基于无人机倾斜摄影测量的乡村规划研究——以天水市梁家门村为例

刘 凯，惠 伟

（西安市勘察测绘院，陕西 西安 710048）

1 利用三维模型进行规划的优势

（1）反映地物全面，视觉效果逼真。常用的影像数据大多只有地物顶部的信息特征，缺乏地物侧面详细的轮廓及纹理信息，无法全方位的进行现状分析。三维模型是带有逼真纹理贴图的模型，模型要素全面，给人带来身临其境之感，是现实世界的真实还原。利用三维模型进行现状分析，能够全面的了解地物，并快速准确的完成现状分析。

（2）成本低，效率高。倾斜摄影测量通过飞行器采集倾斜影像，通过软件计算自动生成三维模型，其生产效率可以达到每平方公里费时三小时，即50平方公里可以在一周之内生产完毕，极大的减少了人工的投入，成本大大降低。此外，仅仅依靠实地调研很难收集到详实准确的数据，例如闲置房屋、土地的数量、面积等，利用三维模型进行规划，大大减少了现场调研次数的同时，在规划时通过三维模型对地物进行实时观察并计算量取所需要的准确信息，提高了工作效率，增加了规划的可信度[1]。

（3）高精度，高分辨率。倾斜摄影测量自动化建模经过多视角影像的几何校正、联合平差等处理运算后生成基于影像的超高密度点云，点云经过抽稀后生成的三角网模型再自动贴合拍摄的倾斜影像，最后生成高精度和高分辨率的三维模型。加之无人机航摄时搭载有高精度的定位设备，再通过地面控制点的辅助，其平面和水平误差可控制在20～30cm，甚至在15cm 之内，达到大比例尺地图的精度要求。

2 研究区域概况

甘肃省天水市秦州区秦岭乡梁家门村隶属于天水市，位于秦岭镇南部，属秦巴山区西秦岭北缘。东邻牡丹镇转咀村，南邻秦岭镇斜坡村，西邻秦岭镇大庄村，北邻秦岭镇龙集寨村，距镇政府5km，平均海拔1690m。全村行政面积约2km2（约3000 亩）,共有3 个村民小组、223 户1009 人。梁家门村山高坡陡，地形高度密集坡度大，高低落差大。

3 数据获取与处理

3.1 数据获取

（1）获取方式。采用无人机倾斜摄影测量对角线飞行方式，即“三架次”飞行方式[2]。三架次包括一次镜头垂直摄影，两次航线相差180°的倾斜摄影，这种飞行模式非常适合梁家门这种建筑物分散且建筑高度低的区域，最终建立的三维模型无论是精度还是清晰度都足以满足本次规划。与传统的“五架次”飞行模式相比，“三架次”的飞行模式在地物构造简单且分散的区域节约了外业飞行，并且由于飞行架次少，数据量小，内业数据处理的时间也会随之减少。此外，梁家门村面积较小，并且模型数据主要用于规划，所以无需布设像控点，从而提高作业效率[3]。

（2）飞行系统选择。实验区域是一个面积较小的村庄，轻小型旋翼无人机和单镜头的飞行系统除了能够完全满足飞行要求外，还具备便于携带、安全系数高、操作方便以及价格低廉的优点，因此梁家门村的航拍数据采用大疆精灵4Pro 单镜头无人机最为合适。

（3）相关参数。考虑到梁家门村地势起伏较高，因此无人机起航点选在村子高差的中间位置，如此既可以满足无人机起飞后能尽快到达开始航拍点，保证无人机充分飞行时间，也能保证地势低的地方航拍照片的清晰度。结合建筑物之间的间距和建筑物高度，通过计算得到倾斜飞行时最合适的云台倾角为45°[4]，保证能够全面拍摄到建筑物的侧面信息。主要飞行参数见表1。

表1 主要飞行参数

3.2 数据处理

采用Smart3D 软件建立三维模型，是因为Smart3D 导航式数据处理流程简单快捷，此外，Smart3D 可以生产多样化的数据产品，比如三维模型、DOM 正射影像、点云数据、可以被第三方软件编辑的TIN 三角网模型等等，因此梁家门村的航拍数据采用Smart3D 软件进行建模[5]。利用Smart3D制作正射影像，主要处理流程有影像数据的整理、建立工程、导入影像、设置相关参数、提交空三任务，利用点云数据生成梁家门村正射影像和局部三维模型如图1、图2 所示。

图1 梁家门村正射影像图

图2 梁家门村局部三维模型

4 现状与规划研究

4.1 现状图制作与分析

结合影像对村内的房屋、耕地、道路、河流等地物进行表示，制作梁家门村现状图如图3 所示，利用现状图结合现场调研对梁家门村进行分析如下：

图3 梁家门村现状图

（1）水文：村内有一条中峪沟河横穿整村。

（2）土地资源：全村行政面积约2km2（约3000亩），其中耕地约1998 亩，人均耕地约1.8 亩，实际耕种约1000 亩，闲置耕地约998 亩，已流转耕地约350 亩。

（3）森林资源：山地面积约2000 亩，森林覆盖率约40%。其中，生态公益林约800 亩。

（4）基础设施情况：村内有小卖铺三处；榨油房一处；磨坊一处；电商房一处；纸火房一处；银行（ATM）一处；村内主干道为水泥路，村内巷道全部硬化到户；户户通电；两座便民桥；活动器械若干。

（5）人口情况：梁家门村常住人口241 人，其中60 岁及以上193 人，占80.1%；青壮年劳动力40人，占16.6%；18 岁及以下8 人，占3.3%。村内家庭构成以留守老人家庭为主，并且近年来留守老人的数量不断增加。外出流动人口768 人，占全村人口76.1%，主要流向秦州区，从事行业主要为务工。

4.2 规划研究

国家乡村振兴战略规划（2018－2022 年）中对梁家门村这种仍将存续的一般村庄，要求规划时在原有规模基础上有序推进改造提升，保护保留乡村风貌，建设宜居宜业的美丽村庄，让乡村居民过上更舒适的生活。梁家门村虽然有良好的生态环境和秀美的自然风光，但是村庄内部环境脏乱差，本文对梁家门村的规划方向是对现在村庄的修复和整理，在保留村庄原有自然景观的基础上，采取因地制宜的方法，为村民打造诗意闲适的人文环境和居住环境，提升村民日常生活的幸福感[6-10]。本文具体规划内容包括：

（1）便民桥规划：充分尊重民意，对原有桥梁进行改造升级并增添新桥梁；

（2）公厕规划：依据服务人口及服务区域性质布设两处公厕；

（3）充分用陡坎与路中间空地区域、未利用地和废弃宅基地建设两处停车场，方便外来车辆和本村车辆停放；

（4）道路及陡坎改造：道路主干道改造侧重于美化村容村貌；基道改造侧重于方便村民日常生活；美化类陡坎土质坚硬，只需做部分清理，进行加固，制作成文化墙；滑坡类陡坎先进行消除，制作挡土墙，然后再进行美化，制作文化墙；

（5）电力线规划：对于村民私拉乱拉的线路先进行拆除按照“入地、入管、贴墙、捆扎”的原则进行全面整治和改造；

（6）排水规划：以现有排水渠为基础，结合实际地形情况，以村内道路网为依托，利用重力排水，对原排水渠进行补充升级；

（7）柴草堆规划：为村民设立专门的柴草堆放处，动员烧柴草的用户，将柴草搬走远离房屋，放在村庄规划的专门柴草堆放处；

（8）垃圾桶规划：结合村庄的地形地貌和住户的分布，合理规划设计了村庄垃圾桶的分布位置。位置基本集中在道路的十字交叉口，每个垃圾桶间距大约为100m，达到了大约6 户共同使用一个垃圾桶；

（9）路灯规划：综合考虑到梁家门村的现状和规划要求，梁家门村计划增设40 个太阳能路灯。主要增设在主路、活动广场，布设间距较可能达到每30m 一个，并采用交错式安置方法；

（10）闲置宅基地规划：主要以修缮、美化、复绿的方式，将闲置的宅基地庭院内部进行清理，改造成各种绿地、花坛。对于闲置公共房屋，设计为进行榨油、磨面、土豆粉生产的梁家门村生产空间，集中进行这些生产活动，既便于管理，又方便村民。规划总图如图4 所示。

图4 梁家门村规划总图

5 总结

本文通过无人机倾斜摄影测量技术获取了梁家门村的影像数据，利用三维模型和相关调研数据制作了梁家门村的规划底图并进行了现状分析，最终从十个方面对梁家门村进行了规划。无人机倾斜摄影测量技术在梁家门村这种地处偏远山区、地势复杂的乡村规划中，达到了事半功倍的效果。