趙彤

摘要? ? 針對傳統(tǒng)土地整治項目施工監(jiān)管、后期監(jiān)測效率不高的問題，本文通過低空無人機航攝和PhotoScan軟件后期處理，對比生成的正射影像圖和Google earth衛(wèi)星圖的分辨率和位置，發(fā)現(xiàn)該影像圖能精準(zhǔn)、高效地表征項目區(qū)影像數(shù)據(jù)變化，得到一種可用于土地整治項目各階段動態(tài)觀測的簡單、快捷方法，以期為土地整治項目的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 土地整治;無人機航攝;PhotoScan;數(shù)字正射影像圖

中圖分類號? ? P236? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）21-0201-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract? ? In view of the construction supervision of traditional land remediation projects and the low efficiency of post-monitoring，this paper compared the resolution and position of the generated orthophoto map and Google Earth satellite images through low-altitude drone aerial photography and PhotoScan software post-processing.The image map could accurately and efficiently characterized the change of image data in the project area，and obtained a simple and quick method that could be used for dynamic observation of various stages of land remediation projects，so as to provide references for the development of land remediation projects.

Key words? ? land remediation;UAV aerial photography;PhotoScan;digital orthophoto map

土地整治在增加農(nóng)用地面積、提高耕地質(zhì)量、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提高土地利用效率、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、增加農(nóng)民收入等方面都發(fā)揮著重要作用[1]。目前，土地整治項目區(qū)多為相對落后的丘陵和山區(qū)地帶，前期踏勘、測量存在一定技術(shù)難度和測量誤差，造成后期項目驗收、監(jiān)管效率不高[2]。

近年來，無人機航測遙感技術(shù)快速發(fā)展，它是對衛(wèi)星遙感、大飛機航測的有效補充，具有靈活性高、成本低、作業(yè)周期短、數(shù)據(jù)分辨率高等特點，在大地測量、國土規(guī)劃、資源調(diào)查、防災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3-4]。該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，促使土地整治工程在前期踏勘、中期設(shè)計施工、后期驗收監(jiān)管等方面實現(xiàn)高效便捷的動態(tài)監(jiān)測成為可能，許多省市已經(jīng)將低空無人機航測技術(shù)作為土地整治項目設(shè)計、驗收、監(jiān)測的推薦技術(shù)[3，5]。本文利用小型無人機采集某土地整治項目區(qū)航拍數(shù)據(jù)，通過專業(yè)分析處理軟件進行航拍數(shù)據(jù)處理，檢驗其在后期監(jiān)測中的應(yīng)用可行性。

1? ? 無人機低空攝影測量系統(tǒng)介紹

1.1? ? 無人機低空攝影系統(tǒng)

無人機低空攝影系統(tǒng)以無人機為飛行平臺，通過飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)無人機的固定航線飛行，并拍攝高分辨率遙感影像，從而快速獲取目標(biāo)區(qū)域基礎(chǔ)遙感信息數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由飛行控制系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、航拍系統(tǒng)等部分組成[5]，獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過后期內(nèi)業(yè)處理生成各類直觀影像和模型。

其中，飛行控制系統(tǒng)是無人機攝影系統(tǒng)的飛行控制核心，它能夠接受地面發(fā)射的控制信息，使無人機按照預(yù)定航線、速度、高程進行自動飛行及返航，該系統(tǒng)通過GPS定位無人機坐標(biāo)位置，實時計算無人機的飛行速度、高度等信息。地面站系統(tǒng)通過實時向無人機發(fā)送信號控制其飛行航線、速度、高程等，能夠顯示無人機飛行區(qū)域的電子地圖、飛行航線、參數(shù)、無人機姿態(tài)等信息，達到監(jiān)視飛行狀態(tài)的目的。航拍系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要，搭載各類傳感器（如普通數(shù)碼相機、紅外多光譜相機等）以及穩(wěn)定云臺，實現(xiàn)多精度、多角度實時遙感數(shù)據(jù)采集。

1.2? ? 低空航拍數(shù)據(jù)處理

利用無人機拍攝的航空影像，通過專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件（Inpho、PhotoScan及Pix4D等）提取無人機坐標(biāo)、高程、飛行角度、拍攝角度等信息，并進行航拍影像的拼接，最終輸出數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM），其計算周期短、自動化程度高、應(yīng)用范圍廣[6]。

本研究采用Agisoft公司的PhotoScan軟件，可以對輸入的影像進行自動對齊及優(yōu)化處理，生成不同等級的密集點云數(shù)據(jù)，進而生成網(wǎng)格、紋理，通過航拍影像自帶的地理坐標(biāo)系統(tǒng)，最終生成具有地理參考信息的數(shù)字地理模型[7]。

本文以某土地整治項目竣工地塊為拍攝對象，以低空無人機為平臺，基于近似最近鄰（ANN）匹配算法的Agisoft Photoscan軟件實現(xiàn)航拍影像自動拼接，生成地塊正射影像圖[7]，添加到Google earth衛(wèi)星影像圖中對比其處理效果，以期為土地整治項目相關(guān)設(shè)計、動態(tài)監(jiān)測提供簡單、易行的航拍影像資料。

2? ? 數(shù)據(jù)采集

2.1? ? 野外數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備工作

在采集影像數(shù)據(jù)前，通過相關(guān)資料了解測區(qū)竣工范圍線和相關(guān)地物分布，對該地塊進行實地踏勘，熟悉拍攝范圍并規(guī)劃飛行航線，避開航攝范圍內(nèi)較高地物（建筑物、高壓線等），最后選擇風(fēng)速低、光線好的日期進行無人機航拍[5]。

2.2? ? 無人機飛行參數(shù)設(shè)置

本項目采用的無人機平臺為大疆公司的精靈3A機型，它由飛行器、云臺相機、遙控器組成，搭配iPad以及DJI GS Pro App配合使用。該機型配備20 mm（35 mm格式等效）低畸變廣角相機、高精度防抖云臺以及1 200萬像素圖像傳感器，可拍攝1 200萬像素JPEG及無損RAW格式的照片，配備高達66 W·h的高能量密度智能電池和高效率的動力系統(tǒng)，最大平飛速度16 m/s，最大續(xù)航時間約為23 min[7]。

無人機起飛前，通過DJI GS Pro軟件設(shè)置本次飛行航線，設(shè)置飛行速度5 m/s，飛行高度140 m，飛行時間15 min，相機鏡頭垂直拍攝，達到航向重疊率70%、旁向重疊度50%，航攝點共20個[7]。

3? ? 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

3.1? ? 軟件處理步驟

（1）打開PhotoScan 軟件，點擊“添加堆塊”，創(chuàng)立新項目。

（2）添加照片并對齊照片。選擇添加無人機飛行拍攝并挑選后的13張航片，然后點擊“對齊照片”，在窗口中選擇適合的精度，軟件能夠自動讀取航片坐標(biāo)、高程、飛行姿態(tài)等信息，通過空中三角測量的基本原理以及多視圖三維重建技術(shù)自動排列照片并對齊[6]（圖1）。

（3）生成密集點云、網(wǎng)格、紋理。分別點擊“生成密集點云”“生成網(wǎng)格”“生成紋理”。PhotoScan軟件會基于相機拍攝位置計算深度信息組成密集點云，并生成對應(yīng)的網(wǎng)格三維模型和紋理模型（圖2）。

（4）構(gòu)建數(shù)字高程模型、數(shù)字正攝影像模型。分別點擊“構(gòu)建數(shù)字高程模型”“構(gòu)建數(shù)字正攝影像模型”，選擇WGS 84坐標(biāo)系，并設(shè)置數(shù)據(jù)來源、像素等參數(shù)（圖3）。

（5）輸出相關(guān)成果。經(jīng)過以上步驟之后，選擇合適的分辨率以及所需的投影類型，輸出所需的數(shù)字正射影像模型DOM的tif格式和kmL格式，生成的數(shù)字正射影像模型像素為1 856×2 047（圖4）。

3.2? ? 結(jié)果分析

將正射影像圖的kmL格式文件添加到Google earth衛(wèi)星圖中，對比最新影像圖，軟件生成的正射影像圖分辨率明顯高于谷歌衛(wèi)星20級影像圖，并且基本與已有衛(wèi)星圖重合，說明該低空無人機航攝和軟件技術(shù)處理數(shù)據(jù)位置精度高、分辨率高。通過后期在Arc GIS軟件中結(jié)合已有工程圖，可以實現(xiàn)項目地塊的面積、道路、水渠等相關(guān)數(shù)據(jù)的估算，能夠很好地應(yīng)用在土地整治類項目的前期規(guī)劃、施工動態(tài)監(jiān)測以及后期驗收等方面。圖5、圖6分別為正射影像圖加載前后的衛(wèi)星圖對比效果。

4? ? 結(jié)語

小型低空無人機航拍系統(tǒng)在土地整治中具有很多優(yōu)勢，如能夠快速采集最新數(shù)據(jù)，靈活性強、成本低、效率高，尤其適用于地形復(fù)雜區(qū)域拍攝[7]。后期PhotoScan軟件處理便捷，制圖結(jié)果和分辨率滿足要求，生成的DOM、DEM、DSM等模型能夠在相關(guān)圖像處理軟件中加載，實現(xiàn)項目二維和三維制圖、工程量估算、地類區(qū)分等目的。

該方法能夠獲得項目區(qū)最新大比例正射影像圖，真實、準(zhǔn)確、全面、及時反映項目各階段工程進度變化[8]，結(jié)合后期軟件處理，在土地整治類項目的前期規(guī)劃、中期施工動態(tài)管理、竣工后運營監(jiān)測等方面將具有廣泛的應(yīng)用前景[9]。

5? ? 參考文獻

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[7] 代婷婷，馬駿，徐雁南.基于Agisoft PhotoScan的無人機影像自動拼接在風(fēng)景園林規(guī)劃中的應(yīng)用[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，42（4）：165-170.

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