傅殿群,范明強(qiáng),曹茜,張娟

(1.新泰市國(guó)土資源局土地整理中心，山東 新泰 271200；2.山東元鴻測(cè)繪科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 航測(cè)的發(fā)展及應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)是一種不失機(jī)動(dòng)靈活、可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)又低成本、精度高的航測(cè)技術(shù)[1]。但也存在影像航向重疊度和旁向重疊度不規(guī)則、像幅小、像片數(shù)量多、影像傾角過(guò)大且傾斜方向沒(méi)有規(guī)律、航攝區(qū)域地形起伏大、高程變化顯著等諸多問(wèn)題，這些情況都對(duì)現(xiàn)有航測(cè)技術(shù)提出了挑戰(zhàn)[2-4]。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)成為世界各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓展，這為無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的研制提供了保障。

無(wú)人飛行器航測(cè)遙感技術(shù)是繼衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感之后發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型航空遙感技術(shù)，在應(yīng)急測(cè)繪保障、國(guó)土資源監(jiān)測(cè)、重大工程建設(shè)等方面得到廣泛應(yīng)用。山東省內(nèi)航測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于土地利用調(diào)查，目前開展的集體土地確權(quán)發(fā)證項(xiàng)目，航測(cè)技術(shù)生成DLG和DOM數(shù)據(jù)滿足了項(xiàng)目要求，在工作效率，成本上也有較大的優(yōu)勢(shì)。

2 項(xiàng)目背景

新泰地形以丘陵為主，占地表面積的56.2%，海拔250m左右。地質(zhì)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，主要有3條壓性NW向斷裂帶：一為蒙山大斷裂；二是蓮花山大斷裂；三為蒙萊大斷裂。3條斷裂帶使境內(nèi)山脈三起三落，整體地形狀若坐東面西的簸箕。受地形條件的制約，使用傳統(tǒng)的勘測(cè)手段獲取滿足設(shè)計(jì)精度要求的地形圖周期長(zhǎng)、成本高，難以開展大面積的土地整治項(xiàng)目，不能滿足項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)和后期施工的要求，土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)無(wú)法正常實(shí)施。航測(cè)技術(shù)的發(fā)展使得快速獲得高精度、大比例尺數(shù)據(jù)成為可能，航測(cè)技術(shù)的引入對(duì)土地整治項(xiàng)目將產(chǎn)生積極的影響。

2013年4月新泰市國(guó)土資源局土地整理中心與山東元鴻測(cè)繪科技有限公司達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，決定以新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目為試點(diǎn)，在山東省內(nèi)首次嘗試在土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中引入航測(cè)技術(shù)，摸清項(xiàng)目區(qū)內(nèi)耕地后備資源潛力，對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的田間隙地、零星荒草地、荒坡、田坎等低效地進(jìn)行全面整治。新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目建設(shè)總規(guī)模277.85hm2，共涉及7個(gè)村，預(yù)算總投資1314.82萬(wàn)元。

3 項(xiàng)目開展情況

3.1 航測(cè)外業(yè)

2013年5月新泰市國(guó)土資源局土地整理中心、山東元鴻測(cè)繪科技有限公司對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行聯(lián)合踏勘，制訂了航測(cè)技術(shù)路線。

2013年 5月28日，由山東元鴻測(cè)繪公司航測(cè)隊(duì)利用天鷹KC2800無(wú)人機(jī)，共進(jìn)行了2架次的實(shí)地飛行，完成了項(xiàng)目區(qū)拍攝工作。

按照東西方向共敷設(shè)7條航線，航向重疊度為60%，旁向重疊度30%，單條航線長(zhǎng)度約為2km，形成飛行航片成果457張。航攝比例尺1∶3000，采用相機(jī)類型SONY NEX_7，焦距f=15.872588mm，像幅為6000×4000像素，像素大小是3.9μm。

3.2 航測(cè)內(nèi)業(yè)

3.2.1 影像初處理

(1)勻光處理

無(wú)人機(jī)航攝像片在光照條件、航攝時(shí)間以及環(huán)境等其他因素的影響下會(huì)出現(xiàn)不同程度上的顏色、對(duì)比度、亮度上的差異。這種差異會(huì)在一定程度上影響后期正射影像生產(chǎn)、影像數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。而為了消除航片間的色彩差異，需要對(duì)航片數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色、亮度、對(duì)比度等平衡處理，即勻光處理。該項(xiàng)目主要是采用基于Wallis濾波器的航片勻光處理，原理是采用局部影像變換的方式，消除和減弱航片在色彩與光亮上的反差度。

(2)重采樣技術(shù)

重采樣技術(shù)是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù)。該項(xiàng)目中主要是基于相機(jī)文件對(duì)航片數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，從而保持?jǐn)?shù)字影像中主距及主點(diǎn)等值的穩(wěn)定性。

3.2.2 空中三角測(cè)量

(1)像片控制

主要是利用全站儀做外業(yè)控制測(cè)量。結(jié)合劉杜鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)地形地貌實(shí)際情況，按照1∶500比例尺測(cè)圖精度規(guī)范，每個(gè)區(qū)域橫跨4條基線布一個(gè)控制點(diǎn)，且整個(gè)項(xiàng)目區(qū)控制點(diǎn)的布設(shè)原則為：邊緣密布，測(cè)區(qū)內(nèi)部均勻布點(diǎn)，從而保證整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的平差及成圖精度。

(2)空三加密

使用航天遠(yuǎn)景公司的DATMatrix2.0軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量運(yùn)算。并采用PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差軟件進(jìn)行測(cè)區(qū)整體平差。如圖1所示。

圖1 DATMatrix2.0軟件運(yùn)行界面

加密點(diǎn)中誤差以測(cè)區(qū)為單位進(jìn)行估算：

其中，mg為連接點(diǎn)中誤差；mq為控制點(diǎn)中誤差；d為相鄰航片連接點(diǎn)較差；△為多余控制點(diǎn)不符值；n為評(píng)定點(diǎn)數(shù)。

3.2.3 立體測(cè)圖

MapMatrix系統(tǒng)是航天遠(yuǎn)景公司設(shè)計(jì)的多源信息處理平臺(tái)，主要是用于DEM，DOM，DLG等數(shù)字成果的生產(chǎn)。具有便捷的人機(jī)交互處理界面。數(shù)字線劃圖(DLG)制作主要是在MapMatrix平臺(tái)下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作業(yè)。在數(shù)據(jù)采集作業(yè)前，首先要建立項(xiàng)目區(qū)所需要的符號(hào)庫(kù)與線型庫(kù)。在采集時(shí)，需設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，統(tǒng)一成圖精度。采集后的數(shù)據(jù)成果輸入到ArcGIS軟件進(jìn)行后期編輯處理。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)成圖要求，對(duì)房屋、道路等地物及地形進(jìn)行修飾與完善，并進(jìn)行分幅處理。

3.2.4 DOM制作

數(shù)字正射影像圖(DOM，Digital Orthophoto Map)是對(duì)航空(或航天)像片進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。它是同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征的圖像?？杖用芡瓿珊?，將加密成果導(dǎo)入MapMatrix系統(tǒng)中，依據(jù)項(xiàng)目區(qū)成圖規(guī)范與要求，設(shè)置DEM網(wǎng)格大小，生成DEM。再由相應(yīng)的單幅DEM經(jīng)數(shù)字微分糾正后輸出DOM，分辨率設(shè)置為0.05m。并對(duì)DOM進(jìn)行勻色、鑲嵌等編輯，最終生成該項(xiàng)目區(qū)數(shù)字正射影像圖(圖2)。

圖2 項(xiàng)目區(qū)數(shù)字正射影像圖

4 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題

新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目中，通過(guò)航測(cè)所獲得的的1∶500的地形和1∶500正射影像在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重大作用。和傳統(tǒng)手段相比較，航測(cè)更好的解決了數(shù)據(jù)采集和信息處理，提高了工作效率，解決了丘陵、山區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中勘測(cè)與規(guī)劃的難題。但使用中發(fā)現(xiàn)仍存在技術(shù)達(dá)不到要求、受外在條件限制及技術(shù)規(guī)程仍需完善等問(wèn)題。

4.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

(1)勘測(cè)成果精度與以往相比有了較大的提高

在以往的土地整治項(xiàng)目中，勘測(cè)成果比例尺多為1∶5000，局部地區(qū)因特殊要求采用1∶2000，基本滿足了平原地區(qū)的土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于丘陵地區(qū)，這一精度的勘測(cè)成果根本無(wú)法滿足項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求，導(dǎo)致規(guī)劃成果變更較多。一般情況下，除項(xiàng)目編制單位的人為失誤外，項(xiàng)目勘測(cè)成果精度不夠是引起變更的主要因素之一。

新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目采用航測(cè)技術(shù)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠獲得1∶500大比例尺正攝影影像圖，并由此可獲得1∶500地形圖。使規(guī)劃設(shè)計(jì)人員能夠在更加豐富和精確數(shù)據(jù)的背景下制訂規(guī)劃方案，進(jìn)一步保證了項(xiàng)目方案的準(zhǔn)確性和可實(shí)施性。

(2)減少外業(yè)工作量，減少人為失誤

土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)工期緊、任務(wù)重。項(xiàng)目勘測(cè)采用人工采集，效率低、周期長(zhǎng)，往往不能按照測(cè)繪規(guī)范進(jìn)行全面測(cè)繪，只能按照設(shè)計(jì)需要進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)繪。規(guī)劃設(shè)計(jì)人員以二調(diào)變更圖紙為工作底圖通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)筆記、照片、錄像等記錄項(xiàng)目區(qū)的現(xiàn)狀和規(guī)劃信息，但這些手段獲取的信息量有限，且不直觀，在后期規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中常出現(xiàn)信息遺忘、混亂等情況。如果設(shè)計(jì)方案進(jìn)行重新調(diào)整，需進(jìn)行重新勘測(cè)，補(bǔ)充外業(yè)資料，給規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的不便。

新泰市丘陵區(qū)較多，地形復(fù)雜，生產(chǎn)道路較少，部分重點(diǎn)區(qū)域如自然沖溝、未利用地等人員難以到達(dá)，不能做到全面勘察，只能以點(diǎn)帶面的記錄信息，為后期規(guī)劃設(shè)計(jì)留下諸多隱患。新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目采用的航測(cè)制圖軟件FlightMatrix，結(jié)合立體眼鏡、手盤、腳輪等設(shè)備，能獲取項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的三維立體的真實(shí)地貌。由此獲得的地貌不是通過(guò)測(cè)繪數(shù)據(jù)建模而形成，而是通過(guò)航片采集后、軟件編輯合成的1∶500的現(xiàn)狀地貌，保存了拍攝時(shí)點(diǎn)的所有現(xiàn)狀信息，包括地形、地貌、現(xiàn)狀地物等，設(shè)計(jì)人員可以不進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要瀏覽現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)信息，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整對(duì)信息進(jìn)行重新采集取舍，大大簡(jiǎn)化了外業(yè)工作量，減少了規(guī)劃失誤，縮短了規(guī)劃設(shè)計(jì)的周期。

(3)突破了丘陵區(qū)田坎整治的難題

新泰市丘陵面積大，田坎系數(shù)較大，項(xiàng)目區(qū)田坎數(shù)量統(tǒng)計(jì)一直是個(gè)難題，同時(shí)規(guī)劃時(shí)對(duì)田坎的改造、挖潛設(shè)計(jì)依據(jù)不足，采用以往的測(cè)繪方法，不能快速的采集出田坎斷面需要的設(shè)計(jì)要素，以此為依據(jù)計(jì)算出的，通過(guò)對(duì)比影像能清晰的采集到項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀田坎的長(zhǎng)度、位置、坎高等各種信息，為田坎的規(guī)劃提供了詳實(shí)的依據(jù)，可以有針對(duì)性對(duì)不規(guī)則田坎重新規(guī)劃調(diào)整，滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)及后期施工組織設(shè)計(jì)的要求，切實(shí)的增加項(xiàng)目區(qū)能耕地保有量。

在地下水水位年內(nèi)變化研究中，一般有兩種數(shù)據(jù)選擇方法：一是以研究時(shí)段內(nèi)多年月平均水位數(shù)據(jù)作為指標(biāo)進(jìn)行，二是選取典型年份逐月水位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(4)提高了外業(yè)勘測(cè)效率，降低了工作成本

以往的土地整治項(xiàng)目常因工作效率低、經(jīng)費(fèi)不足等原因?qū)е驴睖y(cè)成果比例尺較小，航測(cè)引入土地整治項(xiàng)目后，極大的提高了外業(yè)測(cè)繪效率，以該項(xiàng)目為例，項(xiàng)目區(qū)近266.67hm2土地,如采用原先的人工測(cè)繪需20天左右,現(xiàn)在只用2天即可完成外業(yè)測(cè)繪,工效提高了10倍，如采用山東元鴻測(cè)繪公司的天鷹KC2800型無(wú)人機(jī)，外業(yè)測(cè)繪僅需2h，效率得到極大的提高，更減少了人工成本。

(5)為項(xiàng)目驗(yàn)收等提供了依據(jù)

航測(cè)技術(shù)產(chǎn)生的正射影像圖能夠清晰的反應(yīng)項(xiàng)目區(qū)的土地利用現(xiàn)狀。項(xiàng)目實(shí)施后可按要求生成竣工后的項(xiàng)目正射影像圖，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施前后的對(duì)比，整治前后的效果一目了然，通過(guò)影響判讀能定量的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的建構(gòu)筑物，實(shí)際的工程量，減少驗(yàn)收人員的工作量。

同時(shí)通過(guò)利用竣工前后地形圖的對(duì)比，如結(jié)合《百圖水利土石方》,《ZDM》等相關(guān)土石方計(jì)算軟件，利用航測(cè)成果，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出挖填方區(qū)域，土方調(diào)運(yùn)等工程量，通過(guò)計(jì)算前后對(duì)比計(jì)算出整理后各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，為項(xiàng)目驗(yàn)收提供更加直觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)。

4.2 問(wèn)題分析

(1)航測(cè)技術(shù)要求較高

航測(cè)外業(yè)主要采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，無(wú)人機(jī)操控、保養(yǎng)，內(nèi)業(yè)處理需要配備高素質(zhì)專業(yè)人員，并且人員培訓(xùn)周期也較長(zhǎng)；初期采購(gòu)航測(cè)配備的各種軟、硬件投資較大，目前山東省內(nèi)僅有少數(shù)測(cè)繪企業(yè)具備航測(cè)資質(zhì)，以上因素制約了航測(cè)技術(shù)的全面推廣。

(2)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用受外在條件限制

無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)和制造技術(shù)近幾年有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)性能也有了較大的提高，但無(wú)人機(jī)的使用仍受各種外在條件的制約。以山東元鴻測(cè)繪公司的天鷹KC2800無(wú)人機(jī)為例，該型無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間為2～3h，最大的抗風(fēng)能力為6級(jí)，天氣狀況要求良好，能見度要求在1000m，不能進(jìn)行全天候的飛行。另外無(wú)人機(jī)應(yīng)用于國(guó)防、軍事等敏感區(qū)域時(shí)受到一定的限制，如在周邊，飛行需進(jìn)行審批，相關(guān)的審批手續(xù)較麻煩。

(3)相關(guān)技術(shù)規(guī)程仍需完善

航測(cè)應(yīng)用于土地整治目前仍處于探索階段，如何發(fā)揮航測(cè)的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)性的應(yīng)用于土地整治項(xiàng)目，目前沒(méi)有完整的技術(shù)規(guī)程，如根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完善相關(guān)技術(shù)規(guī)程，規(guī)范化運(yùn)作，針對(duì)性的配套和研發(fā)相關(guān)輔助軟件，工作效率仍有較大的提升空間。

5 技術(shù)推廣

山東元鴻測(cè)繪科技有限公司與新泰市國(guó)土資源局土地整理中心共同完成了新泰市劉杜鎮(zhèn)魏家河土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告，順利通過(guò)了專家評(píng)審，并獲得了高度評(píng)價(jià)。在此背景下，新泰市國(guó)土資源局完成了《新泰市岳家莊鄉(xiāng)大良峪土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告》、《新泰市石萊鎮(zhèn)木廠峪土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告》等4個(gè)項(xiàng)目，總規(guī)模3333.33余公頃，運(yùn)用并推廣相關(guān)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的成效。

6 結(jié)論

航測(cè)用于土地整治項(xiàng)目，豐富了土地整治的技術(shù)手段，簡(jiǎn)化了外業(yè)工作量、縮短了項(xiàng)目周期，提高了項(xiàng)目測(cè)繪精度，破解了田坎整治的技術(shù)難題，為后期項(xiàng)目竣工驗(yàn)收提供了有力依據(jù)，從而保證了土地整治項(xiàng)目的可行性和實(shí)用性，雖然航測(cè)應(yīng)用于土地整治項(xiàng)目仍處于探測(cè)階段，但航測(cè)技術(shù)給土地整治工作帶來(lái)的新活力，有很大的應(yīng)用前景。

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