低空无人机航空摄影测量技术在土地整治项目规划设计阶段的运用

吴 涛

(重庆欣荣土地房屋勘测技术研究所，重庆 400020)



低空无人机航空摄影测量技术在土地整治项目规划设计阶段的运用

吴 涛

(重庆欣荣土地房屋勘测技术研究所，重庆 400020)

低空无人机航空摄影测量技术是现代新型应用测绘技术，该技术的运用将有助于提高土地整治项目规划设计工作的开展。该研究主要阐述了低空无人机航空摄影测量系统的组成及特点，介绍了低空无人机航空摄影测量作业流程及测绘成果在土地整治项目规划设计阶段的运用，比较了相对于传统野外实测地形图，低空无人机航空摄影测量技术运用的优势。

低空无人机；航空摄影测量技术；土地整治；规划设计

实施土地整治项目，有利于推进新农村建设和统筹城乡区域发展，确保耕地总量动态平衡和耕地占补平衡，有利于促进“三农”问题的解决，实现土地资源优化配置，对改善农村生产生活条件和农村生态环境等，都具有十分重要的作用[1]。土地整治规划设计是根据项目区的自然、社会和经济等因素，以及当地农业生产条件和群众生产、生活需求开展进行的活动过程，也是为土地整治项目的建设提供有技术依据的设计文件和图纸的整个活动过程。由于土地整治是一项综合性的复杂性系统工程，项目实施规模大，涉及面广，时效性强，因此，科学、合理的项目规划设计将直接影响土地整治项目的成效。从当前情况来看，土地整治项目中的设计变更比较普遍，主要是规划设计工程布设情况与现场不符合。这是由于项目涉及区域太大，设计人员踏勘不仔细造成。但也有一种不能忽视的原因，项目区传统实测地形图，即规划设计的前期测绘成果，由于其质量较差、精度较低，一些区域的路、沟、渠等农业基础设施和地形地貌与实际情况不符，从而导致了规划的工程无法实施，或者开展设计变更。

针对传统实测地形图对土地整治项目规划设计的影响，根据渝国土房管发[2013]113号文件，从2013年底起，重庆市市级投资土地整治项目将采用低空无人机航空摄影测量技术。这将避免传统野外实测地形图对土地整治规划设计的人为影响，有力地利用现代测绘技术提高对土地整治项目的服务能力。

1 低空无人机航空摄影测量系统的组成及特点

1.1 低空无人机航空摄影测量系统的组成低空无人机航空摄影测量系统以无人机为飞行平台，搭载高档民用相机，基于地面控制系统实施航迹规划、监控，借助飞行控制系统实现高分辨率遥感影像的自动拍摄，从而快速获取目标区域基础地理信息数据[2]。它一般由飞行控制系统、地面站系统、航拍系统、数据处理软件等4部分组成[3]。

飞行控制系统是无人机遥感系统的飞行控制核心。该系统通过GPS等导航定位信号，解算无人机的位置、速度、高度等信息，接受地面发射的控制信息，进而对无人机进行全面自动控制，按照预定航线进行自动飞行。

地面站控制系统在无人机飞行前要规划好任务航线，同时在飞行过程中地面站控制软件可以实时显示飞行区域的电子地图、航迹、飞行参数、飞行姿态等信息。同时，根据实际情况，地面控制人也可以通过控制系统修改航路点和目标航向，监视飞行状态。

航拍系统可以根据实际使用的需要，搭载如单反数码相机、数值航摄仪等航拍系统，满足不同类型、精度的航拍要求。

数据处理软件系统是通过影像处理软件进行航片的拼接及坐标高程信息的定义以及DOM(高分辨率全范围数字正射影像图)、DEM(数字地面模型)的制作。

1.2 低空无人机航空摄影测量系统特点低空无人机航空摄影测量系统是集成了高空拍摄、遥控、遥感以及航空摄影测量的新型应用测绘技术，目前广泛用于国土、交通、规划、防灾减灾等领域，它具有如下特点：①便利性。低空无人机航空摄影测量系统集成度较高，单体体积较小，一般的车辆能够实现运输、转移，更重要的是无人机的起降、收回对场地要求较低，一般能通过公路、平坝等实现无人机的滑起、滑降等操作，甚至一些旋翼机仅仅通过较小的平整场地即可开展工作。②低成本性。土地整治项目涉及范围广，特别是在重庆这样的地形地貌以丘陵、山地为主，坡地面积较大的情况下，利用无人机航摄测量能节约大量的人力、物力和财力，同时该系统的运行、维护成本也较低。③功能多样性。低空无人机能为如摄像系统、热成像仪、气象传感器等提供了良好的搭载平台，不但可以开展土地整治项目区测量，也可以土地利用动态监测，体现其功能多样性。此外，低空无人机航空摄影测量能获取高重叠度影像和飞行受天气影响小等优点[4]。

2 低空无人机航空摄影测量技术在土地整治规划设计阶段的运用

2.1 重庆市土地整治项目低空无人机航空摄影测量技术要求重庆市土地整治项目对低空无人机航空摄影测量技术主要要求：①坐标系统。平面采用1980西安坐标系，高程采用1985年国家高程基准。②正射影像分辨率与成图比例尺。地面分辨率为0.20 m，成图比例尺为1∶2 000。③电子成果及要求。完成1∶10 000最新变更土地利用现状图及台账；完成1∶2 000标准分幅与全范围数字正射影像图(DOM)，格式为Tiff文件；以及根据规划设计的实际需求，对重点工程和土地平整区测绘1∶500或1∶200地形图等。

2.2 低空无人机航空摄影测量作业流程低空无人机航空摄影测量作业流程如下：①前期工作阶段。收集项目区地形图和土地利用现状图等相关资料，检查相关仪器、设备，为开展低空无人机航空摄影测量做好各项前期准备工作。②踏勘测区阶段。对测区进行踏勘，通过相关资料了解测区大致地形情况，确定测区的大概范围线，做好测量区域的设置。布设好项目区内的像控点，做好场地的选址工作，规划好飞行航线，尤其避开航空摄影测量范围内建筑物、树林、高低压线等较高地物。③外业航空摄影测量阶段。通过无人飞行平台搭载摄像系统，按照相关要求利用无人机飞行实施低空航空摄影测量工作。由GPS领航数据计算相对飞行高度进行航摄获取测区影像资料。航空摄影测量成果资料要求图片清晰、层次丰富，色彩均匀，色差适中，饱和度良好，能够表达测区真实的地物信息。④内业数据处理阶段。利用PhotoScan等图形处理软件对外业航空摄影测量的影像成果进行处理、拼接。在完整的影像上找到布设的像控点，利用外业测量的像控点的坐标、高程值对图形进行几何纠正、电算加密和立体测图、图件修饰[5]，最后输出1∶2 000正射影像图。同时，在完成项目区土地利用调查工作的基础上，完成项目区土地利用现状图编制和项目区内面积台帐汇总等相关工作，为土地整治规划设计提供前期成果。

2.3 低空无人机航空摄影测量技术在土地整治规划设计中的运用低空无人机航空摄影测量技术运用到土地整治项目中将会极大提高土地整治项目的前期测绘的效率和质量，这将有助于项目规划设计工作的开展，从而提高土地整治项目规划设计的整体质量。

通过无人机航空摄影，规划设计人员将得到项目区的高分辨率全范围数字正射影像图。该图是对项目区内的地表、地物之间相互关系和分布状况的实时体现，项目区内的地形地貌和道路、河流、房屋等现状物在图上一一反映。规划设计人员在开展项目区工程布局规划设计踏勘时，首先，通过项目区正射影像图，了解项目区的范围情况，统计项目区已有的基础设施工程的布设情况，熟悉项目区的主要的水文、交通、居民点等坐落情况，即全面掌握项目区的现状情况。其次，根据相应的规范要求和群众意见，结合正射影像图反映的实际项目区内情况，科学、合理、均衡地初步布设完成项目工程。再次，根据初步布设的工程项目，再实地踏勘、论证工程布设的可行性，确保最终规划的工程是否具备实施条件。最后，在此基础上，可以利用DOM、DEM等成果，提高项目工程布局规划的精细度和计算工程量的正确度，编制完成项目规划图、工程布置图、项目单体工程设计图册和编制预算等成果。

3 低空无人机航空摄影测量技术在土地整治规划设计中的优势

3.1 高效性一般而言，在重庆以丘陵、山区为主的地形条件下，项目区1∶2 000传统实测地形图，完成1 km2外业测量需要1个工作组(2人)3～4天时间，完成该地形图的内业处理也需要好几天时间。而通过低空无人机航空摄影测量技术，完成1 km2外业测量需要1个工作组(2人)仅仅需要半小时，完成该地形图的内业处理也仅需几小时。同时该技术几乎不受地形影响，可进入各种复杂地域自由拍摄，大大提高了工作效率，由于土地整治项目的具有时效性，往往时间要求较短，前期测量的时间缩短，也为项目的规划设计阶段节约了大量时间，确保规划设计工作的质量。

3.2 直观性相对于项目区传统实测地形的成果，利用低空无人机航空摄影测量技术取得的前期测绘成果是项目区全范围数字正射影像图。该图直观性强，项目区群众易分辨和识别区域内相应地理位置的各类信息要素。因此，在项目区正射影像图标注的土地整治项目工程布局，在项目规划设计踏勘和初步设计成果征询群众意见时，项目区群众能有效识别工程布置的类型和坐落区域，大大增强了项目区群众对土地整治项目的认识，提高了群众对土地整治项目的参与度。项目区正射影像图，是对项目区区域的完全反映，避免了重要地理要素的遗漏，规划设计人员能正确识别、判断出项目区内已有工程的数量、类型，真正做到工程规划布设“有的放矢”，提高了规划设计的科学性，确保土地整治项目能全面提高全项目区内土地生产力。此外，可以利用已有的控制资料和无人机影像制作各项目区的DEM，进一步制作各项目区的三维景观图，实现对项目区的三维浏览[6]。

3.3 全面性一般而言，传统的土地整治项目的规划设计使用的前期测绘资料成果，即原始地形数据图，主要是通过野外实测地形数据。野外实测地形数据对于规划设计最重要的是如何高速、准确、有效地获取项目区以沟、路、渠等农业基础设施为重点的各类地形、地物等原始数据。由于土地整治项目区范围大，特别是重庆区域内，地形复杂，传统的野外实测数据往往不能面面俱到，一些重要的沟、渠、路等线性要素存在漏绘的现象，导致一些工程布设不合理，项目规划无法实施，特别是一些整修已有的基础工程，由于测绘成果没有反映，一旦规划设计人员踏勘不仔细，这类工程将无法整修。同时，项目区地形高程出现一些偏差，将造成土地挖填方量较大，严重影响工程预算的编制。通过低空无人机航空摄影测量技术得到的项目区正射影像图，并在此基础上开展的规划设计工作，由于正射影像图现实性强、精度高、数据准确，将完全避免项目区内一些基础设施工程的漏绘，确保全面地反映项目区地形、地貌、地物，从而有助于对土地整治项目的规划设计。同时，借助于现有的相关软件，直接产生项目区的大比例尺等高线地形图和地形三维坐标数据，能为土地平整工程土方量计算及合理调配提供原始地形数据。

4 结语

土地整治项目是一个系统性工程，规划设计阶段是这个系统性工程重要的组成部分，而项目区内前期测绘成果将对规划设计阶段产生重要的影响。针对目前传统野外实测地形图存在的一些问题，采用低空无人机航空摄影测量技术进行测绘，由于其低成本、高效、全面反映等特点将有助于提高土地整治项目规划设计的科学性、合理性和可行性。这也是未来土地整治前期测绘的发展方向。

但是，低空无人机航空摄影测量技术也有其自身的局限性，天气情况、地面植被覆盖等因素会干扰无人机航摄，造成对路、沟、渠等线状物在测量成果上的辨识困难。此外，航片成果由于缺少高程点信息，不能直接判断局部地形起伏，增加工程布设准确度，缺少线状地物规格、材质信息，区域小地名等，也增加了现场踏勘工作量。未来，通过低空无人机航摄系统和传统野外有重点的实测补调，使现代化测绘技术与土地整治工作相结合，将取得显著效果。

[1] 刘翠丰,董秀茹,王秋兵.辽宁省土地整理的特点、存在问题及对策[J].沈阳农业大学学报：社会科学版，2009，11(3)：273-276.

[2] 王峰，吴云东．无人机遥感平台技术研究与应用[J]．遥感信息，2010(2)：114-118.

[3] 张文博．无人机航测技术在土地综合整治中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2013.

[4] 吴正鹏，王琳，奚歌.无人机低空遥感系统在土地复垦中的应用[J]．城市勘测，2013(6)：82-84.

[5] 申海建，郭中荣，黄小波，等.微型无人机(MUAV)航空摄影测量技术在土地整理项目规划设计中的应用[C]//2007年中国土地学会学术年会论文集.中国土地学会，2007：977-980.

[6] 任向红.微型无人机航空摄影测量技术在宁夏土地整治中的应用——以宁夏中北部土地开发整理重大工程项目为例[J]．测绘与空间地理信息，2013(9)：168-169.

Application of Low-Altitude UAV Aerial Photogrammetry Technique in Land Consolidation Project Planning and Design Stage

WU Tao

(Chongqing Xinrong Land Housing Survey Research Institute, Chongqing 400020)

The low-altitude UAV aerial photogrammetry technique is new type modern mapping technology, the use of this technology will help to improve the implementation of land consolidation project planning and design work. The composition and characteristics of the low-altitude UAV aerial photogrammetry system were elaborated, application of low-altitude UAV aerial photography measurement processes and mapping results in land consolidation project planning and design stage, and advantages compared with the traditional field survey topographic maps were introduced.

Low-altitude unmanned aerial vehicles; Aerial photogrammetry technology; Land consolidation; Planning and design

吴涛(1980- )，男，四川达州人，工程师，硕士，从事国土整治项目研究。

2014-11-28

S 28

A

0517-6611(2015)02-295-02