摘""要：傳統(tǒng)的土地利用動(dòng)態(tài)調(diào)查方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以應(yīng)對(duì)當(dāng)下城市發(fā)展過(guò)程中遇到的各種土地規(guī)劃與利用方面的問(wèn)題。隨著低空攝影測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)的遙感數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)正逐漸受到遙感與測(cè)繪行業(yè)的青睞。該文以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為數(shù)據(jù)獲取手段，研究利用"DSM（Digital"Surface"Model，DSM）數(shù)據(jù)獲取城市土地利用變化信息，并進(jìn)一步應(yīng)用到城市土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中的方法，為解決城市建設(shè)過(guò)程中面臨的土地資源利用監(jiān)測(cè)方面的問(wèn)題提供了較好的解決方案。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量""DSM""影像匹配""信息提取

中圖分類號(hào)：P231""""""""""""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research"on"the"Monitoring"of"Land"Use"Change"Based"on"UAV’s"Oblique"Photogrammetry

LI"Xiaoguang

（Qingyuan"Surveying"and"Mapping"Geographic"Information"Center，"Qingyuan，"Guangdong"Province，"511500"China）

Abstract："The"traditional"dynamic"survey"method"of"land"use"is"time-consuming"and"laborious，"and"it"is"difficult"to"deal"with"various"land"planning"and"utilization"problems"encountered"in"the"current"urban"development"process."With"the"continuous"progress"of"low-altitude"photogrammetry"technology，"the"remote"sensing"data"acquisition"and"processing"system"based"on"UAVs"is"gradually"favored"by"the"remote"sensing"and"mapping"industry."This"paper"takes"UAV’s"tilt"photogrammetry"technology"as"a"means"of"data"acquisition，"studies"the"use"of"DSM"（Digital"Surface"Model）"data"to"obtain"the"information"of"urban"land"use"change，"and"further"applies"it"to"the"dynamic"monitoring"of"urban"land"use，"which"provides"a"better"solution"for"solving"the"problems"of"land"recourse"use"monitoring"encountered"in"the"process"of"urban"construction.

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

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量將無(wú)人駕駛飛行技術(shù)與低空攝影測(cè)量技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并借助先進(jìn)的通信與定位技術(shù)，能夠輕松實(shí)現(xiàn)低空對(duì)地觀測(cè)，快速、高效獲取高精度的遙感數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)獲取手段無(wú)法保證數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的難題[1]。

土地利用的變化信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是紙質(zhì)的文檔數(shù)據(jù)，可以是匯總的電子表格數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過(guò)提取和分析之后的矢量圖斑數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)。在這些變化信息數(shù)據(jù)中，比較直觀的是經(jīng)過(guò)提取與分析之后的矢量和遙感數(shù)據(jù)，它們能夠提供較為完整、準(zhǔn)確的變化信息，而且可以進(jìn)行精確定位，方便監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)施[2]。利用傾斜影像數(shù)據(jù)制作的DSM數(shù)據(jù)，包含了地表之上完整的地物信息，經(jīng)過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理之后，可以從中提取并分析城市土地利用變化信息，數(shù)據(jù)清晰、直觀，對(duì)于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施具有至關(guān)重要的作用。

1"總體技術(shù)路線

文章利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影手段獲取城市兩個(gè)不同時(shí)相的傾斜影像數(shù)據(jù)，基于"SIFT影像匹配算法生成"DSM"數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比兩期"DSM"數(shù)據(jù)，對(duì)城市土地利用變化信息進(jìn)行提取和分析，并利用該結(jié)果制訂相應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)土地變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[3]。

2""數(shù)據(jù)源獲取

無(wú)人機(jī)——北京數(shù)維翔圖DM-610G六旋翼電動(dòng)無(wú)人機(jī)，翼展2.25"m，有效荷載5"kg，續(xù)航時(shí)間：約3"h。傾斜相機(jī)——紅鵬AP5600微型傾斜相機(jī)[4]。采用5鏡頭多視角數(shù)碼相機(jī)，鏡頭焦距20"mm，側(cè)視相機(jī)傾角45°。該實(shí)驗(yàn)選取北京市密云區(qū)部分城區(qū)作為數(shù)據(jù)采集與研究的對(duì)象，數(shù)據(jù)采集分兩次進(jìn)行，在2018年10月和2019年9月分別對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集工作，共采集到有效相片數(shù)據(jù)2"000余張。

3""DSM生成

實(shí)驗(yàn)區(qū)生成的兩期DSM如圖2和圖3所示。

4""基于DSM的變化信息提取

4.1""提取方法介紹

疊加已處理好的兩期DSM數(shù)據(jù)，為提高提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)首先對(duì)兩期DSM進(jìn)行一次配準(zhǔn)，保證兩期DSM在水平方向上無(wú)偏差。

基于兩期DSM提取變化信息的過(guò)程，實(shí)際上是對(duì)同一位置不同時(shí)期數(shù)據(jù)的高程值進(jìn)行比較的過(guò)程。由于DSM數(shù)據(jù)包含有采集對(duì)象的真實(shí)高度信息，因此可利用該信息作為分析對(duì)象進(jìn)行變化提取[5]。

（1）利用DSM數(shù)據(jù)保留了地物真實(shí)的高度信息這一特點(diǎn)，在已知的坐標(biāo)點(diǎn)P（x，y）上，分別讀取兩期DSM數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)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(biāo)位置上兩期DSM表示的是同一個(gè)精確的位置，為保證提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)該坐標(biāo)點(diǎn)及其周圍8個(gè)方向上的坐標(biāo)點(diǎn)都進(jìn)行高程值的讀取，然后將9個(gè)高程值求取平均值，并將該平均值作為中心點(diǎn)的實(shí)際高程值H。這樣，得到兩個(gè)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(zhǎng)，新增、拆遷活動(dòng)都是建筑物的變化，因此，在對(duì)高差進(jìn)行分析的時(shí)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(shí)地沒(méi)有變化，反之視為產(chǎn)生了變化，以此來(lái)對(duì)建筑區(qū)的變化信息進(jìn)行提取。

4.2"檢索格網(wǎng)的選擇

在實(shí)際的變化提取過(guò)程中，由于DSM影像范圍較大，不可能逐個(gè)像元進(jìn)行檢索，這樣不僅會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且會(huì)導(dǎo)致同一處變化提取出很多個(gè)變化點(diǎn)，因此，需要對(duì)檢索單元進(jìn)行放大，但同時(shí)也應(yīng)該考慮避免漏提取情況的發(fā)生[6]。根據(jù)實(shí)際需求，該實(shí)驗(yàn)分別選取"6"m?6"m、12"m?12"m"和"15"m?15"m"三個(gè)檢索單元，并基于實(shí)驗(yàn)區(qū)的實(shí)際情況，選取"3.5"m"作為高差閾值，在一個(gè)較小的范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)實(shí)際需求，該實(shí)驗(yàn)采取10"m?10"m的檢索單元進(jìn)行變化信息的提取。提取結(jié)果如圖5所示。

4.3"剔除冗余變化點(diǎn)

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，提取的變化點(diǎn)數(shù)據(jù)存在一定的冗余點(diǎn)，由于檢索格網(wǎng)的限制，會(huì)存在一處變化包含多個(gè)鄰近的提取點(diǎn)的情況，因此，還應(yīng)對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行冗余點(diǎn)的去除。去除相鄰較近變化點(diǎn)的思想是：以當(dāng)前點(diǎn)為圓心，將落在指定半徑內(nèi)的變化點(diǎn)剔除。冗余點(diǎn)去除是對(duì)變化信息數(shù)據(jù)的精簡(jiǎn)，在分析變化信息數(shù)據(jù)的過(guò)程中，能夠在不減少變化區(qū)數(shù)量的前提下減少對(duì)同一個(gè)變化區(qū)的重復(fù)讀取，有效提高了工作效率。

4.4"提取結(jié)果分析

圖6是變化提取結(jié)果對(duì)比圖，從圖中可以看出，提取結(jié)果所在的區(qū)域?qū)嵉亟ㄖ寻l(fā)生不同程度的變化，有些是在建工程不斷地更新，有些是新建或拆遷工程，高程上均發(fā)生了變化，因此會(huì)被檢測(cè)提取出來(lái)。

由于受數(shù)據(jù)精度和提取精度等多方面的影響，變化提取結(jié)果并非都是正確的，還存在部分誤提取和漏提取的情況。

表1所示內(nèi)容是提取結(jié)果的準(zhǔn)確度分析表。該次實(shí)驗(yàn)共提取到變化信息165處，從表中可以看出，正確提取出137處變化信息，其余28處為誤提取，經(jīng)過(guò)人工排查之后統(tǒng)計(jì)，共有11處實(shí)地發(fā)生變化的區(qū)域沒(méi)有準(zhǔn)確提取出來(lái)，提取準(zhǔn)確度約為77.8%。

5"實(shí)地調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

根據(jù)疊加分析結(jié)果，保留下來(lái)的土地利用變化信息數(shù)據(jù)即為無(wú)權(quán)屬記錄或無(wú)合法批準(zhǔn)的土地利用變化信息，對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)核實(shí)，結(jié)合相關(guān)的權(quán)屬變更調(diào)查數(shù)據(jù)與文檔資料進(jìn)行分析，共篩選出17處沒(méi)有用地變化記錄的變化點(diǎn)。將該篩選結(jié)果進(jìn)行整理和輸出，組織相關(guān)技術(shù)人員與調(diào)查人員一起到達(dá)實(shí)地進(jìn)行核實(shí)，對(duì)非法占地、違章建設(shè)等不合理用地單位或個(gè)人進(jìn)行逐一排查。

經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其中有2處在建用地相關(guān)手續(xù)不齊全，其中一處為工廠，違規(guī)拆遷和非法占用耕地的各有一處，其他均為登記信息不完整或登記信息有誤的情況。調(diào)查完成之后，對(duì)未記錄或錯(cuò)誤記錄的用地信息進(jìn)行登記或修改，并同時(shí)更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)發(fā)現(xiàn)的存在問(wèn)題的變化用地形成材料，及時(shí)上報(bào)。

6"結(jié)語(yǔ)

基于傾斜攝影測(cè)量的土地利用變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程相對(duì)科學(xué)，節(jié)省了人力和時(shí)間，提高了工作效率，監(jiān)測(cè)的結(jié)果能夠滿足指導(dǎo)城市土地合理利用的需要，有助于指導(dǎo)城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)，促進(jìn)城市的健康發(fā)展，對(duì)于實(shí)現(xiàn)城市土地資源的可持續(xù)利用意義重大。

參考文獻(xiàn)

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