无人机倾斜摄影测量技术在区域土地利用动态监管中的应用

段德声 钟非非

土地是人们生产生活过程中的重要保障，一个城市土地利用情况与该城市的经济发展有着直接的联系。因此，利用高精度无人机倾斜摄影测量技术来对区域土地利用情况进行动态监管是十分必要的。该技术的灵活度较高，时效性较强，在整个土地利用动态监管中起到了良好的作用。

1 无人机倾斜摄影测量技术的优势

无人机倾斜摄影测量技术是以无人驾驶飞机为平台，搭载多镜头像机，以多角度的方式来对地面影像进行采集，以此来克服传统航空摄影技术的局限性，相对正射影像，倾斜影像获取地面物体更为完整准确。以往的影像数据多数只能够现实出地物顶部相应的特征，并不能够详细反应出地物侧面的具体信息，这样并不利于构建模型和场景感知。

本文以某区域为例，该区域的面积约为5km2，且在不断进行旧城区的改造，改造速度和频率越来越快，但与此同时，非法占有和破坏周边农田的行为也较为突出。如果采用传统的调查方式来进行监测和管理，那么不仅浪费时间，同时也影响监管效率。而采用无人机倾斜摄影测量技术，则可以以其较多的优势来提高动态监管的效率，对开发前后土地的利用情况来进行对比和记录，展开实时监测。

（1）反映监测区周边真实情况。与正摄影像相比较，无人机倾斜摄影测量能够提供多角度观察，弥补正摄影像的不足，更加真实、全面地反映出灾害体的具体情况。

（2）倾斜摄影测量可以进行单张影像测量。通过影像处理软件，可以直接通过影像来计算出长度、高度、面积、体积以及坡度等方面的数据，在一定程度上拓展了倾斜摄影的应用范围。

（3）数据量小易于网络发布。倾斜摄影测量技术在测量的过程中会产生较小量的数据，比三维GIS技术产生的数据总量要小很多，且这些数据可以快速在网络上发布，实现信息共享。

（4）生成的三维场景不同于传统技术仅仅依靠高程生成的缺少侧面信息的2.5维模型，软件可以生成高密度接近真实场景的点运，在此基础上，生成多个不规则的三角网，同时可以在其真实影像纹理的基础之上形成较高分辨率的实景三维模型，对真实场景在原始影像分辨率下的全要素级别的还原无限接近。

由此可见，在区域土地调查过程中，使用无人机倾斜摄影测量技术能够对土地利用情况进行灵活测量，实时监测。

2 无人机倾斜摄影测量技术在区域土地利用动态监管中的应用

2.1 相关参数

此次实验选用P550六旋翼无人机搭载微型倾斜相机HC5010（如图1）来获取前、后、左、右以及垂直方向的图像。

图1 华测微型倾斜相机

无人机及搭载数码相机的相关参数如下：①飞行高度300m；②相机焦距10.4mm；③像元尺寸2.8μm；④航向与旁向重叠度均为75%。

2.2 倾斜摄影数据处理

在得到其原始影像、得到POS数据之后，要先进行三维重建，才能得到三维场景数据，才能对数据进行后期的加工和利用。本方案中，选取的三维重建工具为ContextCapture，通过多视影像联合平差、多视影像密集匹配以及真正射纠正，最终获得三维成果数据。

三维重建之后，获取到三维场景，还无法对单个模型进行属性的编辑，也不能对其进行空间分析和利用。需要通过专业的工具对三维场景进行单体化和修饰，使其具有更广阔的应用方向。其主要流程如图2。

图2 建模流程图

基于无人机倾斜摄影测量技术的优势，其在城市土地利用动态监管中有着如下应用途径：

2.2.1 通过无人机倾斜摄影测量获取土地数据

（1）获取自然概况。在城市土地利用动态监测的过程中，可以通过无人机倾斜摄影测量技术来获取该城市的自然概况，包括土地的东西长、南北宽、称取土地总面积、土壤类型（包括图类、亚类、土属、土种等）、土壤分布情况、地势情况、海拔高度、风蚀沙化情况等，获得该城市的土地所有自然概况，为后续的动态管理奠定良好基础。

（2）获取气候和经济发展概况。通过无人机倾斜摄影来获取城市的气候概况，包括城市当地属于哪种气候类型、降水情况、日照情况等。同时，还要对城市的社会经济条件进行全面的勘测，包括能源的分布情况、交通运输情况、基础设施建设情况、生态建设情况等，对土地的利用现状进行全面胡啊、动态化的监测，保证数据的准确性。

（3）合理获取土地数据。在无人机展开倾斜摄影测量航拍的过程中，应当要根据测量得到的地理位置来计算出航拍作业期间的太阳高度角，并根据计算所得的结果来安排最佳航拍测量时间，以便获得高质量的影像质量。比如：当所测城市的建筑物较为密集的时候，可以在正午前后一小时以内进行航拍，并采用云下摄影；而对于一些反差较小的区域，需要避免正午前后一小时的时间段内拍摄。

2.2.2 无人机倾斜摄影测量在内业和外业工作中的应用

无人机倾斜摄影包括垂直摄影和倾斜摄影，分别用于制作DEM和获取地物侧面纹理影像。通过数据处理软件来对影像进行预处理，包括调色处理、纠偏处理、镶嵌处理、融合处理等，在得到其原始影像、得到POS数据之后，要先进行三维重建，通过专业的工具对三维场景进行单体化和修饰，得到高效率、高精度的精细三维模型建模成果，为土地利用动态监测提供数据支持。

外业测量工作主要包括外业的控制测量、野外摄影测量以及外业调绘。①外业控制测量。该方面的内容是根据高级控制低级的原则，通过全站仪、GPS、水准仪等进行高程控制测量，测量出像片控制点的平面坐标以及高程坐标。其中，平面控制网的布置需要采用城市坐标系，合理布置控制点的数量，并严格抱我控制点点位中误差，通常在±5cm的范围内；而高程控制网需要采用国家高程基准（如：1985国家高程基准），并将控制点选择在交通便利、视野较为开阔、基础较为牢固且便于联测的地带，并保证四等水准测量以及观测技术能够按照相关要求和技术指标而展开相应的执行工作。②野外摄影测量。野外摄影测量是通过无人机及倾斜摄影技术，按照既定的飞行路线来进行航拍，得到分辨率较高的影像资料，将城市土地利用情况全面拍摄，形成影像资料以供相关管理人员监管和参考。③外业调绘。从性质上来讲，外业调绘实际上是内业测图的基础和前提，该方式是指通过实地补飞补测的方式来确定地貌的真实情况，对航片没有拍摄完整的地貌、地物进行补充，并调查和统计像片地物所对应的地理名称，使摄影所得到的地形图更加标准和精确，促进基于实际情况的全面化土地利用动态监管。

3 结束语

综上所述，随着人们对土地资源的开发和利用，国土管理部门对土地的动态管理工作也显得尤为重要。在这样的基础之上，无人机倾斜摄影测量技术为国土管理部门提供了极大方便。该技术不仅能够通过较短的时间来获得精准度较高的土地利用数据，同时也能够对土地进行动态监测，方便国土管理部门获得最新、最准的土地利用数据。无人机倾斜摄影技术虽然能够对采集到的影像进行自动化处理，但是处理的过程中对事件和计算机软件硬件的要求较高，因此，有必要加强数据快速处理系统、灾害快速分析解译技术等方面的研究，有效提高该方式的实效性，促进无人机倾斜摄影测量技术在区域土地利用动态监管中甚至是其他领域中的应用。