無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

陶肖靜

（上海中僑職業(yè)技術(shù)大學(xué)，上海 201514）

隨著時(shí)代的進(jìn)步，測(cè)繪手段日益革新，目前無(wú)人機(jī)的相關(guān)技術(shù)正在飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)用在測(cè)繪領(lǐng)域也是近幾年出現(xiàn)的新手段，最直觀的優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)可以輕松到達(dá)一些人無(wú)法進(jìn)場(chǎng)的地方，彌補(bǔ)了很多無(wú)人區(qū)的測(cè)繪工作，另外，無(wú)人機(jī)航測(cè)的效率比較高，并且達(dá)到測(cè)繪結(jié)果的精度要求，因此在測(cè)繪領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村是在2005年10月11日，中國(guó)共產(chǎn)黨第十六屆五中全會(huì)通過(guò)的《十一五規(guī)劃綱要建議》中首次提出。2017年10月18日，黨的十九大報(bào)告首次提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略[1]。在國(guó)家的鄉(xiāng)村振興的政策背景下，很多農(nóng)村得到了發(fā)展與提高，2021年2月25日，習(xí)近平總書(shū)記宣布我國(guó)脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)取得了全面勝利。在新農(nóng)村建設(shè)過(guò)程中，仍存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，統(tǒng)籌規(guī)劃不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，在新農(nóng)村建設(shè)中，基礎(chǔ)地形地貌數(shù)據(jù)的獲取成為了亟待解決的問(wèn)題，而無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，從一定程度上提供了解決方案，對(duì)于數(shù)據(jù)的獲取提供了很好的技術(shù)方法。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是通過(guò)在無(wú)人機(jī)上搭載定位模塊，并在云平臺(tái)上搭載非量測(cè)型相機(jī)，于低空中快速獲取高分辨率的航拍像片，通過(guò)后期對(duì)帶有POS數(shù)據(jù)的像片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得項(xiàng)目所需的數(shù)字產(chǎn)品，如DOM、DLG、三維實(shí)景模型等。

中國(guó)民用航空局對(duì)無(wú)人機(jī)的定義：無(wú)人機(jī)（Unmanned Aircraft， UA）是指由控制站管理（包括遠(yuǎn)程操縱或自主飛行）的航空器，也稱為遠(yuǎn)程駕駛航空器。

無(wú)人機(jī)按平臺(tái)構(gòu)型分，無(wú)人機(jī)可分為固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、撲翼機(jī)、無(wú)人飛艇、傘翼無(wú)人機(jī)等，在無(wú)人機(jī)測(cè)繪中常用的有多旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)。

無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)獲取和地面數(shù)據(jù)處理兩部分組成。數(shù)據(jù)獲取部分的功能是通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)獲取。數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)、相機(jī)、無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)等組成，通常將這一部分稱為航空攝影系統(tǒng)。地面數(shù)據(jù)處理部分的功能是通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)處理，包括空中三角測(cè)量、DEM生產(chǎn)作業(yè)、DOM生產(chǎn)作業(yè)、DLG生產(chǎn)作業(yè)等，最終也可形成目標(biāo)區(qū)域的三維模型信息，這一部分也被稱為攝影測(cè)量系統(tǒng)。

2010年國(guó)內(nèi)首次引入傾斜攝影技術(shù)，在對(duì)無(wú)人機(jī)運(yùn)用于民用生產(chǎn)的前期研究階段，Wester-Ebbinghaus 將反光傳感器與無(wú)線遙控裝置集成組裝在固定翼無(wú)人機(jī)上，完成了第一次旋翼無(wú)人機(jī)的攝影測(cè)量。[2]于2014年推出了微型無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，填補(bǔ)了小體積高精度遙感產(chǎn)品的空白被廣泛地應(yīng)用于應(yīng)急測(cè)繪、不動(dòng)產(chǎn)登記、文物保護(hù)等領(lǐng)域。傾斜攝影產(chǎn)品精度能夠滿足現(xiàn)階段規(guī)劃設(shè)計(jì)工作對(duì)大比例尺成圖的精度要求，能同時(shí)輸出真三維模型為三維地質(zhì)系統(tǒng)、BIM設(shè)計(jì)、智慧交通應(yīng)用[3]。

無(wú)人機(jī)航測(cè)的流程大致要經(jīng)過(guò)以下步驟：

首先，明確項(xiàng)目需求，明確測(cè)繪區(qū)域和測(cè)繪時(shí)限，在規(guī)定的區(qū)域和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，收集測(cè)區(qū)資料，包括控制點(diǎn)的布設(shè)情況、當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料、有無(wú)禁飛區(qū)域或者飛行高度限制等。

其次，作業(yè)準(zhǔn)備，準(zhǔn)備好無(wú)人機(jī)、傾斜攝影相機(jī)、GNSS基準(zhǔn)站等設(shè)備，針對(duì)輕小型無(wú)人機(jī)要準(zhǔn)備好備用電池（由于大多數(shù)輕小型無(wú)人機(jī)的單塊電池續(xù)航時(shí)間較低，為提高作業(yè)效率，還需要配備多快電池或便攜式充電設(shè)備），以及布設(shè)地面控制點(diǎn)，對(duì)于測(cè)區(qū)邊緣處的控制點(diǎn)數(shù)量應(yīng)增加，以便保證其測(cè)量精度。

再次，航線規(guī)劃與影像采集。航線規(guī)劃是一項(xiàng)十分重要的前置工作，這能讓無(wú)人機(jī)按照既定的路線進(jìn)行飛行并完成設(shè)定的無(wú)人機(jī)航拍露營(yíng)或數(shù)據(jù)采集任務(wù)，航線規(guī)劃時(shí)，應(yīng)設(shè)置無(wú)人機(jī)飛行范圍應(yīng)大于測(cè)區(qū)范圍，市面上有不少現(xiàn)成的軟件提供規(guī)則圖形的航線規(guī)劃，在航線規(guī)劃中，還應(yīng)考慮以下因素：飛行環(huán)境限制、無(wú)人機(jī)的物理限制、無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)要求、實(shí)時(shí)性要求等。

最后，通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行POS數(shù)據(jù)處理和空三測(cè)量數(shù)據(jù)處理，以便獲取空三加密點(diǎn)的坐標(biāo)，常用的數(shù)據(jù)處理軟件有Pix4D、Context Capture（CC）、PhotoScan等，最終可生成項(xiàng)目所需的數(shù)字產(chǎn)品。

2 新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

新農(nóng)村建設(shè)中涉及到的方面比較多，并且繁雜，根據(jù)我國(guó)農(nóng)村實(shí)際情況，目前存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）大部分村莊由于缺乏合理的規(guī)劃，存在農(nóng)民建房選址散亂，村內(nèi)道路狹窄曲折，地物復(fù)雜多樣及通視條件差等問(wèn)題。[4]

（2）一些農(nóng)村處于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，已有的測(cè)繪資料少，或者根本沒(méi)有以前的測(cè)繪資料；還有的農(nóng)村的測(cè)繪資料是十幾年以前的資料，可用度較低；農(nóng)村的測(cè)區(qū)較為分散，很難形成統(tǒng)一的聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)。[5]

（3）農(nóng)民對(duì)于自己守望的一片土地有著天然的依賴，這就造成如果用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器對(duì)農(nóng)村地區(qū)做數(shù)據(jù)采集時(shí)，會(huì)受到農(nóng)民的干擾，他們對(duì)這些工作有著天然的敏感。[6]

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)用于新農(nóng)村建設(shè)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，受到了很多測(cè)繪人士的追捧，其原因就在于無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)和傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：

（1）無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以根據(jù)拍攝的高分辨率像片，在相關(guān)軟件的處理下，形成數(shù)字地形圖和三維實(shí)景模型，對(duì)于新農(nóng)村建設(shè)中的錯(cuò)亂現(xiàn)象提出統(tǒng)一的調(diào)整方案，為規(guī)劃工作提供宏觀的建議。

（2）對(duì)于以往沒(méi)有測(cè)繪資料或測(cè)繪資料較少以及較陳舊的地區(qū)，無(wú)人機(jī)航測(cè)可以快速大范圍地獲取測(cè)區(qū)的測(cè)繪資料，無(wú)人機(jī)航測(cè)的高效率和高精度為此事做了保證。

（3）相對(duì)來(lái)講，用無(wú)人機(jī)航測(cè)手段來(lái)進(jìn)行測(cè)繪，對(duì)于農(nóng)民來(lái)說(shuō)，更容易接受，農(nóng)民看到無(wú)人機(jī)時(shí)的狀態(tài)或心理，沒(méi)有對(duì)全站儀或GPS這樣的設(shè)備的反感那么強(qiáng)烈。

（4）無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)提供的數(shù)字資料可以為后期的持續(xù)維護(hù)和建設(shè)提供基礎(chǔ)資料，尤其處于當(dāng)前數(shù)字中國(guó)時(shí)代，農(nóng)村的數(shù)字資料也顯得格外重要。

4 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 地形圖測(cè)繪

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中起了很大作用，地形圖測(cè)繪作為工程測(cè)量的三大基本任務(wù)之一，在實(shí)際工作中，占有很重要的地位，無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)將地形圖測(cè)繪工作的效率和精度提高到一個(gè)新的層級(jí)。無(wú)人機(jī)航測(cè)的作業(yè)流程如本文第一部分所述，在地形圖測(cè)繪工作中，利用軟件生成數(shù)字成果時(shí)，也可以生成三維模型后，在三維模型的基礎(chǔ)上制作線劃圖，該方法已得到證實(shí)，并且精度也能得到保證。[6]在新農(nóng)村建設(shè)中，尤其是缺乏前期資料的地區(qū)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)為豐富和完善測(cè)繪基礎(chǔ)資料提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

4.2 在農(nóng)村土地確權(quán)以及土地綜合治理中的應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家規(guī)定，每宗地的土地權(quán)屬都需要進(jìn)行申請(qǐng)、地籍調(diào)查、審核、注冊(cè)登記、頒發(fā)證書(shū)等程序，才能得到最后的認(rèn)定。2013年已開(kāi)始進(jìn)行全面農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作。此項(xiàng)改革附合國(guó)情，是解決“三農(nóng)”問(wèn)題的其中很重要的一個(gè)方面，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的數(shù)字成果中，除了三維實(shí)景模型還有數(shù)字線劃圖和正射影像圖等，在新一輪的農(nóng)村土地調(diào)查確權(quán)登記中，將正射影像圖作為土地調(diào)查確權(quán)頒證的底圖，在此基礎(chǔ)上對(duì)確權(quán)土地進(jìn)行測(cè)量，1:2000 正射影像圖的可判讀性能與量算性能都具有較顯著的特性。[7]

4.3 農(nóng)村建筑物、水域航道、農(nóng)村公路的提取

新農(nóng)村建設(shè)中，考慮其地形地貌的復(fù)雜性，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需要對(duì)地物或地貌類型加以分類，并制定相應(yīng)的措施，來(lái)綜合協(xié)調(diào)做出更為合理的布局。因此，無(wú)人機(jī)航測(cè)獲取的影像可以作為底圖進(jìn)行建筑物[8]、水域航道[9]、農(nóng)村公路[3]的提取，對(duì)于新農(nóng)村建設(shè)可以提供更準(zhǔn)確更精細(xì)化的規(guī)劃，作出更合理建設(shè)方案。尤其是在數(shù)字化發(fā)展階段，農(nóng)村的相關(guān)資料的顯得尤為重要，無(wú)人機(jī)航測(cè)手段的出現(xiàn)恰逢其時(shí)。

4.4 在其他方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)測(cè)量中，對(duì)于地形圖的獲取，往往只能得到房屋的位置信息，但對(duì)于房屋的全貌并沒(méi)有直觀的概念，如果樓頂有違章搭建的建筑存在，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而用了無(wú)人機(jī)航測(cè)之后，這個(gè)問(wèn)題可以迎刃而解，在無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的支撐下，違章搭建問(wèn)題將得到及時(shí)有效地解決。

對(duì)于在土地的綜合治理方面，關(guān)于農(nóng)村的廢棄宅基地的處理，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)得到正射影像圖之后，可以做統(tǒng)一的部署和規(guī)劃，并且可以在三維實(shí)景模型中，直接做調(diào)整，將廢棄宅基地重新復(fù)墾后的景觀效果展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)在軟件中可以直接測(cè)量其面積，可以為經(jīng)濟(jì)效果評(píng)估提供依據(jù)。

有些農(nóng)村地處山區(qū)，在多雨的季節(jié)，村民的安全性成了首要問(wèn)題，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)就可以提供正射影像圖，對(duì)于地表形變可以有直觀的反映，并可以將其與地理信息系統(tǒng)結(jié)合，形成完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在長(zhǎng)期的發(fā)展中，無(wú)人機(jī)航測(cè)提供的影像也可以根據(jù)發(fā)展需要進(jìn)行周期性或?qū)崟r(shí)地更新影像，可以充分發(fā)揮其高效的特點(diǎn)，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)介紹無(wú)人機(jī)的相關(guān)知識(shí)和測(cè)繪流程，分析了目前新農(nóng)村建設(shè)中出現(xiàn)的問(wèn)題，當(dāng)前在規(guī)劃測(cè)量中，或者獲取當(dāng)前的地形數(shù)據(jù)資料中，無(wú)人機(jī)航測(cè)都發(fā)揮著不可或缺的作用，其高效率、高精度在測(cè)繪1:500或1:1000地形圖工作中的可行性已得到證實(shí)，為新農(nóng)村建設(shè)提供了很好的解決方案，無(wú)人機(jī)航測(cè)的作為將越來(lái)越廣泛，在數(shù)字中國(guó)的建設(shè)中，無(wú)人機(jī)航測(cè)也可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，來(lái)提供更高效、高精度的數(shù)字地圖，建設(shè)更美更宜居的數(shù)字農(nóng)村。