無人機攝影測量在全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計中的實踐與思考

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7698

作者簡介：李長泓（1988—），男，碩士，工程師，研究方向為測繪與地理信息工程、土地整治與管理。

摘要：全域國土綜合整治是對項目區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間進行統(tǒng)籌規(guī)劃和治理，是鄉(xiāng)村全面振興的重要途徑，也是落實新時代生態(tài)文明建設(shè)的重要實踐。當(dāng)前，無人機攝影測量應(yīng)用場景多樣，技術(shù)日臻成熟，嘗試應(yīng)用于新領(lǐng)域是很有必要的。無人機攝影測量技術(shù)運用于全域國土綜合整治，采用Pix4d平臺，生產(chǎn)選定區(qū)域正射影像，能夠從宏觀上掌控該區(qū)域的自然地理樣貌，山水林田湖草的分布情況，運用新技術(shù)新方法，能夠極大地提高項目規(guī)劃設(shè)計效率，減少設(shè)計成本。

關(guān)鍵詞：無人機攝影測量??Pix4d??全域國土綜合整治??規(guī)劃設(shè)計

中圖分類號：P231

隨著我國科技實力的不斷增強，測量裝備也逐步向自動化、智能化的方向發(fā)展。在新時代的大環(huán)境下，無人機攝影量的應(yīng)用場景越來越廣泛，如地質(zhì)災(zāi)害分析、應(yīng)急測繪服務(wù)等，快速高效的提供正射影像，而將無人機攝影測量技術(shù)運用于全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計中，可以整體把握項目區(qū)自然要素分布情況，摸清村莊、耕地等用地情況，進一步拓展無人機應(yīng)用場景、應(yīng)用領(lǐng)域。

本次研究選取范圍為襄陽市樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)全域國土綜合整治項目某村局部區(qū)域，對該區(qū)域進行全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計。項目區(qū)位于樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)西北部，地勢呈北高南低，地貌為丘陵崗地，交通便利，林地資源、水資源、耕地資源、紅色資源相當(dāng)豐富，主要以種植、養(yǎng)殖、漁業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)。

1無人機航測設(shè)備

選取大疆精靈4RTK作為航測設(shè)備。它是一款小型多旋翼高精度航測無人機，具有強大的抗磁干擾能力與精準(zhǔn)定位能力，提供實時厘米級定位數(shù)據(jù)，具備厘米級導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測效率。無人機實現(xiàn)了飛控、相機與 RTK 的時鐘系統(tǒng)微秒級同步，相機成像時刻毫秒級誤差。對相機鏡頭光心位置和 RTK 天線中心點位置進行補償，減少位置信息與相機的時間誤差，為影像提供更精確的位置信息。1 英寸?2000 萬像素?CMOS 傳感器捕捉高清影像。機械快門支持高速飛行拍攝，消除果凍效應(yīng)，有效避免建圖精度降低。借助高解析度影像，精靈?4 RTK 在?100 m飛行高度中的地面采樣距離（Ground Sampling Distance， GSD）可達?2.74 cm[1]。

2無人機航測原理

無人機一般由機身、螺旋槳、電機、電池、電子速度控制器、飛行控制器、視頻系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)組成。無人機主要通過螺旋槳的快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，電機產(chǎn)生推力，以及飛行器控制系統(tǒng)穩(wěn)定飛行姿態(tài)，根據(jù)力學(xué)平衡原理，最終實現(xiàn)螺旋槳升力、空氣阻力、電機推力、飛機自身重力的受力平衡。

無人機在飛行過程中依靠全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS），接收衛(wèi)星信號，確定無人機的瞬時位置和飛行速度；依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，INS）的加速計、陀螺儀測算無人機加速度、角速度。無人機在航飛中拍攝大量照片，為了由像點求解物點，必須確定拍攝瞬間攝影中心、相片與地面三者之間的相關(guān)位置。也就是確定像片的方位元素，其中，確定攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)稱為內(nèi)方位元素，涉及3個參數(shù)，分別是攝影中心S到像片的主距f、像主點O在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x，y）；確定攝影中心和像片在地面坐標(biāo)系中位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素，涉及6個參數(shù)，分別是用于描述攝影中心S空間坐標(biāo)值的3個直線元素（X、Y、Z），用于描述像片在攝影瞬間空間姿態(tài)要素的角元素（ε、φ、κ）。影像定向就是要獲取影像的位置和姿態(tài)，就是要確定外方位元素6個參數(shù)。影像的本質(zhì)是空間的一個平面，影像定向就是通過求解參數(shù)確定這個平面[2]。

空中三角測量的方法很多種，如航帶法、獨立模型法、光速法等。通常情況下，最基本的空中三角測量方法是航帶法。這種方法簡單易操作，主要由相對定向、模型連接、航帶自由網(wǎng)的絕對定向與誤差改正等部分組成。

通過無人機對目標(biāo)區(qū)域攝影，生產(chǎn)目標(biāo)區(qū)域正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM），獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地理信息。正射影像生產(chǎn)過程一般包含5個過程，即無人機航空攝影、外業(yè)布控控制點測量、內(nèi)業(yè)空中三角測量加密、目標(biāo)區(qū)域生成數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、目標(biāo)區(qū)域生成數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）。

3無人機攝影測量的應(yīng)用

3.1航飛準(zhǔn)備

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計需求，對航飛區(qū)域進行外業(yè)踏勘，掌握設(shè)計區(qū)域自然地理環(huán)境，再進行儀器準(zhǔn)備。本次航飛區(qū)域?qū)儆谇鹆甑孛?，測區(qū)范圍小，選用無人機大疆精靈4RTK版可以滿足飛行要求。

3.2航線設(shè)計

在ArcGIS10.2中以分辨率1?m的衛(wèi)星影像為底圖，設(shè)計飛行航線，數(shù)據(jù)格式KML。本次設(shè)計航向重疊度70%，旁向重疊度30%，一次飛行時間大約20?min。

3.3外業(yè)航拍

首先，在測區(qū)范圍內(nèi)做像控點，本次在測區(qū)范圍內(nèi)用紅色噴漆均勻布設(shè)8個像控點K1～K8；然后，用大疆精靈4RTK版無人機按設(shè)計好航線進行航飛，航高120?m。外業(yè)航飛要選擇天氣晴朗，無風(fēng)或微風(fēng)[3-4]。

3.4內(nèi)業(yè)處理

本次無人機數(shù)據(jù)處理采用Pix4d軟件平臺，能夠通過影像數(shù)據(jù)自動獲取無人機相機攝影參數(shù)，全過程自動處理數(shù)據(jù)，可按需生產(chǎn)正射影像和帶紋理的三維模型。

取出無人機SD卡，用讀卡器讀取航飛數(shù)據(jù)；用Pix4d軟件處理航飛數(shù)據(jù)，將像控點導(dǎo)入、刺點，并設(shè)置生成的點云以及正射影像的范圍后，軟件將進行全自動處理過程，軟件可根據(jù)設(shè)置的范圍，生成點云、數(shù)字表面模型以及正射影像[5-7]。要注意對高程異常值的影響、刺點精度。

4全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計

全域國土綜合整治是新時代生態(tài)文明建設(shè)的重要體現(xiàn)，是全面實施美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的重要力量。做好全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計事關(guān)“生態(tài)健康、人民幸福、國家興旺”的全局。

4.1規(guī)劃設(shè)計原則

全域國土綜合整治堅持以鄉(xiāng)村為中心，對區(qū)域內(nèi)開展農(nóng)用地整治、建設(shè)用地征整治和生態(tài)保護修復(fù)，合理布局自然地理要素，堅持以人民為中心，優(yōu)化生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間。

全域國土綜合整治堅持頂層設(shè)計，堅持統(tǒng)籌規(guī)劃，堅持產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)，要立足實際資源稟賦，全盤考慮，以鄉(xiāng)村振興為抓手，久久為功，實現(xiàn)區(qū)域規(guī)劃設(shè)計落地，實現(xiàn)人民群眾對美好生活的向往[8-10]。

4.2區(qū)域規(guī)劃設(shè)計總體方案

規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)在于設(shè)計人員對項目區(qū)域內(nèi)所有要素的充分掌握，在于對政府頂層設(shè)計的深度理解，在于對當(dāng)?shù)匕傩盏脑V求有全面的認(rèn)識。采用無人機攝影測量，通過正射影像，能夠快速全面地了解區(qū)域內(nèi)山水林田湖草村的自然布局，了解道路、電網(wǎng)、路燈等基礎(chǔ)設(shè)施分布情況。

以厘米級航飛影像為底圖，清楚地顯示該區(qū)域主要有一牲畜養(yǎng)殖企業(yè)，周圍有農(nóng)田、坑塘、林地、農(nóng)村道路等自然要素。從宏觀視角出發(fā)，結(jié)合踏勘情況，按照“以人為本、產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)、人地共生”的理念，劃定區(qū)域，打造牲畜產(chǎn)業(yè)鏈特色經(jīng)濟區(qū)，以牲畜養(yǎng)殖為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，充分利用牲畜糞便，變廢物為資源，發(fā)展農(nóng)業(yè)種植，林下經(jīng)濟，水生作物，形成循環(huán)可利用的健康生產(chǎn)模式。

5實踐與思考

5.1無人機攝影測量提質(zhì)增效求突破

時代的進步催生新設(shè)備快速普及，新技術(shù)快速推廣，例如：無人機設(shè)備以及無人機攝影測量技術(shù)一樣，十年前設(shè)備價格昂貴，懂無人機攝影測量技術(shù)的人寥寥無幾，而十年后的今天，設(shè)備價格平民化，無人機攝影測量技術(shù)也大眾化，這也為應(yīng)用新方法新技術(shù)創(chuàng)造了有利條件，全域國土綜合整治在這種大背景下使用無人機攝影測量技術(shù)正當(dāng)其時。本次在襄陽市樊城區(qū)太平店鎮(zhèn)某村全域國土綜合整治過程中正是運用了無人機攝影測量技術(shù)，大大降低了實地踏勘的工作量，節(jié)約了工作時間，減輕了工作強度。通過項目實踐，我們能深刻感受到用現(xiàn)代先進技術(shù)替代傳統(tǒng)方式的好處，也正是不斷的更新迭代，才能讓我們在工作中能夠一次次地不斷突破自我，助推技術(shù)升級，更好地服務(wù)社會發(fā)展。

5.2無人機攝影測量統(tǒng)攬全局見實效

規(guī)劃設(shè)計是項目開展的核心過程，其質(zhì)量的好壞直接反映了項目的血肉是否鮮活，靈魂是否完美。通過規(guī)劃設(shè)計編制方案，能夠直觀地看到項目建成之后的模樣，所以一份優(yōu)秀的設(shè)計方案必然是對現(xiàn)狀情況了然于胸的呈現(xiàn)，是對項目統(tǒng)攬全局后升華，盡顯設(shè)計師的理念。然而無人機攝影測量能直觀地反映測區(qū)地形地貌，數(shù)據(jù)采集的方式便捷，成本較低。借助攝影測量成果，規(guī)劃設(shè)計人員能夠全方位地把控項目區(qū)現(xiàn)狀，在全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計過程中，能夠高效地進行全局統(tǒng)籌規(guī)劃，也能細(xì)致專注地進行細(xì)部特征設(shè)計。因此，無人機攝影測量應(yīng)用于全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計過程中能夠加快推動全域工作進程，為優(yōu)化設(shè)計方案提供宏觀支持。

5.3無人機攝影測量持之以恒為保障

規(guī)劃編制實施方案是指導(dǎo)整個項目實施的依據(jù)，但是任何的成功都不是一蹴而就的，而是需要不停地反復(fù)打磨，為了更好地適應(yīng)項目區(qū)發(fā)展和需要，局部的調(diào)整修改完善是不可避免的。從現(xiàn)有的經(jīng)驗來看，全域國土綜合整治項目實施需要約3～5年，時間長，在項目施工推進過程中，出現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計變更的情況也是正常的，使用無人機攝影測量技術(shù)能夠為規(guī)劃設(shè)計單位提供適時的影像，保障規(guī)劃設(shè)計變更工作能夠順利的開展，因此，可以將無人機攝影測量技術(shù)貫穿于整個實施階段，為各方面溝通協(xié)調(diào)等提高效率，贏得時間，讓項目早日落地，讓人民早日受益。

6結(jié)語

結(jié)合無人機在全域國土綜合整治規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用和實踐，無人機攝影測量以其高分辨、高時效性、操作簡單、成本低廉的自身優(yōu)點，有效地解決了丘陵山崗地區(qū)地形地貌測繪難度大的問題，顯著地提高了規(guī)劃設(shè)計效率，極大地解放了人力資源，明顯地降低了項目實施成本，讓設(shè)計者擁有更多的時間和精力專注于項目設(shè)計。

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