無人機攝影測量技術在土地整治項目中的應用探究

鄒悅忠

（江西省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探大隊，江西 南昌330025）

土地整治項目，適用范圍廣，包括田、水、路、林、村等區(qū)域，土地整理、土地復墾以及土地開發(fā)，均屬于土地整治項目。而進行土地整治的主要目標是提升土地集約利用率及產(chǎn)出率。近年來，隨著我國土地整治項目工作不斷的深化及推進，面臨一些規(guī)模大、整治難度大的項目，則有必要合理、科學地應用現(xiàn)代化技術[1]。比如，無人機攝影測量技術，由于其結構簡單，適用范圍廣，影像清晰，能夠解決一些難度的整治項目問題，從而為土地整治工作提供有效的技術支持。因此，從土地整治項目工作效率及質量提升角度考慮，本文圍繞“無人機攝影測量技術在土地整治項目中的應用”進行分析研究具備一定的價值意義。

1 無人機攝影測量技術相關內容概述

無人機攝影測量技術的實現(xiàn)，需無人機低空攝影系統(tǒng)的支持，與此同時通過系統(tǒng)對相關項目信息資料的采集、拍攝，進一步通過低空航拍數(shù)據(jù)處理，形成相關工程項目所需信息數(shù)據(jù)資料，為項目作出科學決策提供依據(jù)?？偨Y起來，基于無人機攝影測量技術的系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理內容如下：

1.1 無人機低空攝影系統(tǒng)分析

對于無人機低空攝影系統(tǒng)，其將無人機當作飛行平臺，以飛行控制系統(tǒng)使無人機的固定航線飛行得到有效實現(xiàn)；與此同時，通過高分辨率遙感影像的拍攝，使目標區(qū)域基礎遙感信息數(shù)據(jù)快速獲取出來。系統(tǒng)的構成部分包括：其一，飛行控制系統(tǒng)；其二，地面站系統(tǒng)；其三，航拍系統(tǒng)等；對于各系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，在通過后期內業(yè)處理之后，能夠使各種直觀影像及模型有效生成。對于各子系統(tǒng)的功能作用，具體如下：

（1）飛行控制系統(tǒng)。為無人機低空攝影系統(tǒng)的核心部分，該系統(tǒng)可以對地面發(fā)射的控制信息接受，然后讓無人機以預定航線、速度以及高程，實現(xiàn)自動飛行，并順利返航；同時，系統(tǒng)對無人機坐標位置實行GPS 定位，對無人機的飛行速度、高度等相關信息進行實時計算，可保證無人機飛行的質量及安全性。

（2）地面站系統(tǒng)。該系統(tǒng)以實時的方式對無人機發(fā)送信號，對無人機的飛行航線、速度以及高程等進行控制，并且可以將無人機飛行區(qū)域的電子地圖、飛行航線、參數(shù)以及飛行姿態(tài)等信息顯示出來，使無人機的飛行狀態(tài)得到有效監(jiān)視[2]。

（3）航拍系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠以具體需求為依據(jù)，對各種傳感器進行搭載，比如普通數(shù)碼相機、紅外多光譜相機、穩(wěn)定云臺等，通過這些傳感器的有效搭載，能夠實現(xiàn)多角度、高精度遙感數(shù)據(jù)的實時采集，為相關工程項目提供精準、實時的數(shù)據(jù)支持。

1.2 低空航拍數(shù)據(jù)處理分析

通過無人機怕蛇獲取的航空影像，可利用一些專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，比如PhotoScan、Inpho、Pix4D 等，對無人機坐標、高程、飛行角度以及拍攝角度等信息進行提取，然后做好航拍影像的拼接作業(yè)，進一步將數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）輸出，能夠體現(xiàn)出應用范圍廣、自動化程度高以及計算周期短等諸多優(yōu)勢。

以Agisoft 公司的PhotoScan 軟件為例，針對輸入影像，能夠實現(xiàn)自動對齊處理，使不同等級的密集點云數(shù)據(jù)有效生成，進一步使網(wǎng)格、紋理有效生成；結合航拍影像本身具備的地理坐標系統(tǒng)，能夠將存在地理參考信息的數(shù)字地理模型生成，為相關工程項目所需數(shù)據(jù)信息提供有效支持。

2 無人機攝影測量技術在土地整治項目中的具體應用

如前所述，對無人機攝影測量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理有了一定程度的了解。本次以國內某土地整治項目工程為例，為了實現(xiàn)對其竣工地塊實際情況的高精度攝影，將低空無人機作為平臺，利用以近似最近鄰（ANN） 匹配算法為基礎的AAgisoft PhotoScan 軟件，使航拍攝像的自動拼接有效實現(xiàn)，并進一步使地塊正射影像圖有效生成，通過添加至衛(wèi)星影像圖當中進行對比分析，所獲取的結果即為本土地整治項目工程所需的航攝影像信息數(shù)據(jù)資料[3]。總結起來，無人機攝影測量技術在其中應用需掌握的技術要點如下：

2.1 數(shù)據(jù)采集技術要點

在數(shù)據(jù)采集過程中，首先需做好相關準備工作，即：基于影像數(shù)據(jù)采集之前，結合工程項目的有關資料，對測區(qū)竣工范圍線與相關地物的分布情況加以掌握，進一步對地塊實行踏勘作業(yè)，對拍攝范圍加以掌握，然后對飛行航線進行合理規(guī)劃，針對航攝范圍內比較高的地物，比如建筑物及高壓線等，需避開；此外，需擇優(yōu)選取低風速、光纖良好的氣候環(huán)境進行無人機航拍作業(yè)。

圖1 數(shù)據(jù)處理后所獲數(shù)字正射影像圖（DOM）成果

由于此次土地整治項目工程選用的是大疆公司的精靈3A機型作為無人機平臺，構成部分包括：飛行器、云臺相機以及遙控器等；同時，配置了iPad、DJIGSPro App 軟件。由于所配置的傳感器具備1200 萬像素，且具備低畸變廣角相機及高精度防抖云臺，能夠將1200 萬像素的JPEG、無損RAW 格式的照片拍攝出來，同時配置了66W·h 的高能量密度智能電池與高效率動力系統(tǒng)，最大平飛速度為每秒16 米，最高續(xù)航時間大概為23 分鐘。

此外，基于無人機起飛之前，經(jīng)DJI GS Pro 軟件，對本次飛行航線進行設置，將飛行速度設置為5m/s，飛行高度設置為140m，飛行時間設置為15min，通過相機鏡頭垂直拍攝，達到航向重疊率、旁向重疊率50%；此外，航攝點一共有20 個。

2.2 數(shù)據(jù)處理技術要點

針對通過無人機攝影測量技術獲取的相關數(shù)據(jù)，需進一步進行處理，具體處理方法如下：

（1）將PhotoScan 軟件打開，對“添加堆塊”點擊，然后創(chuàng)建新的項目。

（2）添加照片之后，使照片對齊。選擇添加無人機飛行拍攝，然后將其中的13 張航片挑選出來，對“對齊照片”點擊，然后基于窗口中選取適宜的精度，利用軟件對航片坐標、高程、飛行姿態(tài)等相關信息進行讀??；進一步采取多視圖三維重建技術，結合空中三角測量基本原理，使照片自動排列，并實現(xiàn)對齊處理。

（3）使密集點云、網(wǎng)格以及紋理生成。對“生成密集點云”、“生成網(wǎng)格”、“生成紋理”進行點擊，然后利用PhotoScan 軟件根據(jù)相機拍攝的位置，對深度信息組成的密集點云進行計算，然后是相對應的網(wǎng)格三維模型及紋理模型有效生成[4-5]。

（4）進行數(shù)字高程模型及數(shù)字正攝影像模型的構建。對“構建數(shù)字高程模型”、“構建數(shù)字正攝影像模型”點擊，選取WGS84坐標系，然后對數(shù)據(jù)來源、像素等相關參數(shù)進行設置。

（5）將相關成果輸出。通過上述處理流程，選取適宜的分辨率與需要的投影類型，將需要的數(shù)字正射影像模型DOM 的tif 格式與kmL 格式輸出，使數(shù)字正射影像模型相關成果有效生成。如圖1 所示，為數(shù)據(jù)處理后所獲數(shù)字正射影像圖（DOM）成果。

2.3 結果分析技術要點

在結果分析過程中，針對正射影像圖的kmL 格式文件向Google earth 衛(wèi)星圖當中添加，與最新影像圖比較，結果顯示由軟件生成的影像圖分辨率比骨骼衛(wèi)生20級影像圖更高，同時和現(xiàn)有衛(wèi)星圖基本重合。從中可知，本工程低空無人機航攝及軟件技術處理數(shù)據(jù)的分辨率、精度均頗高。此外，結合Are GIS 軟件、現(xiàn)有工程圖，能夠對本土地整治工程項目相關水渠、道路、地塊面積涉及的數(shù)據(jù)的計算，為土地整治規(guī)劃、施工、質量監(jiān)測、驗收等工作提供必要的數(shù)據(jù)信息支持。

3 結論

綜上所述，無人機攝影測量技術的優(yōu)勢顯著，可獲取高分辨率及高精度的圖像成果，且自動化程度高、適用范圍廣，可以合理科學地應用到土地整治項目當中，進行土地整治項目相關數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理以及成果分析，獲取土地整治項目所需數(shù)據(jù)信息，為土地整治工程項目工作效率及質量的全面提升奠定夯實的基礎。