無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在隆德縣危房危窯改造恢復(fù)農(nóng)用地現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)調(diào)查中的應(yīng)用

李超

摘 要 隨著無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)快速發(fā)展，以其高精度、低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)在諸領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用?；诖?，在隆德縣危房危窯改造恢復(fù)農(nóng)用地現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)調(diào)查中引進(jìn)無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)，取得較好的效果，該技術(shù)在項(xiàng)目中發(fā)揮較大作用。

關(guān)鍵詞 無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)；危房危窯改造；農(nóng)用地；監(jiān)測(cè)調(diào)查

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.27.063

我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，并處于世界領(lǐng)先水平，在諸多領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)作為載體搭載遙感、衛(wèi)星定位等設(shè)備，與通訊技術(shù)的結(jié)合，打破了傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)方式，給測(cè)繪地理信息技術(shù)帶來(lái)突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力，以及成果的現(xiàn)實(shí)性等特點(diǎn)給國(guó)土監(jiān)測(cè)及重大工程建設(shè)方面提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。在數(shù)據(jù)處理方面，隨著無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，以Pix4D、南方SouthUAV等為代表的無(wú)人機(jī)影像處理軟件，將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式自動(dòng)化，通過(guò)一鍵式后處理程序，直接得到DOM、DSM、點(diǎn)云等類型產(chǎn)品。

無(wú)人機(jī)航測(cè)能提供高分辨率、高精度、現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)的產(chǎn)品，其平面和高程外符合精度均可達(dá)到5～10 cm。在如此高的精度支撐下，結(jié)合遙感影像解譯判讀，對(duì)要素從定量到定性工作在室內(nèi)將變得輕而易舉。無(wú)人機(jī)航測(cè)在農(nóng)用地現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)中的作業(yè)中發(fā)揮較大作用，通過(guò)其攜帶的航攝和遙感設(shè)備，將采集到的測(cè)區(qū)影像和POS數(shù)據(jù)及像控點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入SouthUAV處理系統(tǒng)，進(jìn)行空中三角形解算，形成現(xiàn)狀數(shù)字高程模型（DEM）和正射影像（DOM）。將DOM影像圖加載的ArcGIS軟件中和未拆遷恢復(fù)前的影像圖對(duì)比判讀，勾繪恢復(fù)圖斑和未恢復(fù)圖斑，計(jì)算匯總各圖斑面積。筆者以隆德危房危窯改造及遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)監(jiān)測(cè)調(diào)查實(shí)例說(shuō)明無(wú)人機(jī)在該項(xiàng)目應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

隆德縣地處六盤山腹地的山區(qū)，受自然環(huán)境制約，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，農(nóng)民生活貧困、居住環(huán)境差，部分農(nóng)戶仍居住在依山挖建的土窯中。遇有自然災(zāi)害，極易倒塌，危及農(nóng)戶生命財(cái)產(chǎn)安全。區(qū)政府非常重視此項(xiàng)工作，將隆德縣的危房危窯改造項(xiàng)目提升為政府工作的攻堅(jiān)計(jì)劃，項(xiàng)目實(shí)施以“縣（區(qū)）為單位，統(tǒng)一規(guī)劃，因地制宜，集中連片，整村推進(jìn)，有序進(jìn)行”的原則進(jìn)行，預(yù)計(jì)在2018年底基本完成危房危窯改造項(xiàng)目。

2 工作內(nèi)容

隆德縣危房危窯改造項(xiàng)目涉及全縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)70個(gè)行政村，其工作內(nèi)容：第一，在隆德縣境內(nèi)的危房危窯改造及遷出區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)外業(yè)航空攝影并制作DOM影像圖，分辨率要求0.2 m，用于調(diào)查的底圖；第二，在村委會(huì)人員配合下勾繪危房危窯改造及遷出區(qū)恢復(fù)農(nóng)用地圖斑；第三，制作標(biāo)注遷出區(qū)恢復(fù)農(nóng)用地圖斑的1∶5 000比例尺標(biāo)準(zhǔn)分幅的監(jiān)測(cè)調(diào)查成果圖；第四，以村為單元統(tǒng)計(jì)匯總危房危窯恢復(fù)農(nóng)用地圖斑，并編制調(diào)查技術(shù)報(bào)告。

3 技術(shù)要求及工作流程

3.1 技術(shù)要求

3.1.1 航空攝影基本技術(shù)指標(biāo)和要求

第一，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝獲取現(xiàn)狀圖；第二，產(chǎn)品設(shè)計(jì)為0.2 m分辨率；第三，航線按照?qǐng)D廓中心線敷設(shè)，航向重疊60%～65%；旁向重疊30%～35%；第四，根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)航片傾角和測(cè)量相機(jī)旋偏角[1-5]。

3.1.2 DOM制作技術(shù)要求

數(shù)字正射影像圖拼接無(wú)裂縫，分辨率不能低于攝影時(shí)的分辨率，整幅影像拼接清晰、色調(diào)均衡一致。

3.1.3 農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)調(diào)查要求

嚴(yán)格依據(jù)《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》及《寧夏回族自治區(qū)生態(tài)移民權(quán)屬處置實(shí)施辦法》以及相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行[6-7]。

3.2 航攝工作技術(shù)流程

航攝工作技術(shù)流程如圖1所示。

4 航攝影像外業(yè)獲取

4.1 航攝準(zhǔn)備

收集隆德縣行政區(qū)劃圖、交通圖，分片區(qū)下載要作業(yè)的電子地圖及Google影像圖，踏勘作業(yè)區(qū)，對(duì)選定作業(yè)區(qū)拍照記錄，掌握作業(yè)區(qū)氣象變化規(guī)律，重點(diǎn)掌握有無(wú)影響無(wú)人機(jī)作業(yè)的機(jī)場(chǎng)及設(shè)施。確定無(wú)人機(jī)起飛的場(chǎng)地、空域，考慮作業(yè)區(qū)范圍，并規(guī)劃設(shè)計(jì)航線、航高、航程。

4.2 航攝作業(yè)

依據(jù)批準(zhǔn)的《技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)前做好各項(xiàng)檢查，重點(diǎn)檢查電源、相機(jī)、飛控、電臺(tái)、彈射和操控等項(xiàng)目，要求兩名操作員同時(shí)檢查或交叉檢查。在飛行中，注意觀察無(wú)人機(jī)的飛行軌跡，操控人員和觀察員時(shí)刻關(guān)注無(wú)人機(jī)飛行變化狀況，互述無(wú)人機(jī)作業(yè)情況，整個(gè)飛行過(guò)程要嚴(yán)格按《技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》作業(yè)。像控點(diǎn)測(cè)量組在無(wú)人機(jī)航攝過(guò)程中進(jìn)行特征點(diǎn)采集，并拍照測(cè)量點(diǎn)位，精度不低于圖根點(diǎn)要求。

攝影質(zhì)量要求：正確選擇鏡頭，設(shè)置曝光時(shí)間，拍攝的影像清晰、色彩豐富、顏色飽和、彩色平衡良好；航攝結(jié)束后檢查相片，應(yīng)清晰、無(wú)遮蓋、不出現(xiàn)漏洞，并能按要求在航片上辨別細(xì)小地物。

航攝成果質(zhì)量檢查：飛行結(jié)束后，從機(jī)艙取出相機(jī)，用連接線傳輸數(shù)據(jù)至電腦中；查看航片是否滿足《技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》要求，根據(jù)記錄儀查看飛行軌跡、航線、航向、重疊度及航片的清晰度，以加載的POS數(shù)據(jù)將航片進(jìn)行預(yù)處理，查看航片滿足是否滿足質(zhì)量要求。

5 航攝影像成果

5.1 航攝影像內(nèi)業(yè)處理

第一，原始影像畸變差糾正。通過(guò)相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差參數(shù)，用SouthUAV2.0處理系統(tǒng)對(duì)航片進(jìn)行預(yù)處理糾正，這個(gè)過(guò)程能消除影像畸變差和像主點(diǎn)偏移，其產(chǎn)品為無(wú)畸變差的影像。第二，創(chuàng)建工程。設(shè)置工程參數(shù)、輸入相機(jī)參數(shù)等基本數(shù)據(jù)。第三，影像預(yù)處理。影像進(jìn)行主點(diǎn)及畸變改正、順逆旋轉(zhuǎn)。生成Willis、Harris、金字塔及快視圖。第四，自動(dòng)空三匹配。查看導(dǎo)入SouthUAV2.0處理系統(tǒng)中航片序列，進(jìn)行自動(dòng)空三匹配，調(diào)整重疊度，反復(fù)微調(diào)以達(dá)到最佳效果。第五，區(qū)域網(wǎng)平差。用空三匹配后的成果進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，首先人工檢查模型連接狀況，對(duì)連接不好的，進(jìn)行調(diào)整，剔除粗差點(diǎn)，設(shè)置區(qū)域網(wǎng)平差自由解算，生成區(qū)域網(wǎng)平差模型。第六，將外業(yè)測(cè)量像控點(diǎn)成果導(dǎo)入SouthUAV2.0處理系統(tǒng)中，參照點(diǎn)位照片，對(duì)影像圖進(jìn)行糾正配準(zhǔn)。對(duì)區(qū)域網(wǎng)模型進(jìn)行調(diào)整、平差解算，以達(dá)到最優(yōu)模型精度，使空三加密成果符合精度要求。第七，正射影像生成。將上一步生成空三加密模型設(shè)置格網(wǎng)參數(shù)，生成數(shù)字高程模型（DEM）。第八，影像圖色彩調(diào)整。用Photoshop軟件對(duì)正射影像圖進(jìn)行色彩調(diào)整，包括色彩飽和度、亮度、對(duì)比度等方面的調(diào)節(jié)，形成滿足要求產(chǎn)品成果，以同樣方法處理其他航片，將處理完航片進(jìn)行鑲嵌生成預(yù)處理正射影像。第九，編輯正射影像。利用SouthUAV2.0處理系統(tǒng)生成的初步正射影像成果，經(jīng)過(guò)iData模塊進(jìn)行顏色與幾何處理，主要是對(duì)影像鑲嵌線邊緣的鑲嵌錯(cuò)位處理，生成滿足規(guī)范要求的正射影像圖產(chǎn)品。endprint

5.2 正射影像及DOM制作

第一，內(nèi)業(yè)將外業(yè)航攝相片加載到南方航測(cè)影像SouthUAV2.0處理系統(tǒng)中，進(jìn)行相片匹配；第二，以無(wú)人機(jī)所獲取的航攝相片和POS數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，進(jìn)行影像圖預(yù)處理；第三，導(dǎo)入像控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行空中三角形解釋，航片精糾正；第四，空中三角形加密解算處理生成初級(jí)產(chǎn)品；第五，將產(chǎn)品導(dǎo)入ARCGIS中進(jìn)行影像糾正、重采樣、接邊、銳化、飽和度等處理生成DOM產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字正射影像圖交付GIS技術(shù)人員作為移民遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀外業(yè)調(diào)查工作底圖使用。

6 移民遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀調(diào)繪

6.1 外業(yè)調(diào)查

將正射影像圖作為調(diào)查工作底圖，結(jié)合隆德縣危房危窯改造及遷出區(qū)規(guī)劃圖確定遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查范圍，對(duì)遷出區(qū)的農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行逐鄉(xiāng)逐村的外業(yè)實(shí)地調(diào)查。將各村組的搬遷拆除恢復(fù)地圖斑及搬遷未拆除恢復(fù)地圖斑利用ARCGIS軟件分別詳細(xì)勾繪并標(biāo)注在工作底圖（DOM）上（見(jiàn)圖2）。

經(jīng)過(guò)逐鄉(xiāng)逐村的外業(yè)實(shí)地詳細(xì)調(diào)查，隆德縣危房危窯改造遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀主要有三種情況：一是已搬遷未拆除的居民地，二是已搬遷拆除房屋后未復(fù)墾的居民地以及村莊內(nèi)的空閑地，三是已搬遷拆除房屋且已復(fù)墾的居民地。

在完成調(diào)查的隆德縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)70個(gè)行政村中，整村搬遷的有3個(gè)村，其余村莊都存在未搬遷或搬遷未拆除的居民地。規(guī)劃遷出恢復(fù)農(nóng)用地總面積為646.76 hm2，未拆遷居民地2.34 hm2，已恢復(fù)農(nóng)用地面積644.42 hm2。

6.2 成果圖制作

在完成遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查后，利用ArcGIS軟件進(jìn)行調(diào)查成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總。在正射影像圖上疊加遷出區(qū)規(guī)劃范圍，移民遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查圖斑以及基礎(chǔ)地理信息后，按照要求完成隆德縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)70個(gè)行政村范圍內(nèi)的航攝任務(wù)；獲取了隆德縣分辨率為0.2 m的正射影像圖，制作了97幅1∶5 000標(biāo)準(zhǔn)分幅比例尺的危房危窯改造及遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)調(diào)查成果圖。

7 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在隆德縣危房危窯改造及遷出區(qū)農(nóng)用地恢復(fù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)調(diào)查中的應(yīng)用，以其快速、實(shí)時(shí)、低成本、高精度的優(yōu)勢(shì)獲取監(jiān)測(cè)調(diào)查調(diào)查成果。為政府決策提供技術(shù)支持，引導(dǎo)新農(nóng)村建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃，集中建房；促進(jìn)國(guó)土整治，擴(kuò)大耕地面積；推動(dòng)農(nóng)村土地規(guī)模經(jīng)營(yíng)，集約化管理和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；有利于封山育林、禁牧，保護(hù)和治理生態(tài)環(huán)境。

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（責(zé)任編輯：劉昀）endprint