无人机倾斜摄影测量在土地综合整治中的应用

袁玉勇

（中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710000）

1 无人机倾斜摄影概述

1.1 无人机倾斜摄影的概念

无人机倾斜摄影是指在无人机飞行平台上搭载倾斜摄影系统进行测量的一项高新技术。倾斜摄影系统配有多个方向的传感器镜头（目前市场常用的是3镜头、5镜头和7镜头，文章项目采用5镜头），同时从地物的4个倾斜、1个垂直此5个不同角度采集影像，采集同一地物具用不同视角的影像数据以及地面物体的侧面信息[1]。影像采集后通过空三加密、三维建模和数据采集等过程，最终形成产品。

1.2 无人机倾斜摄影测量与传统摄影测量的区别

与传统摄影测量相比，无人机倾斜摄影测量具有以下优点。

（1）传统摄影测量只有1个垂直镜头，只能看到垂直镜头下的影像，而倾斜摄影测量另外提供了4个倾斜的镜头，可以得到垂直镜头影像看不到或看不太清楚的地方。

（2）无人机倾斜摄影测量的飞行平台一般飞行高度都在100m以上，多镜头可得到从大到小不同立体角度的影像数据，测量精确度能得到很大的提高。

（3）与传统摄影测量相比，同一地物不仅可在垂直影像上体现，同时还可以在倾斜影像上体现，可以达到多视线交会的条件，提高测量的可靠性。

（4）倾斜摄影测量可以同时得到5个影像资料，互相比对，可以减少盲区，对自动识别和重建有一定的帮助。

同时由于测量方法的区别，与传统摄影测量相比，倾斜摄影测量存在自动空三加密难度增大、数据处理工作量较大等挑战。

2 无人机倾斜摄影测量技术的特点

（1）可以反映出地面特征和周围环境的真实性。倾斜的影像可以从多个角度观察同一地面特征，从而可以更准确地反映出地面特征的实际情况，弥补了正射影像的不足[2]。例如，对于一棵树，正射影像只能从正上方观察树的顶部位置，而倾斜影像不仅可以观测树顶位置，还可以从其他角度观测树枝、树干以及树根底部的土地表面。

（2）可以实现单张影像的测量工作。利用与影像成果相配套的处理软件可以直接在影像成果上进行几何尺寸甚至空间位置的测量工作，拓展了其应用范围。

（3）测量速度快。无人机倾斜摄影测量的速度取决于无人机的飞行速度，同时图像数据处理自动化也大大地提高了处理速度。

（4）更加适用于复杂地形。与传统测量相比，无人机倾斜摄影测量通过非接触的方式完成测量任务，更适合用于地形复杂、人员无法到达的地方。

3 土地综合整治概述

3.1 我国土地综合整治背景

自1949年中华人民共和国成立后开始的农村土地改革以来，土地特别是耕地，担负着农民生产资料和社会保障的双重职能。但是，自20世纪90年代中期以来，中国的总人口增加了1.89亿，城市化水平从29.04%增加到58.5%。对农业和其他农产品（如粮食和农业）的需求已显示出刚性增长，对耕地的需求也越来越强。随着工业化和城市化进程的加快，中国的耕地面积持续减少。在过去的10年中，我国的耕地面积减少了约83333.33km2。2019年中共中央、国务院发布了《关于坚持农业农村优先发展做好“三农”工作的若干意见》，提出要严守18亿亩耕地红线，到2020年确保建成8亿亩高标准农田，并提出了“占一补一”的措施。

3.2 我国土地综合整治的定义

《土地管理法》（修订送审稿）对土地整治的定义具体如下所述：对低效利用、不合理利用和未利用的土地进行整治，对生产建设破坏和自然灾害毁损的土地进行恢复利用，以提高土地利用率。

土地综合整治的定义：在一定的区域内，按照土地利用总体规划确定的目标和用途，以土地整理、复垦、开发和城乡建设用地增减挂钩为平台，推动田、水、路、林、村综合整治，改善农村生产、生活条件和生态环境，促进农业规模经营、人口集中居住、产业聚集发展，推进城乡一体化进程[3]。

3.3 我国土地综合整治的主要类型

（1）农用地整理。综合管理田野、水、道路、森林和村庄，以增加耕地的有效面积，提高耕地质量，改善农业生产条件。

（2）废弃土地复垦。利用各种补救的方法或手段将因人为或自然原因而荒废的土地改造成可以利用的土地。

（3）宜农未利用地开发。通过工程、生物或综合措施将未利用或效率低下的土地开发为耕地，其主要目的是增加耕地面积并改善生态环境。

（4）建设用地整治。为提高建设用地的集约化利用水平，通过各种方法或手段调整乡镇建设用的的结构和布局。

4 无人机倾斜摄影测量在土地综合整治中的应用实例

4.1 项目概况

该项目位于河北省怀安县怀安城镇和第三堡乡，涉及2个乡镇，共23个行政村土地，属于低山丘陵，整体地势南高北低，东高西低。该项目区内，共分布南北走向沟壑30余条，沟壑主要分为3种类型，即断头沟、排洪沟、鸡爪子沟。

该项目为河北省土地综合整治示范建设项目。项目以增加耕地数量、提高耕地质量为核心，总体定位体现土地整治+优质良田+生态景观的理念，通过土地流转的方式开展规模化、集约化、现代化的经营模式，实现增加农民收入、提高土地利用率、转移农村富余劳动力、推进农业现代化进程的目标。融合美丽乡村建设、精准扶贫，通过“田、水、路、林、村”等农村土地要素在功能和形态上的综合整治，推动当地种植业发展，助力乡村农业发展，推动美丽乡村建设，打造美丽农田，提升生态景观，实现高标准农田建设、耕地提质改造、未利用地开发、粮食产能提升，打造具有当地特色的土地综合整治示范项目。

4.2 无人机倾斜摄影测量的技术流程

（1）控制测量。为保证测量精度，结合项目测量区域的特点，利用项目区勘测阶段使用的GPS控制点来布设像控点。像控点距离保证≤350m，在沟顶尽量利用空旷无遮挡的既有混凝土路面用红、白自动喷漆来布设像控点，在沟底尽量在开阔处选择平坦没有遮挡的地方利用白色布条布设像控点。尽量保证高处（沟顶）和低处（沟底）都有像控点，进一步提高测量精度。

（2）倾斜影像的获取和处理。该项目采用45°倾斜角的5镜头倾斜摄影系统配合大疆T16无人机平台，航线采用大疆智图软件进行规划设计，如图1所示。在实际测量中，各镜头自动拍摄照片，获取多视角影像。

图1 规划航线

（3）空三加密。主要操作过程包括输入倾斜影像，倾斜影像连接点自动匹配，匹配粗差检测、构建自由网，输入地面控制数据和区域网平差。

（4）三维建模。利用倾斜摄影自动建模软件进行一系列处理最终获得三维倾斜模型。

（5）数据采集。该项目使用EPS3D映射系统加载三维倾斜模型并在计算机上实现数据采集工作。

（6）外业补测及调绘。倾斜摄影测量也会存在一定的盲区，可根据实际需要进行补测；对于现场地形复杂的地物或无法准确判断的地物还需要现场调绘。

4.3 施工复测阶段中的应用

该项目实际土地整治面积约为12km2，由于现场地形制约，呈片区分布。现场地形复杂，沟壑遍布，测量难度大。传统测量方法无法满足施工施工工期的要求，为保证施工任务顺利展开，通过对比分析选定无人机倾斜摄影测量来完成施工复测任务。

在实际测量中，为保证无人机倾斜摄影测量的精度，共完成倾斜摄影测量的面积约为20km2。无人机倾斜摄影15个工作日完成倾斜影像的获取和处理，30个工作日完成了三维建模工作，10个工作日完成了数据采集工作，大大提高了测量工作的效率。

利用数据采集得到的数据在土地规划设计软件Gland中进行整体计算，得到实际土方工程量，之后与设计工程量进行对比分析，找处差异分析原因，为下一步的变更设计和施工提供了准确依据。

4.4 施工组织阶段中的应用

该项目土方量约为2200万m3，原设计存在大量的远距离土方调运。为了达到理想的经济效益，必须做出合理的土方调配方案。利用数据施工复测阶段采集的数据进行分区域的土方调配，各区域独立设计土方调配方案，尽量减少远距离土方调配，取得了理想的经济效益。

同时利用倾斜摄影测量所得到三维模型进行分区域土方调配方案的演示，使施工管理人员更直观地理解土方调配方案，更好地组织施工，避免窝工现象，提高经济效益。

4.5 竣工验收阶段中的应用

土地综合整治工程的完成后就进入了竣工验收阶段，这一阶段同样会面临着施工复测阶段的测量面积大、地形复杂、竣工验收要求时间短等问题。为了快速准确地完成竣工验收任务，确定格田的面积、田埂等各项指标是否合格，同样采用无人机倾斜摄影测量完成三维建模与数据采集，同时与设计图纸进行对比分析，确定不合格部分，并及时整改直至全部合格，提高验收效率，缩短验收时间。

5 结束语

通过该项目实践可以发现，在施工复测、施工组织和竣工验收阶段应用无人机倾斜摄影测量技术，能起到减轻外业测量强度、提高工作效率、指导施工组织、提高经济效益的作用。随着科技水平的不断提高，我国的无人机倾斜摄影技术必将得到飞速发展。同时随着我国社会经济的高速发展，土地综合整治工作必将全面推开。无人机倾斜摄影也必将在我国的土地综合整治项目中发挥越来越重要的作用。