無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在村莊規(guī)劃中的應(yīng)用研究

黃海燕

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在村莊規(guī)劃中的應(yīng)用研究

黃海燕

(福建陸源土地規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，福建 福州 350000)

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，鄉(xiāng)村振興總體規(guī)劃已經(jīng)逐步落實(shí)到村莊規(guī)劃中。農(nóng)村測(cè)繪基礎(chǔ)資料的收集處理，成為村莊規(guī)劃的重點(diǎn)難點(diǎn)。應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以很好地解決村莊規(guī)劃中基礎(chǔ)資料不足的問(wèn)題。充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)的高效率、高精度等優(yōu)勢(shì)，利用當(dāng)代測(cè)繪和模型技術(shù)，為村莊規(guī)劃提供地貌分析和場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為村莊總體規(guī)劃及應(yīng)用分析提供技術(shù)支撐，為村莊合理布局和農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

無(wú)人機(jī)；測(cè)繪技術(shù)；村莊規(guī)劃；應(yīng)用

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，鄉(xiāng)村振興總體規(guī)劃已經(jīng)逐步落實(shí)到村莊規(guī)劃中?？茖W(xué)制定村莊規(guī)劃，是實(shí)施村莊合理布局的基礎(chǔ)。農(nóng)村測(cè)繪基礎(chǔ)資料的收集處理問(wèn)題，成為村莊規(guī)劃的重點(diǎn)難點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)、三維建模等技術(shù)的發(fā)展和軟硬件的不斷完善升級(jí)，無(wú)人機(jī)航測(cè)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用并充分實(shí)現(xiàn)了其卓越的功能。通過(guò)研究無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在村莊規(guī)劃中的實(shí)際應(yīng)用，可以為開辟鄉(xiāng)村規(guī)劃新道路提供新思路、新手段。

1　無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)

具備自動(dòng)導(dǎo)航飛行功能的測(cè)繪無(wú)人機(jī)是一種通過(guò)無(wú)線通信遙控或自身系統(tǒng)控制進(jìn)行作業(yè)的新型遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)[1]。能自動(dòng)導(dǎo)航操作的無(wú)人機(jī)具有高水平的智能系統(tǒng)，可按預(yù)先根據(jù)需求制定的航線進(jìn)行自主作業(yè)。

采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，在快速獲取農(nóng)村高分辨率影像方面具有以下4個(gè)優(yōu)勢(shì)：①與大型航拍飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)體積小、對(duì)起降場(chǎng)地要求低，更適合在農(nóng)村使用；②采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可快速獲取小區(qū)域、難導(dǎo)航區(qū)域的高像素圖像，能有效縮短測(cè)繪模型的制作周期；③采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可有效降低項(xiàng)目費(fèi)用、簡(jiǎn)化工作程序、提高經(jīng)濟(jì)效益；④采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可有效減少工程測(cè)量所需人工、提高工作效率。由于采用無(wú)人機(jī)低空飛行拍攝在獲取農(nóng)村測(cè)繪影像方面具有優(yōu)勢(shì)[2]，因此，應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)勘測(cè)繪制農(nóng)莊規(guī)劃大比例尺精密地圖，具有較大的推廣價(jià)值。

2　無(wú)人機(jī)航測(cè)相關(guān)內(nèi)容

如今，無(wú)人機(jī)在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[3]。測(cè)繪無(wú)人機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：四軸飛行器、飛行控制系統(tǒng)、傳感器、通信系統(tǒng)、地面精確測(cè)控系統(tǒng)。使用測(cè)繪無(wú)人機(jī)，可以完成低空飛行拍攝，獲得高分辨率圖像。近年來(lái)，許多地區(qū)已經(jīng)擁有專業(yè)的無(wú)人機(jī)航拍團(tuán)隊(duì)。這些專業(yè)團(tuán)隊(duì)通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)施測(cè)繪工程，獲得基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)信息資料。通過(guò)適時(shí)采集、識(shí)別和分析這些數(shù)據(jù)信息，可為制定村莊規(guī)劃提供相關(guān)的決策依據(jù)，還可對(duì)村莊規(guī)劃的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督、對(duì)實(shí)施結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，以確保農(nóng)村土地資源的科學(xué)規(guī)劃和合理使用，促進(jìn)我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的順利實(shí)施。

3　無(wú)人機(jī)飛行航拍技術(shù)要點(diǎn)

3.1　無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量設(shè)備

測(cè)繪工程中使用的無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)軟件為四維系統(tǒng)軟件，數(shù)字航空相機(jī)的型號(hào)規(guī)格一般為哈蘇H4D-50，鏡頭焦距可預(yù)設(shè)為50.7mm。作業(yè)前應(yīng)調(diào)整無(wú)人機(jī)航拍影像素材應(yīng)用軟件有關(guān)工具，保證影像質(zhì)量，提高影像精度，以便合理識(shí)別航拍區(qū)域的細(xì)微輪廓。

3.2　架空三角剖分要點(diǎn)

在測(cè)繪工程的全過(guò)程中，利用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)軟件的MATCH-AT控制模塊進(jìn)行空三加密，準(zhǔn)確獲取加密點(diǎn)的圖像點(diǎn)坐標(biāo)、大地坐標(biāo)和外向要素等[4]。在測(cè)繪中，應(yīng)保證平面圖誤差、內(nèi)部高程誤差業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和郊區(qū)參考點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。測(cè)繪精度必須保證符合《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量行業(yè)規(guī)范》的要求，對(duì)于測(cè)繪特別困難的地區(qū)，視差相對(duì)誤差可以放寬0.5倍。精確測(cè)量時(shí)，應(yīng)確保節(jié)點(diǎn)分布均勻，不同標(biāo)準(zhǔn)定位點(diǎn)均配備節(jié)點(diǎn)。確定人力相對(duì)性時(shí)，應(yīng)保證每個(gè)圖像對(duì)節(jié)點(diǎn)至少為9個(gè)；在自動(dòng)相對(duì)性判斷項(xiàng)中，圖像對(duì)節(jié)點(diǎn)應(yīng)至少為30個(gè)。

3.3　照片建設(shè)調(diào)查要點(diǎn)

在測(cè)繪工程中，照片基準(zhǔn)點(diǎn)按照區(qū)域網(wǎng)布置，水平基準(zhǔn)點(diǎn)按照區(qū)域網(wǎng)附近設(shè)置點(diǎn)的六點(diǎn)法布置[5]。高程基準(zhǔn)點(diǎn)的布局占4條基準(zhǔn)線。在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通道總數(shù)應(yīng)小于6，每個(gè)通道的行數(shù)應(yīng)小于30。實(shí)施照片基準(zhǔn)點(diǎn)的精確測(cè)量時(shí)，采用RTK測(cè)量方法并將每個(gè)照片基準(zhǔn)點(diǎn)精確測(cè)量?jī)纱危源_保精確測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，根據(jù)測(cè)繪工程地域分散、精確測(cè)量難度大的特點(diǎn)，采用點(diǎn)樣靜態(tài)數(shù)據(jù)GPS進(jìn)行精確測(cè)量，保證了精確測(cè)量時(shí)間，測(cè)量持續(xù)8小時(shí)以上，即可獲得D級(jí)GPS三維坐標(biāo)。

3.4　三維實(shí)體模型構(gòu)建

使用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)軟件將航三角測(cè)量的結(jié)果導(dǎo)入相應(yīng)的軟件中，建立三維立體模型。在實(shí)體模型構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程中，由于實(shí)體模型的精度在正常情況下是無(wú)法調(diào)整的，所以單個(gè)實(shí)體模型的精度應(yīng)符合《地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)部業(yè)務(wù)規(guī)范》的精度要求。

4　無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在村莊規(guī)劃中的應(yīng)用

4.1　基礎(chǔ)地貌分析

基礎(chǔ)地貌分析主要以地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)地形地貌的觀察，分析村莊的地理優(yōu)勢(shì)、地形地貌、地質(zhì)環(huán)境等特征，根據(jù)地形特點(diǎn)進(jìn)行平整場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和合理房屋布局。以某縣GH村為例，其村莊規(guī)劃區(qū)的遙感影像有平面主視圖和三維主視圖兩種遙感影像，圖像屏幕分辨率低，不利于進(jìn)行觀察。在平面圖的主視圖中，僅粗略地標(biāo)識(shí)了河流部分；在三維主視圖中，公路邊坡部分與河流部分的關(guān)系只能粗略識(shí)別。由于在這種情況下不可能進(jìn)行場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)分析和場(chǎng)地布局，因此必須依靠無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)GH村的基本地貌進(jìn)行分析。案例中使用的航測(cè)無(wú)人機(jī)為大疆精靈的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)，利用傾斜攝影技術(shù)采集測(cè)繪圖像共計(jì)216幅，利用軟件的云數(shù)據(jù)成像原理，對(duì)實(shí)景攝影圖像進(jìn)行三維建模工作，輸出無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果。

4.2　場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)分析

GH村村莊規(guī)劃區(qū)基本地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建立后，即可進(jìn)行場(chǎng)地類別的劃分。無(wú)人機(jī)航測(cè)影像三維像素模型是純粹根據(jù)投影點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建的實(shí)體模型，不受地面物體影像的影響。它可以根據(jù)實(shí)體模型的找平水平區(qū)，分為找平場(chǎng)地的水平區(qū)域和用類別線劃分的區(qū)域。根據(jù)選址的平整度，確定GH村村莊規(guī)劃區(qū)的總體規(guī)劃類別。實(shí)物線圖積累后的三維模型的主要視圖，可以根據(jù)場(chǎng)地的具體情況包含在總體規(guī)劃圖中。明確場(chǎng)地平整范圍后，一方面，要考慮河流的位置，規(guī)劃好泄洪區(qū)，避免影響洪水排放；另一方面要考慮路面的位置，盡量不傷害現(xiàn)有路面，靈活使用現(xiàn)有路面。在分析場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，劃分出總體規(guī)劃區(qū)域類別。

4.3　總體規(guī)劃及應(yīng)用分析

申請(qǐng)總體規(guī)劃時(shí)，主要分析的是總體規(guī)劃范圍。如果已經(jīng)達(dá)到基本建設(shè)規(guī)定，就要結(jié)合場(chǎng)地條件、村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工程建設(shè)的具體發(fā)展要求，合理地對(duì)各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行布局。以某縣GH村為例，在總體規(guī)劃中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容有：完成規(guī)劃區(qū)測(cè)繪資料的數(shù)據(jù)輸出，選擇輸出類別后，根據(jù)評(píng)價(jià)高程差輸出相對(duì)坐標(biāo)等高線圖，并在地圖上根據(jù)評(píng)價(jià)條件對(duì)河流、道路等部分進(jìn)行標(biāo)注；根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果合理規(guī)劃道路建設(shè)，可將該村的重點(diǎn)道路設(shè)置在規(guī)劃區(qū)南部的古小洋樓住宅區(qū)，以減輕交通壓力；根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果合理規(guī)劃商業(yè)區(qū)，可在該村平層住宅和小洋房之間緊鄰公路的位置設(shè)置商業(yè)服務(wù)場(chǎng)所，以滿足居民的購(gòu)物需求；公共綠地是村內(nèi)居民的主要健身運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所，應(yīng)根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果科學(xué)規(guī)劃公共綠地，可將該村的公共綠地設(shè)置在規(guī)劃區(qū)的東側(cè)；根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果科學(xué)規(guī)劃村里農(nóng)戶的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)用地，可將該村北部和東部的大片空地作為農(nóng)機(jī)農(nóng)業(yè)用地，；根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)果科學(xué)規(guī)劃建筑密度，科將該村各區(qū)建筑密度按南高北低合理布置，并使村內(nèi)交通與原地形協(xié)調(diào)。

5　結(jié)語(yǔ)

在村莊規(guī)劃中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，對(duì)農(nóng)村測(cè)繪基礎(chǔ)資料進(jìn)行采集處理，能充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)受地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地理地貌限制少以及高效率、高精度等優(yōu)勢(shì)，有效解決了村莊測(cè)繪遙感影像資料不全、精度不高的問(wèn)題。通過(guò)融入多種技術(shù)手段，在村莊規(guī)劃中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)高效采集測(cè)繪影像，為3D模型的輸出提供高質(zhì)量的信息素材。經(jīng)無(wú)人機(jī)航測(cè)輸出的實(shí)體模型包含了相對(duì)坐標(biāo)的等高線數(shù)據(jù)信息，可為村莊總體規(guī)劃、合理布局提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，有利于村莊規(guī)劃的優(yōu)化和量化分析，有利于根據(jù)新農(nóng)村建設(shè)需要更好地升級(jí)、完善村莊規(guī)劃，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的有效實(shí)施，為推進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的多元化、現(xiàn)代化、可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

[1] 肖華,陳玲.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在鄉(xiāng)村規(guī)劃中的應(yīng)用[J].華北自然資源,2019(6):84-85.

[2] 劉正威,王騰飛,靳煥,等.基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影的山地景觀規(guī)劃:以新密市香山村為例[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2020,45 (2):1-8.

[3] 黃亞安.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在村莊規(guī)劃中的應(yīng)用[J].江西測(cè)繪,2020(3):36-39.

[4] 李政,李何超,郭峰,等.基于無(wú)人機(jī)影像的空心村整治三維規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].測(cè)繪與空間地理信息, 2018,41(3):3-6.

[5] 宋方旭,栗衍香,史慧敏,等.基于固定翼無(wú)人機(jī)的黃河三角洲民居建模研究[J].山西農(nóng)經(jīng),2019(17):135-136.

Research on the application of UAV aerial survey technology in village planning

HUANG Haiyan

(Fujian Luyuan Land Planning and Design Co., Ltd., Fuzhou, Fujian 350000, China)

With the continuous promotion of the rural revitalization strategy, the overall rural revitalization plan have been gradually implemented in the village planning. The collection and processing of basic data of rural surveying and mapping has become the key and difficult point of village planning. The application of UAV aerial survey technology can well solve the problem of insufficient basic data in village planning. With the advantages of UAV in high efficiency and high precision, and by using contemporary mapping and modeling technology, it provided basic data of geomorphic analysis and site standards for village planning, as well as technical support for overall village planning and application analysis, which lay a foundation for reasonable village layout and sustainable rural development.

UAV; surveying and mapping technology; village planning; application

TV221

A

2096–8736(2021)03–0046–03

黃海燕(1985—)，女，福建南靖人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向?yàn)橥恋匾?guī)劃及土地利用。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立