無(wú)人機(jī)傾斜攝影在工程征地移民實(shí)物調(diào)查中的應(yīng)用初探

金晶 王志林 張律 邵真真

摘 要：隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，它在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中在工程及測(cè)量領(lǐng)域的功能發(fā)揮也不斷得到開發(fā)。文章從無(wú)人傾斜攝影技術(shù)的特點(diǎn)、工作原理等方面進(jìn)行闡述，初步探討其在工程征地移民實(shí)物調(diào)查中的應(yīng)用。并針對(duì)目前無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)水平的限制因素，提出其在征地移民實(shí)物調(diào)查應(yīng)用中的質(zhì)量控制方案。通過(guò)與傳統(tǒng)實(shí)物調(diào)查方法對(duì)比，體現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影在工程征地移民實(shí)物調(diào)查應(yīng)用中的實(shí)用性及優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影；工程征地移民；實(shí)物調(diào)查

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0171-02

Abstract： With the rapid development of unmanned aerial vehicle（UAV） tilting photography technology， it is more and more widely used in various industries. In the field of engineering and measurement， all functions have been constantly developed. This paper expounds the characteristics and working principles of UAV tilting photography， and probes into its application in the physical investigation of engineering land expropriation and resettlement. Aiming at the limiting factors of UAV tilting photography technology at present， this paper puts forward the quality control scheme in the application of land expropriation and emigration physical investigation. By comparing with the traditional physical survey method， the utility and superiority of UAV tilting photography in the physical investigation of engineering land expropriation and resettlement are demonstrated.

Keywords： UAV tilting photography； engineering land expropriation and resettlement； physical investigation

1 概述

作為近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，無(wú)人傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已被越來(lái)越多的行業(yè)認(rèn)可和應(yīng)用。通過(guò)無(wú)人機(jī)快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化三維建模，可真實(shí)、全面的反映出地物的外觀、位置、高度等屬性，且獲取的數(shù)據(jù)具有空間位置信息的可量測(cè)性，可滿足征地移民調(diào)查的基本需要。將無(wú)人傾斜攝影技術(shù)用于征地移民實(shí)物調(diào)查，通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行快速采集信息，通過(guò)高效的系統(tǒng)應(yīng)用快速處理和輸出有效數(shù)據(jù)，不僅可以大大減少調(diào)查工作量、降低工作成本，還可以減少人為操作不當(dāng)造成的調(diào)查誤差。此外，拍攝的影像資料也可作為過(guò)程依據(jù)，佐證調(diào)查內(nèi)容的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，全面提高調(diào)查質(zhì)量。

2 征地移民實(shí)物調(diào)查工作現(xiàn)狀

征地移民實(shí)物調(diào)查是水利水電工程建設(shè)征地移民設(shè)計(jì)的重要組成部分。其主要任務(wù)是查明征地范圍內(nèi)各種設(shè)計(jì)對(duì)象的數(shù)量和質(zhì)量，為論證工程規(guī)模、比選工程設(shè)計(jì)方案、編制征地移民規(guī)劃、確定征地移民補(bǔ)償投資以及實(shí)施等提供基礎(chǔ)資料[1]。調(diào)查內(nèi)容包括征遷移民的戶數(shù)、人口、房屋及附屬設(shè)施、土地、專業(yè)項(xiàng)目、企事業(yè)單位及地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況等。調(diào)查工作分外業(yè)和內(nèi)業(yè)，其中外業(yè)流程為：作業(yè)人員手持征地拆遷紅線圖，到征遷影響范圍進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，逐戶詢問受影響家庭的基本情況，企事業(yè)單位的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況等，掌握基本信息后，分戶、分單位測(cè)量并登記房屋面積，附屬物種類及數(shù)量；通過(guò)實(shí)地查勘及詢問村干部等方式，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)繪村組界、地類界、專項(xiàng)設(shè)施、三線等；內(nèi)業(yè)流程為：在CAD軟件上按功能分區(qū)分類量算征遷影響土地面積，將外業(yè)調(diào)查所獲信息及土地量算的面積等數(shù)據(jù)輸入Excel，對(duì)其進(jìn)行整理，分類匯總后形成調(diào)查成果，最后以編制調(diào)查報(bào)告的形式形成最終成果。目前，不管是內(nèi)業(yè)還是外業(yè)，征遷實(shí)物調(diào)查成果的形成過(guò)程均以人工為主，成果形成周期長(zhǎng)，征遷方案編制階段往往需要頻繁調(diào)整征遷紅線，實(shí)物調(diào)查工作相應(yīng)的也需做出快速調(diào)整。人工為主的作業(yè)方式往往很難滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)中方案調(diào)整的進(jìn)度需求，調(diào)整工期趕，任務(wù)重，也常給規(guī)劃和調(diào)查人員帶來(lái)壓力。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在征遷實(shí)物調(diào)查中的應(yīng)用

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)特征及工作原理

傾斜攝影技術(shù)顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息[2]。無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可定義

為： 以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，以傾斜攝影相機(jī)為任務(wù)設(shè)備的航空影像獲取系統(tǒng)，功能由無(wú)人機(jī)攝影硬件和軟件兩部分組成和實(shí)現(xiàn)，裝置主要由工業(yè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)、掛載云臺(tái)和傾斜攝影相機(jī)組成，由機(jī)載鋰電池供電。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片。以傾斜攝影技術(shù)來(lái)獲取影像數(shù)據(jù)作為素材，通過(guò)人工或自動(dòng)化加工處理進(jìn)行傾斜攝影建模，該技術(shù)可提供數(shù)字表面模型（DSM）、線畫圖（DLG）、高程模型（DEM）、正射影像圖（DOM）等多種成果形式[3]。其中三維模型具備真實(shí)、細(xì)致、具體的特點(diǎn)，可當(dāng)做一種新的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)測(cè)量，并對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和可視化應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影開展征地移民實(shí)物調(diào)查

3.2.1 技術(shù)指標(biāo)的限定

無(wú)人機(jī)傾斜攝影在征地移民實(shí)物調(diào)查中的應(yīng)用，其技術(shù)指標(biāo)需滿足調(diào)查內(nèi)容及調(diào)查信息精度的需要，實(shí)際功能及其作業(yè)能力等也應(yīng)滿足調(diào)查工作的基本需求。傾斜攝影的內(nèi)容根據(jù)調(diào)查內(nèi)容而定，一般包括地形地貌、土地分類面積、房屋及其附屬物、電力線、通訊線、專項(xiàng)、樹木等；精度方面，需結(jié)合目前無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的功能及其參數(shù)，選配能夠滿足不同調(diào)查內(nèi)容、不同數(shù)據(jù)信息精度的硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)。如選擇傾斜攝影無(wú)人機(jī)和航攝儀時(shí)，需具備多視角拍攝功能及GPS導(dǎo)航模塊，此外，需對(duì)相機(jī)的像素、無(wú)人機(jī)的飛行速度、作業(yè)時(shí)間、電池續(xù)航能力、載重等方面做出限定。

3.2.2 工作流程

（1）拍攝準(zhǔn)備工作。調(diào)查人員通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影設(shè)備，沿設(shè)定的航線對(duì)所述實(shí)物對(duì)象進(jìn)行拍攝，首先根據(jù)航高及航攝幅寬確定航線，然后技術(shù)人員根據(jù)航線，根據(jù)飛行控制軟件定制無(wú)人機(jī)的飛行軌跡，以標(biāo)示其攝影走向。（2）拍攝及其內(nèi)容。找到起始點(diǎn)附近適應(yīng)無(wú)人機(jī)航攝的設(shè)站點(diǎn)，操縱無(wú)人機(jī)沿著航線對(duì)房屋等地物進(jìn)行傾斜攝影，直至紅線范圍內(nèi)地物全部?jī)A斜攝影完成。拍攝內(nèi)容主要包括：a.點(diǎn)信息，在設(shè)定的航線通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影記錄下當(dāng)前點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，特征要素點(diǎn)包括閘站、水井、等專項(xiàng)；b.線信息，通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影功能，得到特征線的點(diǎn)云集合，最終提取生成線信息，主要用來(lái)測(cè)量桿線、道路、河道等信息；c.面信息，通過(guò)傾斜攝影，得到特征面的點(diǎn)云集合，形成閉合多邊形，最終生成面信息，主要用來(lái)測(cè)量分類土地塊、某一廠區(qū)面積或某戶房屋面積；d.帶地理信息的影像，拍攝生成多視點(diǎn)影像照片可導(dǎo)入處理軟件中配合點(diǎn)云數(shù)據(jù)顯示。（3）數(shù)據(jù)導(dǎo)出及修正。通過(guò)計(jì)算機(jī)連接無(wú)人機(jī)傾斜攝影設(shè)備，將多個(gè)視點(diǎn)的地物圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理軟件（如Smart3D），并根據(jù)GPS測(cè)量的控制點(diǎn)坐標(biāo)及高程對(duì)多個(gè)視點(diǎn)的地物影像數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接和平差，根據(jù)平差后的影像數(shù)據(jù)生成征地移民區(qū)域的三維立體模型；其次，通過(guò)拆遷戶所在的城鎮(zhèn)或農(nóng)村基層行政單位，了解拆遷戶姓名、戶數(shù)、人口、房屋邊界、附屬物等。在村組工作人員陪同下，對(duì)拆遷戶的土地田塊進(jìn)行分界定位，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)辨認(rèn)或問詢，獲得各拆遷戶土地的種植信息（水田、旱地）等。最終，將航攝和人工調(diào)查所得地物信息批量導(dǎo)入軟件，結(jié)合地物圖像，檢驗(yàn)位置信息是否正確，并及時(shí)進(jìn)行修正。（4）內(nèi)業(yè)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理。首先，在繪圖軟件上分層表示各地物位置的數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維立體信息展示，為設(shè)計(jì)和實(shí)施提供可視化的、簡(jiǎn)便靈活的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平臺(tái)；其次，在三維立體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)業(yè)標(biāo)繪，包括各征遷調(diào)查實(shí)物的屬性指標(biāo)，如房屋長(zhǎng)、寬、高、層數(shù)，道路起止點(diǎn)及長(zhǎng)、寬等規(guī)格指標(biāo)，工程類別區(qū)分、鎮(zhèn)村組戶等各類范圍的邊界線等，通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)需要分層設(shè)置并對(duì)數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的分類統(tǒng)計(jì)輸出。結(jié)合數(shù)字線畫圖功能，快速生成規(guī)劃設(shè)計(jì)所需相關(guān)實(shí)物指標(biāo)。使征地移民調(diào)查成果的形成周期大幅縮短，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供更快捷、準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

將無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用在征地移民實(shí)物調(diào)查中，通過(guò)傾斜攝影建模，將征地移民所需勘測(cè)調(diào)查的各種建筑、地形、地面附著物等，在計(jì)算機(jī)中運(yùn)用軟件處理呈現(xiàn)成3D模型，并對(duì)調(diào)查所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行丈量和統(tǒng)計(jì)。該技術(shù)的應(yīng)用，符合征地移民勘測(cè)調(diào)查的高精度要求，可以把原本大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)成內(nèi)業(yè)工作，有效的降低測(cè)繪調(diào)查人員外業(yè)工作量。此外，該作業(yè)方法可對(duì)調(diào)查實(shí)物對(duì)象以調(diào)查成果表、平面圖、三維立體等多形式進(jìn)行顯示。具有范圍廣、效率高、成本低、快速便捷、立體可視化、直接量測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量控制

雖然無(wú)人機(jī)傾斜攝影調(diào)查較之于傳統(tǒng)的調(diào)查有成本低、效率高等優(yōu)勢(shì)，但目前該項(xiàng)技術(shù)仍存在一些問題尚未得到解決，如模型分辨率不一致、精度不可靠、格式不匹配等問題。在影像獲取方面多少存在一些死角或數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)點(diǎn)不足，導(dǎo)致模型匹配時(shí)出現(xiàn)扭曲變形，如路燈、旗桿、小于一定厚度的廣告牌，或水面、玻璃等光滑表面，因匹配截面過(guò)小或少紋理特征，匹配不到特征點(diǎn)而產(chǎn)生模型漏洞[4]。根據(jù)調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)遇到的問題進(jìn)行預(yù)案處理，提前預(yù)防因目前技術(shù)水平限制，造成征地移民調(diào)查內(nèi)容的缺失和信息的失準(zhǔn)。如：為保證建筑物測(cè)量的精確性，航拍時(shí)可對(duì)房屋密集區(qū)域的航拍做加密處理；模型信息采集時(shí)，對(duì)無(wú)法采集的內(nèi)容應(yīng)提交外業(yè)，做實(shí)地調(diào)繪補(bǔ)測(cè)；對(duì)于電桿等無(wú)法建模的地面附著物用傳統(tǒng)航空攝影進(jìn)行立體采集；農(nóng)作物和樹木覆蓋區(qū)域高程點(diǎn)無(wú)法用三維模型采集的，使用傳統(tǒng)立體模型進(jìn)行采集，立體模型也無(wú)法采集的，采用野外實(shí)測(cè)高程點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工程建設(shè)和規(guī)劃設(shè)計(jì)迫切需要三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)支持，以實(shí)現(xiàn)立體表達(dá)、精細(xì)管理和科學(xué)決策。運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，為大中型水利工程移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)及相關(guān)征地移民調(diào)查工作實(shí)施建立三維信息系統(tǒng)支撐平臺(tái)，可以大大提高工作效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)物的直觀性，在移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)以及征遷實(shí)施過(guò)程中，便于各種方案的比選和決策，使規(guī)劃設(shè)計(jì)成果及征遷實(shí)施更具科學(xué)合理性。

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