无人机航测技术在村庄规划中的应用

黄亚安

（江西地源土地房地产评估规划测绘有限公司 江西南昌 330000）

1 引言

十九大以来，乡村振兴战略上升至国家层面，2020 年是我国全面脱贫决胜年，人民物质生活水平的提高，广大农村面貌极大改善，对农村人居环境要求日益提高。村庄规划是落实乡镇国土空间规划具体到自然村落，引导农村有序建设的实施性规划，是国土空间规划在农村落脚点与重要组成部分。我国农村面广，地形地貌复杂多样，为编制合理村庄规划，客观上需要高精度、高质量的基础测绘成果。无人机航测技术经历多年技术更新发展，在小尺度精细测绘等方面占据优势，在村庄规划中的应用将日渐增多。文章以村庄规划需求为切入点，结合无人机航测技术的特点，客观分析无人机航测技术在村庄规划中的应用，为日益增多的村庄规划基础测绘工作提供参考。

2 村庄规划的基础测绘

2.1 村庄规划

村庄规划是从农村实际出发，尊重村民意愿，体现地方和农村特色。村庄规划的内容应当包括规划区范围的住宅、道路、供水、排水、供电、垃圾收集、畜禽养殖场所等农村生产、生活服务设施和公益事业等各项建设的用地布局与建设要求，以及对耕地等自然资源、历史文化遗产保护和防灾减灾等具体安排。

2.2 农村地形地貌特点

我国国土面积辽阔，地形复杂、地貌多样，有山地、高原、丘陵、盆地和平原五大类型。农村居民点依山、邻水、沿路建房，历经时代的变迁，农村地形地貌总体呈现以下特点：

（1）地形复杂多样，有平地、高坎、沟壑、土石丘等多种多样；

（2）地貌构成繁多，有房屋、道路、水系、园林、杂草、农田、荒地荒滩等。

（3）农村居民点呈现多种形态组成，有密集组团状、临路条带状、独立分散状，并且新旧不同、高低不一。

（4）耕地、林地、园地、设施农用地片块分布，形态多种多样。

（5）居民点、农村道路、水系、畜禽养殖、生活设施等用地穿插分布。

2.3 村庄规划对测绘图件的要求

地形图在村庄规划中主要应用在微观尺度的居民点的控制性规划与农村综合整治领域的建设性规划中，村庄规划中对地形图要求主要包括以下几点：

（1）土地及附着物地貌全覆盖，测绘图需全面反映各种地貌类型。

（2）比例尺精度需不低于1:1000。

（3）需清晰影像图，能反映建筑物层高、侧影及总体样式。

（4）形成的地形图高程点注记取位要求：1:500、1:1000 地形图可根据需要注至0.01m；高程点密度要求为每100cm2内5 个～20 个，地形复杂适当加密，地势平坦可适当放宽。

（5）道路、水系水面、农田和空地等需有精确标高；能详细反映沟坎、陡降落差。

3 无人机航测技术

无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。无人机航测系统主要包括空中摄影系统、地面控制系统和数据处理系统三个部分。

3.1 无人机航测工作流程

无人机低空摄影测量技术的工作流程为：测量区域航线规划→控制无人机按照航线进行拍摄作业→存储拍摄数据→与地面控制系统实现数据交换处理→飞行任务结束无人机降落→根据数据资料选择是否进行补拍→完成无人机低空摄影测量（图1）。

3.2 无人机航测的优势

相对于大型航空测量与传统人工测量，具备以下优势：

（1）突出的时效性和性价比

传统高分辨率卫星遥感数据一般会面临两个问题，第一是存档数据时效性差；第二是编程拍摄可以得到最新的影像，但一般时间较长，同样时效性相对也不高。无人机航拍则可以很好地解决这一难题，工作组可随时出发，随时拍摄，相比卫星和有人机测绘，可做到短时间内快速完成，及时提供用户所需成果，且价格具有相当的优势。相比人工测绘，无人机每天至少几十平方公里的作业效率必将成为今后小范围测绘的发展趋势。

图1：无人机航测工作流程图

（2）监控区域受限制小

我们国家面积辽阔，地形和气候复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制。传统的大飞机航飞国家有规定和限制，如航高大于5000m，这样就不可避免的存在云层的影响，妨碍成图质量。另外还有一定的危险，在边境地区也存在边防的问题。而无人小飞机就很好的解决了这些问题。不受航高限制，成像质量、精度都远远高于大飞机航拍。

（3）地表数据快速获取和建模能力

系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。

4 应用实例

以江西省共青城市金湖乡涂山村为例，介绍无人机航测技术在村庄规划的中的应用。

4.1 测绘基准

采用1985 国家高程基准，2000 国家大地坐标系，采用高斯-克吕格投影标准3°带的平面直角坐标系统。

4.2 比例尺与计量单位

摄影成图比例尺为：1:1000，长度单位采用米(m)，小数点后保留两位有效数字。面积单位采用平方米(m2)，小数点后保留两位有效数字。

4.3 精度要求

实测法测定界址点相对于邻近控制点的点位中误差和相邻界址点间的间距中误差不超过表1 的规定,两倍中误差为其限差。

表1 实测法界址点精度指标 单位：米

图解法测定界址点相对于邻近控制点的点位中误差和相邻界址点间的间距中误差不超过表2 的规定，两倍中误差为其限差,特殊困难地区放宽50%。

表2 图解法界址点精度指标 单位：米

4.4 数据采集流程及结果比对

根据村庄规划对影像图、地形图及以上相关要求，无人机航测技术进行大比例尺地形地貌数据采集的流程为：

（1）航空摄影：采用先进的无人机技术，搭载数码相机对目标区域进行航空摄影，获取影像数据。

（2）像控点外业测量：像片控制点按区域网布设，点位应尽量在影像上目标清晰、易于判别，并选择在明显的、固定的地物上，图边像控点应布出图廓线外。外业平面像控点采用GPS 快速静态法、RTK或测距导线测定，高程采用GPS 曲面拟合法或图根水准测定。

（3）空三加密：利用像片控制资料和航空摄影影像数据及航摄机参数，采用影像处理系统按照区域网进行空中三角测量。

（4）内业测图：根据空三加密成果恢复立体像对，在立体下采集、编辑房屋，道路，水域，植被等地理要素，并绘制间距为1 米的等高线，制作成1:1000地形图。

（5）外业地形图调绘：外业调绘以内业采集成果为基准，在野外对成图范围线内的地形地貌进行详细准确的调绘和核查，绘制草图，内业编辑后再巡视检查至最终成图。

（6）内外业成果整合。用检验合格的外业调绘资料修正内业采集的地形要素，编制成满足村庄规划测绘地图要求的1:1000 比例尺数字线化地图。

基于以上流程，共青城市金湖乡涂山村航测的影像图和内业编绘地形图如图2、图3。

图2 航测村庄影像图

图3 基于航测编绘地形图

通过对比分析相较于传统人工全地形测量，基于高分辨率航测影像图对村庄中地形地貌要素比较齐全、清晰，对内业矢量化处理有较好的指导作用，但受农村林木茂密、房屋密集等因素影响，在地物绝对高程与房屋结构、立面构成等方面存在一定短板，仍需辅以一定的人工校核工作。

5 结束语

我国特有的农村自然地形地貌多样化、复杂化以及范围广的总体特征对传统人工全地形测绘形成了天然弊端，在快速获取、准确编绘等方面，无人机航测技术有着绝对优势，在村庄规划中的应用将越来越多，为更加科学有效发挥无人机航测技术在村庄规划中的应用，需充分考虑以下因素：

（1）受天气、局域小气候以及地形地貌影响

根据无人机航测在村庄规划航飞过程中实际情况，雷雨天气、大风、涡旋等气候环境会严重影响飞机的飞行，无人机需要在天气相对较为晴朗，气流平静的环境下飞行才能保证更为精准的数据获取。另外，山地密林、建筑物密集地带需要人工实地对高程、实际地形进行校正，农田、坑塘、河流等大面积，地形地貌较为单一的地物航测足以满足各类规划需要。

（2）对无人机操作技术人员专业水平的要求

无人机操作技术人员需经过专业技能操作训练，熟练掌握无人机操作的各项技术要求，在进行大面积航飞过程中尤其需要具备较强的操作经验，以判断飞机是否受外在气候及地形的影响，飞机续航里程以及躲避障碍物等。

（3）无人机航测相关技术有待进一步提升

目前，无人机航测在1:1000 大比例尺、识别房屋机构与层次、建筑物性质及类别等方面能满足村庄规划中的总体需要，在判断调绘地物边界、遮挡地物高程等方面依然存在较大短板。随着新技术的推广，红外影像技术以及摄影精度的进一步提高，无人机航测在村庄规划中的应用将会越来越广泛。