唐運梁

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2010-5640-0761

摘 要：傳統(tǒng)的土地利用動態(tài)調查方法費時費力，難以應對當下城市發(fā)展過程中遇到的各種土地規(guī)劃與利用方面的問題。隨著低空攝影測量技術的不斷進步，以無人機為平臺的遙感數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)正逐漸受到遙感與測繪行業(yè)的青睞。本文以無人機傾斜攝影測量技術為數(shù)據(jù)獲取手段，研究利用DSM（DigitalSurface Model，DSM）數(shù)據(jù)獲取城市土地利用變化信息，并進一步應用到城市土地利用動態(tài)監(jiān)管工作中的方法，為解決城市建設過程中面臨的土地資源利用監(jiān)管方面的問題提供了較好的解決方案。

關鍵詞：傾斜攝影測量? DSM? 影像匹配? 信息提取

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0092-03

Land Use Change Monitoring based on UAV Tilt Photogrammetry

TANG Yunliang

（Nanning Natural Resources Information Center， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530022 China）

Abstract： The traditional land use dynamic survey method is time-consuming and laborious， and it is difficult to deal with various land planning and utilization problems in the process of urban development. With the continuous progress of low altitude photogrammetry technology， remote sensing data acquisition and processing system based on UAV is gradually favored by the remote sensing and mapping industry. In this paper， UAV tilt photogrammetry technology as a means of data acquisition， the use of DSM （digital surface model， DSM） data to obtain urban land use change information， and further applied to the dynamic monitoring of urban land use methods， and provides a better solution to solve the problems of land resource utilization supervision in the process of urban construction.

Key Words： Tilt photogrammetry;? DSM;? Image matching;? Information extraction

土地利用變化信息的數(shù)據(jù)結構可以是紙質文件中的數(shù)據(jù)，電子表格中的匯總數(shù)據(jù)或矢量圖斑數(shù)據(jù)，以及提取和分析后的遙感圖像數(shù)據(jù)。在這些變化信息數(shù)據(jù)中，最直觀的是提取和分析后的矢量和遙感數(shù)據(jù)。它們可以提供相對完整和準確的變更信息，并且可以進行精確定位以促進監(jiān)視過程的實施。使用傾斜圖像數(shù)據(jù)生成的DSM數(shù)據(jù)包含地物的全面信息。經(jīng)過一些數(shù)據(jù)處理后，可以提取和分析有關城市土地利用變化的信息。數(shù)據(jù)清晰直觀，對于實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控非常重要。

1? 數(shù)據(jù)源獲取

無人機——北京數(shù)維翔圖DM-610G 六旋翼電動無人機，翼展2.25m，有效荷載5kg，續(xù)航時間：約3h。傾斜相機——紅鵬 AP5600 微型傾斜相機。采用 5 鏡頭多視角數(shù)碼相機，鏡頭焦距20mm，側視相機傾角45°。本實驗選取南寧部分城區(qū)作為數(shù)據(jù)采集與研究的對象，數(shù)據(jù)采集分兩次進行，在2018年10月和 2019年9月分別對研究區(qū)進行了數(shù)據(jù)采集工作，共采集到有效相片數(shù)據(jù)2000 、余張。

2? DSM生成

利用傾斜影像生成DSM的流程如圖1所示。為最大限度地提高數(shù)據(jù)的精度，本文采取整體平差策略進行光束法區(qū)域網(wǎng)平差，整體平差在各個視角上同時進行加密點和外方位元素的答解，有效提高了平差效率，為 DSM 的生成提供了精度較高的外方位元素。

經(jīng)過特征匹配，得到各視影像重疊區(qū)域的同名特征點;經(jīng)過區(qū)域網(wǎng)平差處理，得到了較高精度的外方位元素。由于分步式匹配會在各個方向上分別先進行一次DSM的生成，基于此，通過對各視角生成的 DSM 進行融合，生成最終的DSM影像。

DSM 的精度直接影響到變化信息提取的準確度：在水平方向上，如果兩期 DSM存在較大的誤差，會導致兩期數(shù)據(jù)同坐標點無法準確匹配;在高程值方面，如果高程精度不夠，會導致變化信息的漏提取或誤提取。這兩種精度問題都會導致得到錯誤的高差分析結果，從而使變化提取結果的置信度大幅降低。DSM 生成之后，在測區(qū)選取一塊區(qū)域，利用 RTK 分別采集若干外業(yè)檢查點，對影像精度進行分析和評價。

經(jīng)對比分析，配準之后一期各檢查點平面誤差的最大值為0.093m，高程誤差的最大為 0.736m;二期各檢查點平面誤差的最大值為 0.089m，高程誤差的最大值為 0.367m。而除此之外的其他各檢查點誤差較小，也較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)精度能夠滿足對變化信息提取的要求。

3? 基于DSM的變化信息提取

3.1 提取方法

疊加已處理好的兩期 DSM 數(shù)據(jù)，為提高提取結果的準確性，應首先對兩期 DSM進行一次配準，保證兩期 DSM 在水平方向上無偏差。

基于兩期 DSM 提取變化信息的過程，實際上是對同一位置不同時期數(shù)據(jù)的高程值進行比較的過程。由于DSM數(shù)據(jù)包含有采集對象的真實高度信息，因此可利用該信息作為分析對象進行變化提取。

（1）利用DSM數(shù)據(jù)保留了地物真實的高度信息這一特點，在已知的坐標點 P（x，y）上，分別讀取兩期 DSM 數(shù)據(jù)中對應位置的高程值 h1，h2。

（2）由于數(shù)據(jù)精度的限制，不能保證在如此確切的坐標位置上兩期 DSM 表示的是同一個精確的位置，為保證提取結果的準確性，實驗過程對該坐標點及其周圍八個方向上的坐標點都進行高程值的讀取，然后將 9 個高程值求取平均值，并將該平均值作為中心點的實際高程值 H。這樣，得到兩個新的高程值：H1、H2。

（3）城市土地利用的變化，最直接的表現(xiàn)主要是建筑的消長，新增、拆遷活動都是建筑物的變化，因此，在對高差進行分析的時候，可以選取單層房屋的高度α作為高差閾值，即高差在α以下，視為實地沒有變化，反之視為產(chǎn)生了變化，以此來對建筑區(qū)的變化信息進行提取。

3.2 檢索格網(wǎng)的選擇

在實際的變化提取過程中，由于 DSM 影像范圍較大，不可能逐個像元進行檢索，這樣不僅會耗費大量的時間，而且會導致同一處變化提取出很多個變化點，因此，需要對檢索單元進行放大，但同時也應該考慮避免漏提取情況的發(fā)生。根據(jù)實際需求，本實驗采取10m×10m的檢索單元進行變化信息的提取。提取結果如圖2所示。

3.3 剔除冗余變化點

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，提取的變化點數(shù)據(jù)存在一定的冗余點，由于檢索格網(wǎng)的限制，會存在一處變化包含多個鄰近的提取點的情況，因此，還應對提取結果進行冗余點的去除。去除相鄰較近變化點的思想是：以當前點為圓心，將落在指定半徑內的變化點剔除。冗余點去除是對變化信息數(shù)據(jù)的精簡，在分析變化信息數(shù)據(jù)的過程中，能夠在不減少變化區(qū)數(shù)量的前提下減少對同一個變化區(qū)的重復讀取，有效提高了工作效率。

3.4 提取結果分析

圖3是變更提取結果的比較圖。左側是第一階段中正在建造的建筑物，右側是第二階段中已完成的建筑物。從圖中可以看出，提取結果所在的區(qū)域中的現(xiàn)場建筑物已發(fā)生了不同程度的變化。在建工程會不斷更新，有些是新的或拆除中的工程，并且高程已更改，因此將對其進行檢測和提取。由于數(shù)據(jù)精度和提取精度等諸多方面，更改提取結果并非都正確，并且存在某些錯誤的提取和提取跳過情況。在該實驗中，總共提取了165個更改信息，并且正確提取了137個更改信息，其余28個提取錯誤。經(jīng)過人工調查，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，總共有11個發(fā)生變化的區(qū)域未得到準確提取，提取精度約為77.8%。

4? 實地調查與監(jiān)管

根據(jù)疊置分析的結果，保留的土地利用變更信息數(shù)據(jù)是沒有所有權記錄或未經(jīng)法律批準的土地用途變更信息。對這部分數(shù)據(jù)進行了詳細驗證，并結合了所有權變更調查和相關文檔材料中的數(shù)據(jù)進行分析，總共刪除了17個變更點，而沒有土地用途變更的記錄。評選結果將進行分類和下達，并安排有關技術人員和調查人員到現(xiàn)場核實，對不合理的土地使用單位或職業(yè)人員進行逐一調查。

經(jīng)過現(xiàn)場調查，發(fā)現(xiàn)有2個建筑工地的相關手續(xù)不完善，其中一個是非法拆遷，另一個是非法占用土地，其他是從注冊不完整或不正確。調查完成后，請記錄或修改未記錄或記錄不正確的土地使用信息，并同時更新本地數(shù)據(jù)庫;遇到有問題的材料及時報告。

5? 結語

基于傾斜攝影測量的土地利用變化動態(tài)監(jiān)測過程相對科學，節(jié)省了人力和時間，提高了工作效率，監(jiān)測的結果能夠滿足指導城市土地合理利用的需要，有助于指導城市規(guī)劃與設計，促進城市的健康發(fā)展，對于實現(xiàn)城市土地資源的可持續(xù)利用意義重大。

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