無人機航攝技術在隆德縣危房危窯改造恢復農用地現狀監測調查中的應用

李超

摘 要 隨著無人機航攝技術快速發展，以其高精度、低成本、高效率的優勢在諸領域廣泛的應用。基于此，在隆德縣危房危窯改造恢復農用地現狀監測調查中引進無人機航攝技術，取得較好的效果，該技術在項目中發揮較大作用。

關鍵詞 無人機航攝技術；危房危窯改造；農用地；監測調查

中圖分類號：P231 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.27.063

我國無人機技術的迅速發展，并處于世界領先水平，在諸多領域里得到廣泛應用。無人機作為載體搭載遙感、衛星定位等設備，與通訊技術的結合，打破了傳統的測繪作業方式，給測繪地理信息技術帶來突飛猛進的發展。其快速、實時監測的能力，以及成果的現實性等特點給國土監測及重大工程建設方面提供了強有力的技術保障。在數據處理方面，隨著無人機數據處理技術的開發應用，以Pix4D、南方SouthUAV等為代表的無人機影像處理軟件，將傳統數據生產方式自動化，通過一鍵式后處理程序，直接得到DOM、DSM、點云等類型產品。

無人機航測能提供高分辨率、高精度、現實性強的產品，其平面和高程外符合精度均可達到5～10 cm。在如此高的精度支撐下，結合遙感影像解譯判讀，對要素從定量到定性工作在室內將變得輕而易舉。無人機航測在農用地現狀監測中的作業中發揮較大作用，通過其攜帶的航攝和遙感設備，將采集到的測區影像和POS數據及像控點數據輸入SouthUAV處理系統，進行空中三角形解算，形成現狀數字高程模型（DEM）和正射影像（DOM）。將DOM影像圖加載的ArcGIS軟件中和未拆遷恢復前的影像圖對比判讀，勾繪恢復圖斑和未恢復圖斑，計算匯總各圖斑面積。筆者以隆德危房危窯改造及遷出區農用地恢復監測調查實例說明無人機在該項目應用。

1 項目概況

隆德縣地處六盤山腹地的山區，受自然環境制約，該地區經濟發展滯后，農民生活貧困、居住環境差，部分農戶仍居住在依山挖建的土窯中。遇有自然災害，極易倒塌，危及農戶生命財產安全。區政府非常重視此項工作，將隆德縣的危房危窯改造項目提升為政府工作的攻堅計劃，項目實施以“縣（區）為單位，統一規劃，因地制宜，集中連片，整村推進，有序進行”的原則進行，預計在2018年底基本完成危房危窯改造項目。

2 工作內容

隆德縣危房危窯改造項目涉及全縣13個鄉鎮70個行政村，其工作內容：第一，在隆德縣境內的危房危窯改造及遷出區進行無人機外業航空攝影并制作DOM影像圖，分辨率要求0.2 m，用于調查的底圖；第二，在村委會人員配合下勾繪危房危窯改造及遷出區恢復農用地圖斑；第三，制作標注遷出區恢復農用地圖斑的1∶5 000比例尺標準分幅的監測調查成果圖；第四，以村為單元統計匯總危房危窯恢復農用地圖斑，并編制調查技術報告。

3 技術要求及工作流程

3.1 技術要求

3.1.1 航空攝影基本技術指標和要求

第一，通過無人機航攝獲取現狀圖；第二，產品設計為0.2 m分辨率；第三，航線按照圖廓中心線敷設，航向重疊60%～65%；旁向重疊30%～35%；第四，根據規范要求設計航片傾角和測量相機旋偏角[1-5]。

3.1.2 DOM制作技術要求

數字正射影像圖拼接無裂縫，分辨率不能低于攝影時的分辨率，整幅影像拼接清晰、色調均衡一致。

3.1.3 農用地恢復現狀監測調查要求

嚴格依據《第二次全國土地調查技術規程》及《寧夏回族自治區生態移民權屬處置實施辦法》以及相關的規定進行[6-7]。

3.2 航攝工作技術流程

航攝工作技術流程如圖1所示。

4 航攝影像外業獲取

4.1 航攝準備

收集隆德縣行政區劃圖、交通圖，分片區下載要作業的電子地圖及Google影像圖，踏勘作業區，對選定作業區拍照記錄，掌握作業區氣象變化規律，重點掌握有無影響無人機作業的機場及設施。確定無人機起飛的場地、空域，考慮作業區范圍，并規劃設計航線、航高、航程。

4.2 航攝作業

依據批準的《技術設計書》進行作業。作業前做好各項檢查，重點檢查電源、相機、飛控、電臺、彈射和操控等項目，要求兩名操作員同時檢查或交叉檢查。在飛行中，注意觀察無人機的飛行軌跡，操控人員和觀察員時刻關注無人機飛行變化狀況，互述無人機作業情況，整個飛行過程要嚴格按《技術設計書》作業。像控點測量組在無人機航攝過程中進行特征點采集，并拍照測量點位，精度不低于圖根點要求。

攝影質量要求：正確選擇鏡頭，設置曝光時間，拍攝的影像清晰、色彩豐富、顏色飽和、彩色平衡良好；航攝結束后檢查相片，應清晰、無遮蓋、不出現漏洞，并能按要求在航片上辨別細小地物。

航攝成果質量檢查：飛行結束后，從機艙取出相機，用連接線傳輸數據至電腦中；查看航片是否滿足《技術設計書》要求，根據記錄儀查看飛行軌跡、航線、航向、重疊度及航片的清晰度，以加載的POS數據將航片進行預處理，查看航片滿足是否滿足質量要求。

5 航攝影像成果

5.1 航攝影像內業處理

第一，原始影像畸變差糾正。通過相機內方位元素和畸變差參數，用SouthUAV2.0處理系統對航片進行預處理糾正，這個過程能消除影像畸變差和像主點偏移，其產品為無畸變差的影像。第二，創建工程。設置工程參數、輸入相機參數等基本數據。第三，影像預處理。影像進行主點及畸變改正、順逆旋轉。生成Willis、Harris、金字塔及快視圖。第四，自動空三匹配。查看導入SouthUAV2.0處理系統中航片序列，進行自動空三匹配，調整重疊度，反復微調以達到最佳效果。第五，區域網平差。用空三匹配后的成果進行區域網平差，首先人工檢查模型連接狀況，對連接不好的，進行調整，剔除粗差點，設置區域網平差自由解算，生成區域網平差模型。第六，將外業測量像控點成果導入SouthUAV2.0處理系統中，參照點位照片，對影像圖進行糾正配準。對區域網模型進行調整、平差解算，以達到最優模型精度，使空三加密成果符合精度要求。第七，正射影像生成。將上一步生成空三加密模型設置格網參數，生成數字高程模型（DEM）。第八，影像圖色彩調整。用Photoshop軟件對正射影像圖進行色彩調整，包括色彩飽和度、亮度、對比度等方面的調節，形成滿足要求產品成果，以同樣方法處理其他航片，將處理完航片進行鑲嵌生成預處理正射影像。第九，編輯正射影像。利用SouthUAV2.0處理系統生成的初步正射影像成果，經過iData模塊進行顏色與幾何處理，主要是對影像鑲嵌線邊緣的鑲嵌錯位處理，生成滿足規范要求的正射影像圖產品。endprint

5.2 正射影像及DOM制作

第一，內業將外業航攝相片加載到南方航測影像SouthUAV2.0處理系統中，進行相片匹配；第二，以無人機所獲取的航攝相片和POS數據為數據源，進行影像圖預處理；第三，導入像控點坐標數據，進行空中三角形解釋，航片精糾正；第四，空中三角形加密解算處理生成初級產品；第五，將產品導入ARCGIS中進行影像糾正、重采樣、接邊、銳化、飽和度等處理生成DOM產品。

經過處理后的數字正射影像圖交付GIS技術人員作為移民遷出區農用地恢復現狀外業調查工作底圖使用。

6 移民遷出區農用地恢復現狀調繪

6.1 外業調查

將正射影像圖作為調查工作底圖，結合隆德縣危房危窯改造及遷出區規劃圖確定遷出區農用地恢復現狀調查范圍，對遷出區的農用地恢復現狀進行逐鄉逐村的外業實地調查。將各村組的搬遷拆除恢復地圖斑及搬遷未拆除恢復地圖斑利用ARCGIS軟件分別詳細勾繪并標注在工作底圖（DOM）上（見圖2）。

經過逐鄉逐村的外業實地詳細調查，隆德縣危房危窯改造遷出區農用地恢復現狀主要有三種情況：一是已搬遷未拆除的居民地，二是已搬遷拆除房屋后未復墾的居民地以及村莊內的空閑地，三是已搬遷拆除房屋且已復墾的居民地。

在完成調查的隆德縣13個鄉鎮70個行政村中，整村搬遷的有3個村，其余村莊都存在未搬遷或搬遷未拆除的居民地。規劃遷出恢復農用地總面積為646.76 hm2，未拆遷居民地2.34 hm2，已恢復農用地面積644.42 hm2。

6.2 成果圖制作

在完成遷出區農用地恢復現狀調查后，利用ArcGIS軟件進行調查成果數據統計匯總。在正射影像圖上疊加遷出區規劃范圍，移民遷出區農用地恢復現狀調查圖斑以及基礎地理信息后，按照要求完成隆德縣13個鄉鎮70個行政村范圍內的航攝任務；獲取了隆德縣分辨率為0.2 m的正射影像圖，制作了97幅1∶5 000標準分幅比例尺的危房危窯改造及遷出區農用地恢復調查成果圖。

7 結語

無人機航攝技術在隆德縣危房危窯改造及遷出區農用地恢復現狀監測調查中的應用，以其快速、實時、低成本、高精度的優勢獲取監測調查調查成果。為政府決策提供技術支持，引導新農村建設統一規劃，集中建房；促進國土整治，擴大耕地面積；推動農村土地規模經營，集約化管理和經濟結構優化；有利于封山育林、禁牧，保護和治理生態環境。

參考文獻

[1]國家測繪局.CH/Z3005-2010 低空數字航空攝影測量規范[S].北京：測繪出版社，2010.

[2]國家測繪局.CH/Z3001-2010 無人機航攝安全作業基本要求[S].北京：測繪出版社，2010.

[3]國家測繪局.CH/Z3002-2010 無人機航攝SouthUAV處理系統技術要求[S].北京：測繪出版社，2010.

[4]國家測繪局.CH/T9008.3-2010 基礎地理信息數字成果1∶500、1∶1000、1∶2000數字正射影像圖[S].北京：測繪出版社，2010.

[5]國家測繪局.CH/Z3005-2010 低空數字航空攝影測量規范[S].北京：測繪出版社，2010.

[6]范永嘯，韓俊，熊志軍，等.無人機遙感技術現狀與應用[J].測繪科學，2009，34（5）：214-215.

[7]韓杰.無人機遙感國土資源快速監察SouthUAV處理系統關鍵技術研究[J].測繪通報，2008（2）：4-6.

（責任編輯：劉昀）endprint