖范圍線以外。

3.5.2 加密平差技術(shù)要求

（1）空三加密時需要采用JX-4全數(shù)字測量系統(tǒng)當(dāng)中的GXP-AAT自動空中三角測量系統(tǒng)。（2）相機文件需要按照航攝鑒定表里提供的信息參數(shù)進行建立。（3）像控制點文件需要按照野外作業(yè)的像控制點成果進行建立。（4）內(nèi)部作業(yè)加密網(wǎng)需要按照野外作業(yè)像控點布點圖進行劃分。（5）選擇航帶模型連接點。（6）為了對整個網(wǎng)絡(luò)進行相對定向，需要對各點位上超限的上下視差、左右視差進行消除，以至像對定向精度符合設(shè)計精度要求。（7）符合精度要求的對網(wǎng)，首先進行多項式平差，然后采用光束法平差，工作人員查看平差報告，查找并修改超限項，只到最終的結(jié)果能夠符合設(shè)計精度要求。（8）輸出平差結(jié)果要在網(wǎng)平差各項精度都能夠達到設(shè)計的精度后，才能提供給下一道工序使用，否則則需要再次進行平差修改。

3.6 野外測繪

野外測繪的時候，測繪人員需要根據(jù)要求的成圖比例尺，按照比例尺的規(guī)定進行測繪。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目的測繪圖基本要求為：保證調(diào)繪讀判正確、代碼和圖形符號合理運用、描繪清晰，保證測繪圖上的各種標(biāo)注準(zhǔn)確，沒有失誤。野外測繪的過程中，像片的調(diào)繪可以采用先內(nèi)后外的調(diào)繪順序，內(nèi)部作業(yè)的要以立體模型為準(zhǔn)，像片當(dāng)中比較明顯的、按照比例尺的地物，可以只進行定性及數(shù)量上的描述。不同的調(diào)繪片清繪時采用的顏色不同，所代表的的意義也不同。紅色主要是地界類型的簡化符號，棕色主要是描述地貌特征和名稱的，綠色則代表水系，藍色則代表面積接邊線，黑色表示其他。

3.7 全數(shù)字全要素立體化采集

三維全要素立體采集需要在全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，野外作業(yè)調(diào)繪資料是其主要的依據(jù)，進行全要素立體切準(zhǔn)采集，采集的過程中，需要按照野外作業(yè)負(fù)責(zé)定性、內(nèi)部作業(yè)負(fù)責(zé)定位的原則，內(nèi)外結(jié)果不同是需要確認(rèn)外延是否調(diào)繪錯誤，然后以內(nèi)頁立體判讀為準(zhǔn)。

3.8 數(shù)字化編圖

在計算機上處理拍攝的像片及內(nèi)外測繪的數(shù)據(jù)時，采用數(shù)字化的制圖軟件，對數(shù)據(jù)進行分層處理，地形要素、所有權(quán)要素、土地類型要素等分別進行編輯，把相對應(yīng)的信息編輯到不同的圖層，并按照比例尺制作成現(xiàn)狀圖，最終提交給上級部門，進行下一步的工作。

4? 航拍測量技術(shù)優(yōu)勢

4.1 成圖時間短，成本低廉

傳統(tǒng)的地形圖測量與成圖需要耗費大量的人力、物力、財力，時間長，在測量面積過大的地區(qū)是就需要采用成圖時間更短，各種資源投入小的航拍測量技術(shù)，大大減輕了測量與成圖人員的工作壓力，為項目規(guī)劃提供了充足的設(shè)計時間，提高了工作效率。

4.2 信息完善，形象直觀

利用航拍測量的技術(shù)能夠獲取比地面測量更加豐富和完善的地形地貌信息，拍攝技術(shù)的進步使得攝影機的分辨率不斷提高。同時，遙感技術(shù)等拍攝技術(shù)的不斷優(yōu)化也使得航拍測量技術(shù)能夠更加直觀地向工作人員和設(shè)計人員展示高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域的地形地貌特征等信息，為后期設(shè)計成圖提供了更加豐富的信息。

4.3 測量精度高，分布均勻

利用航拍測量技術(shù)制作出的現(xiàn)狀圖精準(zhǔn)度較傳統(tǒng)地面測量高，航拍測量不受地形限制，拍攝的內(nèi)容分布均勻，后期成圖過程中需要的土方量計算、淹沒區(qū)預(yù)測、地面高差、斷層面測繪等工作提供了更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，為最終成圖打下堅實的信息基礎(chǔ)。

4.4 機動性高，靈活性強

目前采用航拍測量技術(shù)所使用的的飛行器主要包括農(nóng)用飛機、無人飛機等。利用航空器進行測量和拍攝的一大優(yōu)點就是其機動性高、靈活性強，一些小型的低空無人機能夠不利用飛機跑道進行起降，受到空域管制影響較小，并且在一些地形復(fù)雜地區(qū)，其拍攝也具有較高的安全性，可以防止發(fā)生空難。航拍測量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目中的運用，不僅彌補了傳統(tǒng)人工測量測繪的缺點，降低了測量所需要的人工和資金成本，降低了測繪人員的工作量，使得測量測繪效率大大提高，利用科技進步推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展，保障了我國的糧食安全與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

5? 結(jié)語

集中連片、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施齊全、農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并重的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是我國應(yīng)對糧食安全問題，保障民生的重要舉措?，F(xiàn)代化農(nóng)田建設(shè)需要利用航拍測量技術(shù)，其相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)的低成本、高效率、高精確度的優(yōu)點為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目提供了重要的技術(shù)保障。建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目的設(shè)計人員提高對當(dāng)?shù)氐耐恋乩们闆r進行了解，明確掌握當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?，進而通過航拍測量技術(shù)獲得的地形地貌數(shù)據(jù)、土地利用情況等信息，對其進行設(shè)計與規(guī)劃，從而得出科學(xué)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目的設(shè)計，為后期施工打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 孫鈺，韓京冶，陳志泊，等.基于深度學(xué)習(xí)的大棚及地膜農(nóng)田無人機航拍監(jiān)測方法[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2018，49（2）：133-140.

[2] 李曉鵬，胡鵬程，徐照麗，等.基于四旋翼無人機快速獲取大田植株圖像的方法及其應(yīng)用[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，22（12）：131-137.

[3] 王平，周忠發(fā)，殷超.基于全極化SAR與多光譜的喀斯特山區(qū)農(nóng)村林地提取[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2017，38（7）：41-50.

[4] 張帥.基于無人機低空遙感的農(nóng)田信息采集與處理研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2019，25（13）：149-151.

[5] 趙秀英，趙順標(biāo)，徐蓉.大理海西：保護農(nóng)田有六招[J].中國土地，2013（10）：29.

[6] 劉永雷，徐健，譚龍，等.航空攝影測量技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)項目中的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（24）：389-392.

作者簡介：鄭文昭（1986，11—），男，漢族，福建福州人，本科，測繪中級工程師，研究方向為大地測量與測量工程。