無人機(jī)航測技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用初探*

顏循英

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 崇左 532200）

現(xiàn)階段我國新農(nóng)村建設(shè)中依然存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全等問題，阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。將無人機(jī)航測技術(shù)科學(xué)合理地使用在農(nóng)村基本地形地貌數(shù)據(jù)采集中，為相關(guān)工作人員提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時也為新農(nóng)村的建設(shè)提供了先進(jìn)的技術(shù)支持，加快了新農(nóng)村的建設(shè)進(jìn)程。

1 新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1）由于大部分農(nóng)村缺乏對建房選址的合理規(guī)劃，導(dǎo)致農(nóng)民選擇建房地點較為隨意，農(nóng)村的房屋建設(shè)雜亂無章，村里道路相對狹窄交通不便，且道路雜物較多，曲折的道路嚴(yán)重影響了人們的通行視線[1]。

2）很多偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村由于環(huán)境及地理條件原因，導(dǎo)致測繪資料欠缺，很多地區(qū)沒有及時更新測繪資料，資料缺乏時效性，無法為新農(nóng)村的建設(shè)提供合理有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。并且農(nóng)村的測區(qū)相對分散，進(jìn)而加大了測繪工作的難度。

3）農(nóng)村是農(nóng)民的棲息之地，當(dāng)使用傳統(tǒng)測量儀器對農(nóng)村地區(qū)做數(shù)據(jù)采集時，農(nóng)民會主觀地認(rèn)為測繪行為是在破壞其賴以生存的家園，會有抗拒心理[2]。

2 無人機(jī)航測技術(shù)

無人機(jī)航測技術(shù)是指通過在無人機(jī)上搭載定位模塊，并在云平臺上搭載非量測型相機(jī)，于低空中快速獲取高分辨率的航拍圖像，通過后期對帶有POS數(shù)據(jù)的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得項目所需的數(shù)字產(chǎn)品，如DOM、DLG、三維實景模型等。

中國民用航空局對無人機(jī)的定義如下：無人機(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。無人機(jī)按平臺構(gòu)型劃分可分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、撲翼機(jī)、無人飛艇、傘翼無人機(jī)等，在無人機(jī)測繪中常用的有多旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)[3]。

數(shù)據(jù)獲取、地面數(shù)據(jù)處理共同組成了無人機(jī)測繪系統(tǒng)。無人機(jī)對影像目標(biāo)進(jìn)行獲取的過程便能獲得影像數(shù)據(jù)，這就是其數(shù)據(jù)獲取功能。無人機(jī)飛控、相機(jī)等系統(tǒng)共同組成了數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，也是人們常說的航空攝影系統(tǒng)。想要真正實現(xiàn)無人機(jī)的地面數(shù)控處理功能，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合并處理，需要使用DEM、DLG等相應(yīng)的軟件進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)操作，最后還能使目標(biāo)區(qū)域變成三維模型信息，此流程便是攝影測量系統(tǒng)[4]。在將無人機(jī)運(yùn)用于民用生產(chǎn)的前期研究階段，1980年，Wester-Ebbinghaus將反光傳感器與無線遙控裝置集成組裝在固定翼無人機(jī)上，完成了第一次旋翼無人機(jī)的攝影測量。下面筆者主要分析無人機(jī)航測的流程：

1）在使用無人機(jī)進(jìn)行工作之前，相關(guān)人員需要全面掌握項目的各項需求與信息，了解需要測繪區(qū)域的具體范圍以及測繪時長，確保在后續(xù)使用無人機(jī)過程中能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成對區(qū)域的測繪任務(wù)。還需要制定合理的測繪方案，其中包括對控制點布局的規(guī)劃、了解測繪區(qū)域是否存在禁飛區(qū)、提前掌握當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r等，確保無人機(jī)測繪工作的有序開展[5]。

2）準(zhǔn)備測繪所需的各種設(shè)備，如傾斜攝影機(jī)、無人機(jī)以及GNSS基準(zhǔn)站等。此外，需要注意的是很多輕小型無人機(jī)續(xù)航能力較差，在測繪過程中經(jīng)常會出現(xiàn)電池電量過低等情況，嚴(yán)重影響了測繪工作效率。所以相關(guān)人員在設(shè)備準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，需要針對無人機(jī)電池續(xù)航能力低的問題，準(zhǔn)備多塊電池或者便捷的充電設(shè)備，保證輕小型無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。最后需要增加測量區(qū)域邊緣的控制點數(shù)量，以此提高測量結(jié)果的精準(zhǔn)度[6]。

3）在測繪過程中無人機(jī)嚴(yán)格按照規(guī)定的路線進(jìn)行飛行，并且高效完成航拍內(nèi)容，收集到更多數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員需要對航線進(jìn)行規(guī)劃，要充分考慮到無人機(jī)在飛行過程中會受到哪些環(huán)境限制以及無人機(jī)自身的物理限制等。同時，還需要將無人機(jī)的飛行范圍擴(kuò)大，始終高于測量區(qū)域范圍，使無人機(jī)能夠更加全面準(zhǔn)確地拍攝到相關(guān)環(huán)境，收集更多數(shù)據(jù)。

4）通過相關(guān)軟件進(jìn)行POS數(shù)據(jù)處理和空三測量數(shù)據(jù)處理，以便獲取空三加密點的坐標(biāo)，常用的數(shù)據(jù)處理軟件有Pix4D、Context Capture（CC）、PhotoScan等，最終可生成項目所需的數(shù)字產(chǎn)品[7]。

3 無人機(jī)航測技術(shù)用于新農(nóng)村建設(shè)的優(yōu)勢

1）針對現(xiàn)階段農(nóng)村缺乏合理的房屋選址建設(shè)規(guī)劃，導(dǎo)致農(nóng)村建設(shè)雜亂無章這一問題，當(dāng)無人機(jī)航測技術(shù)采集到高分率的圖像后，結(jié)合相關(guān)軟件便可以繪制出科學(xué)的三維實景模型以及數(shù)字地形圖。為新農(nóng)村建設(shè)提供有利的依據(jù)與宏觀的規(guī)劃建議，相關(guān)人員以此為依據(jù)對建設(shè)過程中農(nóng)村雜亂現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，有效解決了傳統(tǒng)測繪技術(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)的測繪弊端。

2）很多偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)受各方面條件限制，導(dǎo)致測繪人員無法及時對信息進(jìn)行更新，或者根本無法獲取測繪資料。而且農(nóng)村的測繪區(qū)域分布較廣，測繪工作難度大。將無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用到新農(nóng)村建設(shè)過程中可以快速且大范圍地開展測繪工作，全面獲取這些農(nóng)村地區(qū)的測繪資料[8]。主要是由于無人機(jī)航測技術(shù)具有高效率以及高精度的特點，才能為相關(guān)人員提供精準(zhǔn)的測繪資料，以此促進(jìn)新農(nóng)村的建設(shè)進(jìn)程。

3）以往相關(guān)人員使用傳統(tǒng)GPS等測量儀器對農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，村民們會產(chǎn)生抗拒心理，不愿意配合工作人員的測繪工作。但現(xiàn)階段使用無人機(jī)航測技術(shù)對農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，村民們更容易接受這種測繪方式，同時也會放下戒備心，因為無人機(jī)航測沒有破壞其生存的家園，屬于高科技技術(shù)，農(nóng)民會覺得這種技術(shù)非常新穎，會降低對測繪數(shù)據(jù)采集行為的反感。4）現(xiàn)階段我國逐步進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，在新農(nóng)村建設(shè)過程中合理使用無人航測技術(shù)，能夠為后期的工作提供科學(xué)的數(shù)字資料信息，保證相關(guān)人員能夠得到真實有效的各種基礎(chǔ)資料信息，以此維持建設(shè)的持續(xù)進(jìn)行[9]。

4 無人機(jī)航測技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 地形圖測繪

地圖測繪是工程測量的基本內(nèi)容之一，在較大比例尺地圖測繪中使用無人機(jī)航測技術(shù)是必不可少的，地圖測繪技術(shù)的發(fā)展建立在地圖數(shù)字信息技術(shù)基礎(chǔ)之上，其實現(xiàn)的主要途徑是對地圖數(shù)字信息技術(shù)的合理使用。通俗來講，地圖測繪技術(shù)的實現(xiàn)需要將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，對其進(jìn)行有效整合處理后上傳到測繪數(shù)據(jù)庫，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)實現(xiàn)真正意義上的共享[10]。把測繪數(shù)據(jù)建成模型，當(dāng)測量人員有需要時，可以隨時到模型中尋找相關(guān)信息，充分顯示了其便捷性。由此可見，在新農(nóng)村建設(shè)過程中使用無人機(jī)航測技術(shù)進(jìn)行地圖繪制能夠充分發(fā)揮出該技術(shù)的特點，能夠使測繪數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)，有效提升測繪工作效率。此外，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村在對其進(jìn)行建設(shè)的前期，由于缺乏大量現(xiàn)有資料，阻礙了建設(shè)進(jìn)程，也增加了很多難度，此時使用無人機(jī)航測技術(shù)能夠為新農(nóng)村的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，并且豐富健全了相關(guān)測繪基本資料。在新農(nóng)村建設(shè)過程中會產(chǎn)生很多建筑費(fèi)用，合理使用無人機(jī)航測技術(shù)進(jìn)行地形圖測繪，能夠一定程度上降低工程建設(shè)過程中各項資金的投入，從根本上提升工程的經(jīng)濟(jì)效益。

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

根據(jù)國家規(guī)定，每宗地的土地權(quán)屬都需要進(jìn)行申請、地籍調(diào)查、審核、注冊登記、頒發(fā)證書等程序，才能得到最后的認(rèn)定。2013年已開始進(jìn)行全面農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作。這是一項非常符合我國國情的改革政策，能夠有效解決現(xiàn)階段的“三農(nóng)”問題，除了三維實景模型，數(shù)字線劃與正射影像均屬于無人機(jī)航測技術(shù)所產(chǎn)生出的數(shù)字成果?，F(xiàn)階段正射影像圖在農(nóng)村土地調(diào)查確權(quán)登記中發(fā)揮著重要作用，能夠?qū)⑵渥鳛榈貓D使用到土地調(diào)查確權(quán)頒證中，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)對確權(quán)土地的測量，1∶2 000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。

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)工作本身具有一定難度，因為每個農(nóng)村地區(qū)的地形各不相同，整個建設(shè)過程中需要面臨較為復(fù)雜的地形地貌。因此相關(guān)人員在對農(nóng)村開展建設(shè)工程之前，需要對該地區(qū)的地貌或者地物類型進(jìn)行分類，有針對性地制定相應(yīng)措施，最大程度地保證建設(shè)規(guī)劃布局的科學(xué)性與合理性，為后續(xù)的建設(shè)工作打下良好基礎(chǔ)。在此過程中，相關(guān)人員完全可以利用無人機(jī)航測技術(shù)輔助其規(guī)劃設(shè)計工作，從該技術(shù)獲取的影像地圖中提取出所需建設(shè)地區(qū)的建筑物、公路以及水域航道，全面了解農(nóng)村的地貌地形以及地物，為相關(guān)人員提供更加清晰全面的規(guī)劃依據(jù)，以此確保規(guī)劃設(shè)計的精準(zhǔn)性。與此同時，無人機(jī)航測技術(shù)可以獲取各種有關(guān)農(nóng)村的數(shù)字化信息資料，這一功能在新農(nóng)村建設(shè)過程中尤為重要。

4.4 其他方面的應(yīng)用

很多農(nóng)村房屋建筑過程中都會在樓頂進(jìn)行違章搭建，但是由于傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端，通過結(jié)果只能獲得房屋的地理位置，無法對農(nóng)村房屋的整體情況進(jìn)行檢測，導(dǎo)致相關(guān)人員無法根據(jù)測量結(jié)果獲得真實有效的農(nóng)村房屋信息，由此可見傳統(tǒng)測量技術(shù)結(jié)果與實際存在較大偏差，真實性相對欠缺。將無人機(jī)航測技術(shù)使用到對農(nóng)村房屋監(jiān)測工作中能夠有效解決傳統(tǒng)測量技術(shù)存在的弊端，并且獲得更加真實全面的農(nóng)村房屋信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)村有在樓頂違章搭建的現(xiàn)象時，相關(guān)人員可以及時對這些問題進(jìn)行處理，使新農(nóng)村的建設(shè)工作能夠有序開展。

當(dāng)對農(nóng)村土地進(jìn)行綜合治理時，可以使用無人機(jī)航測技術(shù)獲取廢棄宅基地的正射影像圖，有利于對土地進(jìn)行統(tǒng)一的布局和規(guī)劃。通過三維實景模型對廢棄宅基地做出實際調(diào)整，利用先進(jìn)技術(shù)將復(fù)墾后土地的真實景觀效果展示出來。還可以在軟件中測量出實際面積大小，進(jìn)而為土地綜合治理提供科學(xué)的資金投入與成本預(yù)算。

大部分農(nóng)村位于山區(qū)，當(dāng)多雨季節(jié)來臨時，各種自然環(huán)境與地表危害時刻威脅著村民們的生命財產(chǎn)安全。由于傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)無法獲得山區(qū)的實際地形全貌，不能切實解決各種自然危害，加大了新農(nóng)村建設(shè)工作的難度。但是當(dāng)時使用無人機(jī)航測技術(shù)對這些山區(qū)的地貌地形進(jìn)行監(jiān)測時，可以為相關(guān)人員提供全面有效的正射影像圖，將這些圖像數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，便可以形成完整的監(jiān)測系統(tǒng)。在長期的發(fā)展中，無人機(jī)航測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的影像更新，可以充分發(fā)揮其高效的特點，為監(jiān)測系統(tǒng)提供服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述，無人低空航測技術(shù)和方法是一種實用可靠的航測新技術(shù)和方法，能夠勝任新農(nóng)村大比例尺地形圖生產(chǎn)的要求，且切實加快了生產(chǎn)速度，降低了生產(chǎn)成本。此外，隨著無人機(jī)航攝技術(shù)的推廣應(yīng)用，該技術(shù)也將在數(shù)字城市建設(shè)、地理國情監(jiān)測、國家應(yīng)急救災(zāi)及災(zāi)后重建等方面具有更廣泛的應(yīng)用。