鄒悅忠

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局物化探大隊(duì)，江西 南昌330025）

土地整治項(xiàng)目，適用范圍廣，包括田、水、路、林、村等區(qū)域，土地整理、土地復(fù)墾以及土地開(kāi)發(fā)，均屬于土地整治項(xiàng)目。而進(jìn)行土地整治的主要目標(biāo)是提升土地集約利用率及產(chǎn)出率。近年來(lái)，隨著我國(guó)土地整治項(xiàng)目工作不斷的深化及推進(jìn)，面臨一些規(guī)模大、整治難度大的項(xiàng)目，則有必要合理、科學(xué)地應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)[1]。比如，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，影像清晰，能夠解決一些難度的整治項(xiàng)目問(wèn)題，從而為土地整治工作提供有效的技術(shù)支持。因此，從土地整治項(xiàng)目工作效率及質(zhì)量提升角度考慮，本文圍繞“無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在土地整治項(xiàng)目中的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)相關(guān)內(nèi)容概述

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需無(wú)人機(jī)低空攝影系統(tǒng)的支持，與此同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)對(duì)相關(guān)項(xiàng)目信息資料的采集、拍攝，進(jìn)一步通過(guò)低空航拍數(shù)據(jù)處理，形成相關(guān)工程項(xiàng)目所需信息數(shù)據(jù)資料，為項(xiàng)目作出科學(xué)決策提供依據(jù)?？偨Y(jié)起來(lái)，基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理內(nèi)容如下：

1.1 無(wú)人機(jī)低空攝影系統(tǒng)分析

對(duì)于無(wú)人機(jī)低空攝影系統(tǒng)，其將無(wú)人機(jī)當(dāng)作飛行平臺(tái)，以飛行控制系統(tǒng)使無(wú)人機(jī)的固定航線飛行得到有效實(shí)現(xiàn)；與此同時(shí)，通過(guò)高分辨率遙感影像的拍攝，使目標(biāo)區(qū)域基礎(chǔ)遙感信息數(shù)據(jù)快速獲取出來(lái)。系統(tǒng)的構(gòu)成部分包括：其一，飛行控制系統(tǒng)；其二，地面站系統(tǒng)；其三，航拍系統(tǒng)等；對(duì)于各系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，在通過(guò)后期內(nèi)業(yè)處理之后，能夠使各種直觀影像及模型有效生成。對(duì)于各子系統(tǒng)的功能作用，具體如下：

（1）飛行控制系統(tǒng)。為無(wú)人機(jī)低空攝影系統(tǒng)的核心部分，該系統(tǒng)可以對(duì)地面發(fā)射的控制信息接受，然后讓無(wú)人機(jī)以預(yù)定航線、速度以及高程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行，并順利返航；同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)坐標(biāo)位置實(shí)行GPS 定位，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行速度、高度等相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，可保證無(wú)人機(jī)飛行的質(zhì)量及安全性。

（2）地面站系統(tǒng)。該系統(tǒng)以實(shí)時(shí)的方式對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)送信號(hào)，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行航線、速度以及高程等進(jìn)行控制，并且可以將無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域的電子地圖、飛行航線、參數(shù)以及飛行姿態(tài)等信息顯示出來(lái)，使無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)得到有效監(jiān)視[2]。

（3）航拍系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠以具體需求為依據(jù)，對(duì)各種傳感器進(jìn)行搭載，比如普通數(shù)碼相機(jī)、紅外多光譜相機(jī)、穩(wěn)定云臺(tái)等，通過(guò)這些傳感器的有效搭載，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度、高精度遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，為相關(guān)工程項(xiàng)目提供精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。

1.2 低空航拍數(shù)據(jù)處理分析

通過(guò)無(wú)人機(jī)怕蛇獲取的航空影像，可利用一些專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，比如PhotoScan、Inpho、Pix4D 等，對(duì)無(wú)人機(jī)坐標(biāo)、高程、飛行角度以及拍攝角度等信息進(jìn)行提取，然后做好航拍影像的拼接作業(yè)，進(jìn)一步將數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）輸出，能夠體現(xiàn)出應(yīng)用范圍廣、自動(dòng)化程度高以及計(jì)算周期短等諸多優(yōu)勢(shì)。

以Agisoft 公司的PhotoScan 軟件為例，針對(duì)輸入影像，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對(duì)齊處理，使不同等級(jí)的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)有效生成，進(jìn)一步使網(wǎng)格、紋理有效生成；結(jié)合航拍影像本身具備的地理坐標(biāo)系統(tǒng)，能夠?qū)⒋嬖诘乩韰⒖夹畔⒌臄?shù)字地理模型生成，為相關(guān)工程項(xiàng)目所需數(shù)據(jù)信息提供有效支持。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在土地整治項(xiàng)目中的具體應(yīng)用

如前所述，對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理有了一定程度的了解。本次以國(guó)內(nèi)某土地整治項(xiàng)目工程為例，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其竣工地塊實(shí)際情況的高精度攝影，將低空無(wú)人機(jī)作為平臺(tái)，利用以近似最近鄰（ANN） 匹配算法為基礎(chǔ)的AAgisoft PhotoScan 軟件，使航拍攝像的自動(dòng)拼接有效實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)一步使地塊正射影像圖有效生成，通過(guò)添加至衛(wèi)星影像圖當(dāng)中進(jìn)行對(duì)比分析，所獲取的結(jié)果即為本土地整治項(xiàng)目工程所需的航攝影像信息數(shù)據(jù)資料[3]?？偨Y(jié)起來(lái)，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在其中應(yīng)用需掌握的技術(shù)要點(diǎn)如下：

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)

在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，首先需做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，即：基于影像數(shù)據(jù)采集之前，結(jié)合工程項(xiàng)目的有關(guān)資料，對(duì)測(cè)區(qū)竣工范圍線與相關(guān)地物的分布情況加以掌握，進(jìn)一步對(duì)地塊實(shí)行踏勘作業(yè)，對(duì)拍攝范圍加以掌握，然后對(duì)飛行航線進(jìn)行合理規(guī)劃，針對(duì)航攝范圍內(nèi)比較高的地物，比如建筑物及高壓線等，需避開(kāi)；此外，需擇優(yōu)選取低風(fēng)速、光纖良好的氣候環(huán)境進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)。

圖1 數(shù)據(jù)處理后所獲數(shù)字正射影像圖（DOM）成果

由于此次土地整治項(xiàng)目工程選用的是大疆公司的精靈3A機(jī)型作為無(wú)人機(jī)平臺(tái)，構(gòu)成部分包括：飛行器、云臺(tái)相機(jī)以及遙控器等；同時(shí)，配置了iPad、DJIGSPro App 軟件。由于所配置的傳感器具備1200 萬(wàn)像素，且具備低畸變廣角相機(jī)及高精度防抖云臺(tái)，能夠?qū)?200 萬(wàn)像素的JPEG、無(wú)損RAW 格式的照片拍攝出來(lái)，同時(shí)配置了66W·h 的高能量密度智能電池與高效率動(dòng)力系統(tǒng)，最大平飛速度為每秒16 米，最高續(xù)航時(shí)間大概為23 分鐘。

此外，基于無(wú)人機(jī)起飛之前，經(jīng)DJI GS Pro 軟件，對(duì)本次飛行航線進(jìn)行設(shè)置，將飛行速度設(shè)置為5m/s，飛行高度設(shè)置為140m，飛行時(shí)間設(shè)置為15min，通過(guò)相機(jī)鏡頭垂直拍攝，達(dá)到航向重疊率、旁向重疊率50%；此外，航攝點(diǎn)一共有20 個(gè)。

2.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)要點(diǎn)

針對(duì)通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，需進(jìn)一步進(jìn)行處理，具體處理方法如下：

（1）將PhotoScan 軟件打開(kāi)，對(duì)“添加堆塊”點(diǎn)擊，然后創(chuàng)建新的項(xiàng)目。

（2）添加照片之后，使照片對(duì)齊。選擇添加無(wú)人機(jī)飛行拍攝，然后將其中的13 張航片挑選出來(lái)，對(duì)“對(duì)齊照片”點(diǎn)擊，然后基于窗口中選取適宜的精度，利用軟件對(duì)航片坐標(biāo)、高程、飛行姿態(tài)等相關(guān)信息進(jìn)行讀??；進(jìn)一步采取多視圖三維重建技術(shù)，結(jié)合空中三角測(cè)量基本原理，使照片自動(dòng)排列，并實(shí)現(xiàn)對(duì)齊處理。

（3）使密集點(diǎn)云、網(wǎng)格以及紋理生成。對(duì)“生成密集點(diǎn)云”、“生成網(wǎng)格”、“生成紋理”進(jìn)行點(diǎn)擊，然后利用PhotoScan 軟件根據(jù)相機(jī)拍攝的位置，對(duì)深度信息組成的密集點(diǎn)云進(jìn)行計(jì)算，然后是相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格三維模型及紋理模型有效生成[4-5]。

（4）進(jìn)行數(shù)字高程模型及數(shù)字正攝影像模型的構(gòu)建。對(duì)“構(gòu)建數(shù)字高程模型”、“構(gòu)建數(shù)字正攝影像模型”點(diǎn)擊，選取WGS84坐標(biāo)系，然后對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源、像素等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（5）將相關(guān)成果輸出。通過(guò)上述處理流程，選取適宜的分辨率與需要的投影類型，將需要的數(shù)字正射影像模型DOM 的tif 格式與kmL 格式輸出，使數(shù)字正射影像模型相關(guān)成果有效生成。如圖1 所示，為數(shù)據(jù)處理后所獲數(shù)字正射影像圖（DOM）成果。

2.3 結(jié)果分析技術(shù)要點(diǎn)

在結(jié)果分析過(guò)程中，針對(duì)正射影像圖的kmL 格式文件向Google earth 衛(wèi)星圖當(dāng)中添加，與最新影像圖比較，結(jié)果顯示由軟件生成的影像圖分辨率比骨骼衛(wèi)生20級(jí)影像圖更高，同時(shí)和現(xiàn)有衛(wèi)星圖基本重合。從中可知，本工程低空無(wú)人機(jī)航攝及軟件技術(shù)處理數(shù)據(jù)的分辨率、精度均頗高。此外，結(jié)合Are GIS 軟件、現(xiàn)有工程圖，能夠?qū)Ρ就恋卣喂こ添?xiàng)目相關(guān)水渠、道路、地塊面積涉及的數(shù)據(jù)的計(jì)算，為土地整治規(guī)劃、施工、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、驗(yàn)收等工作提供必要的數(shù)據(jù)信息支持。

3 結(jié)論

綜上所述，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯著，可獲取高分辨率及高精度的圖像成果，且自動(dòng)化程度高、適用范圍廣，可以合理科學(xué)地應(yīng)用到土地整治項(xiàng)目當(dāng)中，進(jìn)行土地整治項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理以及成果分析，獲取土地整治項(xiàng)目所需數(shù)據(jù)信息，為土地整治工程項(xiàng)目工作效率及質(zhì)量的全面提升奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。