無人機傾斜攝影測量在全域土地綜合整治中的應(yīng)用分析

任安才

四川省冶金地質(zhì)勘查局測繪工程大隊 四川 成都 610212

引言

以前的土地整治中，經(jīng)常遇到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不準確、整治過程不清晰、整治成果不能直接展示等問題。在土地綜合整治實施過程中也一直存在相應(yīng)的難點，如何利用現(xiàn)有的高新技術(shù)手段來支撐這項系統(tǒng)工程是一個值得探討的議題。

面對新形勢新要求，全域土地綜合整治將在越來越大的范圍內(nèi)鋪開，加快土地整治工作的進程和提高整治工作的質(zhì)量迫在眉睫[1]。這就需要用先進、精確、可靠的技術(shù)手段來支撐和推進全域土地綜合整治，以切實發(fā)揮土地整治的綜合效益。無人機傾斜攝影測量技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，具有真實直觀、自動、高效率、高精度、高精細、成本低等優(yōu)勢與特點。本文旨在通過分析無人機傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢與特點，將無人機傾斜攝影測量技術(shù)引入全域土地綜合整治中，介紹了無人機傾斜攝影測量技術(shù)在全域土地綜合整治的具體應(yīng)用。

1 土地綜合整治概況

在我國，從1987年開始就針對耕地資源保護與利用、資金整合、監(jiān)督管理等方面出臺了一系列政策文件，后來明確提出開展土地整治。土地整治經(jīng)歷了四個階段：第一階段（1987-2007年）是為以農(nóng)地整理為重點，主要目的是補充耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量，實現(xiàn)占補平衡。第二階段（2008-2012年）是以基本農(nóng)田建設(shè)與保護、改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、增加農(nóng)民收入為核心，在補充耕地數(shù)量的同時也開始重視質(zhì)量，并積極探索農(nóng)村建設(shè)用地整治。第三階段（2013-2017年）進入綜合發(fā)展階段，以農(nóng)地整理與農(nóng)村建設(shè)用地整治相結(jié)合，實施土地整治重大工程，開展高標準農(nóng)田建設(shè)，提出重視保護生態(tài)環(huán)境。第四階段（2018年至今）進入綜合整治、全域整治與生態(tài)修復(fù)階段，開展山水林田湖綜合整治，著力改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)村人居環(huán)境[2]。

近年來，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速推進，自然資源和生態(tài)環(huán)境約束日益凸顯，一定程度上制約了經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。在國土空間上，鄉(xiāng)村耕地碎片化、空間布局無序化、土地資源利用低效化、生態(tài)質(zhì)量退化等多維度問題突出，單一要素、單一手段的土地整治模式已經(jīng)難以完全解決綜合問題。隨著經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，國家戰(zhàn)略格局的調(diào)整變革賦予了土地整治新的歷史使命，全域土地綜合整治將成為鄉(xiāng)村振興的重要手段。這就要求新時期下，全域土地綜合整治必須要全域規(guī)劃、全域設(shè)計、全域整治，來有效解決耕地保護和農(nóng)村土地低效利用問題，提倡人口適度集中居住、產(chǎn)業(yè)聚集發(fā)展，推進城鄉(xiāng)一體化進程。

全域土地綜合整治目標是優(yōu)化生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間格局，促進耕地保護和土地集約節(jié)約利用，改善農(nóng)村人居環(huán)境，助推鄉(xiāng)村全面振興。在之前開展土地整治工作的近三十年時間里，我國土地整治范圍和內(nèi)涵不斷擴展，土地整治的綜合性不斷加強。2020年3月全域土地綜合整治成為土地整治發(fā)展的高級階段，更加強調(diào)內(nèi)涵、目標、手段、效益的綜合性特征。在整治內(nèi)涵上，由增加耕地數(shù)量為主向增加耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量、改善生態(tài)環(huán)境并重轉(zhuǎn)變；在整治范圍上，由分散的土地開發(fā)整理向集中連片的田、水、路、林、村綜合整治轉(zhuǎn)變；在整治目的上，由單純的補充耕地向建設(shè)性保護耕地與推進新農(nóng)村建設(shè)和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展相結(jié)合轉(zhuǎn)變；在整治手段上，由以項目為載體向以項目、工程為載體結(jié)合政策工具的運用轉(zhuǎn)變，特別是全域土地綜合整治開展以來，更加注重土地綜合整治，開始提倡保護鄉(xiāng)村人文風(fēng)貌，打造“山水林田湖”生命共同體，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)村人居環(huán)境。

2 無人機傾斜攝影測量

2.1 技術(shù)內(nèi)涵

傾斜攝影測量技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，通過在飛行平臺上搭載一個或多個影像傳感器，可以實現(xiàn)多角度，全方位的采集地物信息，從而建立高分辨率、高精度的三維實景模型。該技術(shù)從1個垂直、4個傾斜共5個不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息，快速構(gòu)建地表全要素三維模型，真實直觀的現(xiàn)實世界。

傾斜攝影技術(shù)發(fā)展至今，核心三部分是：飛行載具、傾斜相機、POS 系統(tǒng)。

飛行載具：可攜帶傾斜航攝儀進行航拍作業(yè)，沿航線、重疊率設(shè)計飛行路線。

傾斜相機：可分為三拼、五拼、十拼等，采用同步曝光方式采集地面影像信息。

POS系統(tǒng)：在航攝儀內(nèi)與每組曝光影像相對應(yīng)，采用X、Y、Z、O、P、K等外方位元素信息對拍攝時的飛行姿態(tài)進行實時描述。

2.2 優(yōu)勢與特點

傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)存在三維建模效率低、工作量大、費用高，而且不能很好地反映真實地物地貌等問題，而傾斜攝影測量極大地彌補了基于傳統(tǒng)攝影測量的不足。具體具有如下優(yōu)勢與特點：

2.2.1 真實直觀。傾斜攝影測量技術(shù)通過五個角度對地面情況進行拍攝，基礎(chǔ)信息完整獲取，構(gòu)建的三維數(shù)據(jù)可以真實的反映地物的本來面貌，直觀地再現(xiàn)了地物的外觀、大小、結(jié)構(gòu)以及高度等屬性。

2.2.2 全自動、作業(yè)效率高。傾斜攝影測量技術(shù)可以自動獲取地表全要素，快速構(gòu)建三維模型。作業(yè)范圍大、可覆蓋人工無法到達的區(qū)域，并且作業(yè)周期優(yōu)于傳統(tǒng)勘測的周期。通過借助無人機進行數(shù)據(jù)測量和影像拍攝的，是一種全自動的模式，通過實踐表明，人工1-2年的人工建模，利用傾斜攝影測量技術(shù)進行三維建模只需要3-5個月，大大提高了效率，縮短了時間。

2.2.3 精度高。傾斜攝影測量技術(shù)可以提供三維模型、真正射影像（TDOM）、數(shù)字表面模型（DSM）等多種成果形式。實景三維模型具有真實、細致、具體的特點，具有較好的位置精度、幾何精度和紋理精度，其中平面與高程精度完全能夠滿足1：500數(shù)字地形圖測繪的需要。所以與傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)相比，傾斜攝影測量技術(shù)成果細致、精度更高。

2.2.4 性價比高。傾斜攝影測量技術(shù)測量的數(shù)據(jù)帶有空間位置信息和各種影像數(shù)據(jù)，通過影像后處理軟件應(yīng)用，可直接基于影像成果進行包括高度、長度、面積、角度、坡度、剖面等的量測以及堆積體體積的計算，擴展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。同時還可以輸出DSM、DOM、DLG等的數(shù)據(jù)成果，成果形式多樣，同時也滿足了傳統(tǒng)航測技術(shù)的要求。相對于普通的無人機相機數(shù)據(jù)采集，傾斜攝影測量技術(shù)利用提取及貼紋理的方式，使高昂的三維建模成本大大降低，所以性價比高。

3 應(yīng)用分析

全域土地綜合整治包括農(nóng)村用地空間治理、農(nóng)用地整治、農(nóng)村建設(shè)用地整治和生態(tài)環(huán)境整治，統(tǒng)籌推進村莊建設(shè)用地整治、各類違章建筑違法用地整治、廢棄礦山整治、人居環(huán)境整治、美麗清潔田園建設(shè)各類行動，著力建成農(nóng)田集中連片、建設(shè)用地集中集聚、空間形態(tài)高效集約的美麗鄉(xiāng)村新格局。所以全域土地綜合整治是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，用先進、精確、可靠的技術(shù)手段來支撐這項系統(tǒng)工程是非常必要的。

無人機傾斜攝影測量作為一項測繪技術(shù)，傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)的4D產(chǎn)品和實景三維模型，提供真實數(shù)據(jù)和直觀展示，保障項目科學(xué)設(shè)計，科學(xué)實施[3]，其應(yīng)用貫穿于全域土地綜合整治的前期勘測設(shè)計、中期實施管理和后期驗收復(fù)核整個過程。

3.1 前期勘測設(shè)計

3.1.1 數(shù)據(jù)清查。通過無人機傾斜攝影技術(shù)，快速獲取地表全要素數(shù)據(jù)，真實反映地形地物面貌，形成的成果包括數(shù)字正攝影像、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖和實景三維模型，可為土地現(xiàn)狀調(diào)查、土地權(quán)屬調(diào)查、地形測繪提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為規(guī)劃實施方案編寫提供基礎(chǔ)圖件，為前期摸底可研、勘界測繪、入庫立項提供真實準確的數(shù)據(jù)。

3.1.2 規(guī)劃設(shè)計。無人機傾斜攝影測量所建立的傾斜實景三維模型，可直接進行三維規(guī)劃設(shè)計，為新農(nóng)村建設(shè)農(nóng)用地整治、建設(shè)用地整治、生態(tài)保護修復(fù)建設(shè)和鄉(xiāng)村歷史文化保護規(guī)劃提供直觀的現(xiàn)實環(huán)境。結(jié)合三維地理信息平臺實現(xiàn)規(guī)劃方案的直觀對比，包括項目區(qū)選址、建設(shè)用地規(guī)劃選址、農(nóng)用地整治工程設(shè)計提供多方案選擇，同時能滿足專題規(guī)劃研究的需要，為規(guī)劃提供專題信息統(tǒng)計、調(diào)查。

3.2 中期實施管理

3.2.1 施工放線測量。無人機傾斜攝影測量成果數(shù)據(jù)可支持施工進場前準備工作，為施工地塊打樁定界、確定施工范圍、提供施工放線測量等提供所需的基礎(chǔ)資料。

3.2.2 施工指導(dǎo)管理。無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以對土地綜合整治實施進行有效監(jiān)測管理。由于其信息豐富和沒有干擾因素，可為政府相關(guān)部門迅速直觀的監(jiān)控項目提供最全面的第一手資料，包括項目施工進度、施工效果等。所建的高精度實景三維模型，可在模型上直接量測地理坐標、填挖土方量、圖班面積等，可方便、快捷、直觀、準確的指導(dǎo)建設(shè)用地、農(nóng)用地整治、生態(tài)修復(fù)工程和土地復(fù)墾等施工。

3.3 后期驗收復(fù)核

3.3.1 竣工測量。通過二次無人機傾斜攝影測量，為竣工勘測定界與竣工資料編制提供必要的數(shù)據(jù)，為項目實施后的新增耕地、工程及權(quán)屬調(diào)整以及耕地質(zhì)量等別評定成果提供客觀準確的資料。

3.3.2 工程復(fù)核驗收。通過三維建模與數(shù)據(jù)采集，與設(shè)計圖紙進行對比分析和場景疊加對比，清楚地判斷土地整治前后項目區(qū)的變化情況。準確定位土地整治項目中格田的位置，量測田坎、田埂面積及大小等指標是否合格。支撐土地整治項目中土方量、土方平整度等部分的竣工驗收，快速準確地完成竣工驗收任務(wù)。另外輔助驗收新農(nóng)村建設(shè)項目和生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程效果等。

4 結(jié)束語

全域土地綜合整治是鄉(xiāng)村振興的重要手段，如今已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略部署，成為保發(fā)展、守紅線、促轉(zhuǎn)變、惠民生的重要抓手和基礎(chǔ)平臺。全域土地綜合整治過程中，需要遵循因地制宜、實事求是、客觀準確，可量化、可統(tǒng)計、可考核的原則。無人機傾斜攝影技術(shù)的最大優(yōu)勢在于可以真實直觀、全自動、高效率、高精度、高精細、性價比低，可以快速構(gòu)建地表全要素三維模型，為全域土地綜合整治中涉及的工作，包括前期勘測設(shè)計、中期實施管理、后期驗收復(fù)核等工作提供更加有效的決策支持，以切實保障發(fā)揮土地整治的綜合效益。

將來在有條件的項目區(qū)域內(nèi)，在傾斜攝影測量技術(shù)支撐下，繼續(xù)開發(fā)與建立自然資源三維立體時空數(shù)據(jù)庫和管理信息平臺，在此基礎(chǔ)上結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)國土空間、生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)從過去到現(xiàn)在、從地上到地下、從二維到三維、從平面到立體、從靜態(tài)到動態(tài)的精細化管理，爭取形成信息化和智慧化管理業(yè)態(tài)。