無人機(jī)傾斜攝影測量在土地綜合整治中的應(yīng)用

袁玉勇

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 無人機(jī)傾斜攝影概述

1.1 無人機(jī)傾斜攝影的概念

無人機(jī)傾斜攝影是指在無人機(jī)飛行平臺上搭載傾斜攝影系統(tǒng)進(jìn)行測量的一項高新技術(shù)。傾斜攝影系統(tǒng)配有多個方向的傳感器鏡頭（目前市場常用的是3鏡頭、5鏡頭和7鏡頭，文章項目采用5鏡頭），同時從地物的4個傾斜、1個垂直此5個不同角度采集影像，采集同一地物具用不同視角的影像數(shù)據(jù)以及地面物體的側(cè)面信息[1]。影像采集后通過空三加密、三維建模和數(shù)據(jù)采集等過程，最終形成產(chǎn)品。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影測量與傳統(tǒng)攝影測量的區(qū)別

與傳統(tǒng)攝影測量相比，無人機(jī)傾斜攝影測量具有以下優(yōu)點。

（1）傳統(tǒng)攝影測量只有1個垂直鏡頭，只能看到垂直鏡頭下的影像，而傾斜攝影測量另外提供了4個傾斜的鏡頭，可以得到垂直鏡頭影像看不到或看不太清楚的地方。

（2）無人機(jī)傾斜攝影測量的飛行平臺一般飛行高度都在100m以上，多鏡頭可得到從大到小不同立體角度的影像數(shù)據(jù)，測量精確度能得到很大的提高。

（3）與傳統(tǒng)攝影測量相比，同一地物不僅可在垂直影像上體現(xiàn)，同時還可以在傾斜影像上體現(xiàn)，可以達(dá)到多視線交會的條件，提高測量的可靠性。

（4）傾斜攝影測量可以同時得到5個影像資料，互相比對，可以減少盲區(qū)，對自動識別和重建有一定的幫助。

同時由于測量方法的區(qū)別，與傳統(tǒng)攝影測量相比，傾斜攝影測量存在自動空三加密難度增大、數(shù)據(jù)處理工作量較大等挑戰(zhàn)。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的特點

（1）可以反映出地面特征和周圍環(huán)境的真實性。傾斜的影像可以從多個角度觀察同一地面特征，從而可以更準(zhǔn)確地反映出地面特征的實際情況，彌補了正射影像的不足[2]。例如，對于一棵樹，正射影像只能從正上方觀察樹的頂部位置，而傾斜影像不僅可以觀測樹頂位置，還可以從其他角度觀測樹枝、樹干以及樹根底部的土地表面。

（2）可以實現(xiàn)單張影像的測量工作。利用與影像成果相配套的處理軟件可以直接在影像成果上進(jìn)行幾何尺寸甚至空間位置的測量工作，拓展了其應(yīng)用范圍。

（3）測量速度快。無人機(jī)傾斜攝影測量的速度取決于無人機(jī)的飛行速度，同時圖像數(shù)據(jù)處理自動化也大大地提高了處理速度。

（4）更加適用于復(fù)雜地形。與傳統(tǒng)測量相比，無人機(jī)傾斜攝影測量通過非接觸的方式完成測量任務(wù)，更適合用于地形復(fù)雜、人員無法到達(dá)的地方。

3 土地綜合整治概述

3.1 我國土地綜合整治背景

自1949年中華人民共和國成立后開始的農(nóng)村土地改革以來，土地特別是耕地，擔(dān)負(fù)著農(nóng)民生產(chǎn)資料和社會保障的雙重職能。但是，自20世紀(jì)90年代中期以來，中國的總?cè)丝谠黾恿?.89億，城市化水平從29.04%增加到58.5%。對農(nóng)業(yè)和其他農(nóng)產(chǎn)品（如糧食和農(nóng)業(yè)）的需求已顯示出剛性增長，對耕地的需求也越來越強(qiáng)。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，中國的耕地面積持續(xù)減少。在過去的10年中，我國的耕地面積減少了約83333.33km2。2019年中共中央、國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》，提出要嚴(yán)守18億畝耕地紅線，到2020年確保建成8億畝高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，并提出了“占一補一”的措施。

3.2 我國土地綜合整治的定義

《土地管理法》（修訂送審稿）對土地整治的定義具體如下所述：對低效利用、不合理利用和未利用的土地進(jìn)行整治，對生產(chǎn)建設(shè)破壞和自然災(zāi)害毀損的土地進(jìn)行恢復(fù)利用，以提高土地利用率。

土地綜合整治的定義：在一定的區(qū)域內(nèi)，按照土地利用總體規(guī)劃確定的目標(biāo)和用途，以土地整理、復(fù)墾、開發(fā)和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤為平臺，推動田、水、路、林、村綜合整治，改善農(nóng)村生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營、人口集中居住、產(chǎn)業(yè)聚集發(fā)展，推進(jìn)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程[3]。

3.3 我國土地綜合整治的主要類型

（1）農(nóng)用地整理。綜合管理田野、水、道路、森林和村莊，以增加耕地的有效面積，提高耕地質(zhì)量，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

（2）廢棄土地復(fù)墾。利用各種補救的方法或手段將因人為或自然原因而荒廢的土地改造成可以利用的土地。

（3）宜農(nóng)未利用地開發(fā)。通過工程、生物或綜合措施將未利用或效率低下的土地開發(fā)為耕地，其主要目的是增加耕地面積并改善生態(tài)環(huán)境。

（4）建設(shè)用地整治。為提高建設(shè)用地的集約化利用水平，通過各種方法或手段調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)用的的結(jié)構(gòu)和布局。

4 無人機(jī)傾斜攝影測量在土地綜合整治中的應(yīng)用實例

4.1 項目概況

該項目位于河北省懷安縣懷安城鎮(zhèn)和第三堡鄉(xiāng)，涉及2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共23個行政村土地，屬于低山丘陵，整體地勢南高北低，東高西低。該項目區(qū)內(nèi)，共分布南北走向溝壑30余條，溝壑主要分為3種類型，即斷頭溝、排洪溝、雞爪子溝。

該項目為河北省土地綜合整治示范建設(shè)項目。項目以增加耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量為核心，總體定位體現(xiàn)土地整治+優(yōu)質(zhì)良田+生態(tài)景觀的理念，通過土地流轉(zhuǎn)的方式開展規(guī)?；⒓s化、現(xiàn)代化的經(jīng)營模式，實現(xiàn)增加農(nóng)民收入、提高土地利用率、轉(zhuǎn)移農(nóng)村富余勞動力、推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的目標(biāo)。融合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧，通過“田、水、路、林、村”等農(nóng)村土地要素在功能和形態(tài)上的綜合整治，推動當(dāng)?shù)胤N植業(yè)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展，推動美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，打造美麗農(nóng)田，提升生態(tài)景觀，實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、耕地提質(zhì)改造、未利用地開發(fā)、糧食產(chǎn)能提升，打造具有當(dāng)?shù)靥厣耐恋鼐C合整治示范項目。

4.2 無人機(jī)傾斜攝影測量的技術(shù)流程

（1）控制測量。為保證測量精度，結(jié)合項目測量區(qū)域的特點，利用項目區(qū)勘測階段使用的GPS控制點來布設(shè)像控點。像控點距離保證≤350m，在溝頂盡量利用空曠無遮擋的既有混凝土路面用紅、白自動噴漆來布設(shè)像控點，在溝底盡量在開闊處選擇平坦沒有遮擋的地方利用白色布條布設(shè)像控點。盡量保證高處（溝頂）和低處（溝底）都有像控點，進(jìn)一步提高測量精度。

（2）傾斜影像的獲取和處理。該項目采用45°傾斜角的5鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)配合大疆T16無人機(jī)平臺，航線采用大疆智圖軟件進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，如圖1所示。在實際測量中，各鏡頭自動拍攝照片，獲取多視角影像。

圖1 規(guī)劃航線

（3）空三加密。主要操作過程包括輸入傾斜影像，傾斜影像連接點自動匹配，匹配粗差檢測、構(gòu)建自由網(wǎng)，輸入地面控制數(shù)據(jù)和區(qū)域網(wǎng)平差。

（4）三維建模。利用傾斜攝影自動建模軟件進(jìn)行一系列處理最終獲得三維傾斜模型。

（5）數(shù)據(jù)采集。該項目使用EPS3D映射系統(tǒng)加載三維傾斜模型并在計算機(jī)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集工作。

（6）外業(yè)補測及調(diào)繪。傾斜攝影測量也會存在一定的盲區(qū)，可根據(jù)實際需要進(jìn)行補測；對于現(xiàn)場地形復(fù)雜的地物或無法準(zhǔn)確判斷的地物還需要現(xiàn)場調(diào)繪。

4.3 施工復(fù)測階段中的應(yīng)用

該項目實際土地整治面積約為12km2，由于現(xiàn)場地形制約，呈片區(qū)分布?，F(xiàn)場地形復(fù)雜，溝壑遍布，測量難度大。傳統(tǒng)測量方法無法滿足施工施工工期的要求，為保證施工任務(wù)順利展開，通過對比分析選定無人機(jī)傾斜攝影測量來完成施工復(fù)測任務(wù)。

在實際測量中，為保證無人機(jī)傾斜攝影測量的精度，共完成傾斜攝影測量的面積約為20km2。無人機(jī)傾斜攝影15個工作日完成傾斜影像的獲取和處理，30個工作日完成了三維建模工作，10個工作日完成了數(shù)據(jù)采集工作，大大提高了測量工作的效率。

利用數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)在土地規(guī)劃設(shè)計軟件Gland中進(jìn)行整體計算，得到實際土方工程量，之后與設(shè)計工程量進(jìn)行對比分析，找處差異分析原因，為下一步的變更設(shè)計和施工提供了準(zhǔn)確依據(jù)。

4.4 施工組織階段中的應(yīng)用

該項目土方量約為2200萬m3，原設(shè)計存在大量的遠(yuǎn)距離土方調(diào)運。為了達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益，必須做出合理的土方調(diào)配方案。利用數(shù)據(jù)施工復(fù)測階段采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)域的土方調(diào)配，各區(qū)域獨立設(shè)計土方調(diào)配方案，盡量減少遠(yuǎn)距離土方調(diào)配，取得了理想的經(jīng)濟(jì)效益。

同時利用傾斜攝影測量所得到三維模型進(jìn)行分區(qū)域土方調(diào)配方案的演示，使施工管理人員更直觀地理解土方調(diào)配方案，更好地組織施工，避免窩工現(xiàn)象，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.5 竣工驗收階段中的應(yīng)用

土地綜合整治工程的完成后就進(jìn)入了竣工驗收階段，這一階段同樣會面臨著施工復(fù)測階段的測量面積大、地形復(fù)雜、竣工驗收要求時間短等問題。為了快速準(zhǔn)確地完成竣工驗收任務(wù)，確定格田的面積、田埂等各項指標(biāo)是否合格，同樣采用無人機(jī)傾斜攝影測量完成三維建模與數(shù)據(jù)采集，同時與設(shè)計圖紙進(jìn)行對比分析，確定不合格部分，并及時整改直至全部合格，提高驗收效率，縮短驗收時間。

5 結(jié)束語

通過該項目實踐可以發(fā)現(xiàn)，在施工復(fù)測、施工組織和竣工驗收階段應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，能起到減輕外業(yè)測量強(qiáng)度、提高工作效率、指導(dǎo)施工組織、提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。隨著科技水平的不斷提高，我國的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)必將得到飛速發(fā)展。同時隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土地綜合整治工作必將全面推開。無人機(jī)傾斜攝影也必將在我國的土地綜合整治項目中發(fā)揮越來越重要的作用。