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

      2021-12-05 11:19:48陶肖靜
      農(nóng)村實(shí)用技術(shù) 2021年10期
      關(guān)鍵詞:測(cè)繪資料數(shù)字

      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。

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