我国无人机技术的迅速发展, 并处于世界领先水平, 在诸多领域里得到广泛应用。无人机作为载体搭载遥感、卫星定位等设备, 与通讯技术的结合, 打破了传统的测绘作业方式, 给测绘地理信息技术带来突飞猛进的发展。其快速、实时监测的能力, 以及成果的现实性等特点给国土监测及重大工程建设方面提供了强有力的技术保障。在数据处理方面, 随着无人机数据处理技术的开发应用, 以Pix4D、南方South UAV等为代表的无人机影像处理软件, 将传统数据生产方式自动化, 通过一键式后处理程序, 直接得到DOM、DSM、点云等类型产品。
无人机航测能提供高分辨率、高精度、现实性强的产品, 其平面和高程外符合精度均可达到5~10 cm。在如此高的精度支撑下, 结合遥感影像解译判读, 对要素从定量到定性工作在室内将变得轻而易举。无人机航测在农用地现状监测中的作业中发挥较大作用, 通过其携带的航摄和遥感设备, 将采集到的测区影像和POS数据及像控点数据输入South UAV处理系统, 进行空中三角形解算, 形成现状数字高程模型 (DEM) 和正射影像 (DOM) 。将DOM影像图加载的Arc GIS软件中和未拆迁恢复前的影像图对比判读, 勾绘恢复图斑和未恢复图斑, 计算汇总各图斑面积。笔者以隆德危房危窑改造及迁出区农用地恢复监测调查实例说明无人机在该项目应用。
隆德县地处六盘山腹地的山区, 受自然环境制约, 该地区经济发展滞后, 农民生活贫困、居住环境差, 部分农户仍居住在依山挖建的土窑中。遇有自然灾害, 极易倒塌, 危及农户生命财产安全。区政府非常重视此项工作, 将隆德县的危房危窑改造项目提升为政府工作的攻坚计划, 项目实施以“县 (区) 为单位, 统一规划, 因地制宜, 集中连片, 整村推进, 有序进行”的原则进行, 预计在2018年底基本完成危房危窑改造项目。
隆德县危房危窑改造项目涉及全县13个乡镇70个行政村, 其工作内容:第一, 在隆德县境内的危房危窑改造及迁出区进行无人机外业航空摄影并制作DOM影像图, 分辨率要求0.2 m, 用于调查的底图;第二, 在村委会人员配合下勾绘危房危窑改造及迁出区恢复农用地图斑;第三, 制作标注迁出区恢复农用地图斑的1∶5 000比例尺标准分幅的监测调查成果图;第四, 以村为单元统计汇总危房危窑恢复农用地图斑, 并编制调查技术报告。
第一, 通过无人机航摄获取现状图;第二, 产品设计为0.2 m分辨率;第三, 航线按照图廓中心线敷设, 航向重叠60%~65%;旁向重叠30%~35%;第四, 根据规范要求设计航片倾角和测量相机旋偏角[1,2,3,4,5]。
数字正射影像图拼接无裂缝, 分辨率不能低于摄影时的分辨率, 整幅影像拼接清晰、色调均衡一致。
严格依据《第二次全国土地调查技术规程》及《宁夏回族自治区生态移民权属处置实施办法》以及相关的规定进行[6,7]。
航摄工作技术流程如图1所示。
收集隆德县行政区划图、交通图, 分片区下载要作业的电子地图及Google影像图, 踏勘作业区, 对选定作业区拍照记录, 掌握作业区气象变化规律, 重点掌握有无影响无人机作业的机场及设施。确定无人机起飞的场地、空域, 考虑作业区范围, 并规划设计航线、航高、航程。
依据批准的《技术设计书》进行作业。作业前做好各项检查, 重点检查电源、相机、飞控、电台、弹射和操控等项目, 要求两名操作员同时检查或交叉检查。在飞行中, 注意观察无人机的飞行轨迹, 操控人员和观察员时刻关注无人机飞行变化状况, 互述无人机作业情况, 整个飞行过程要严格按《技术设计书》作业。像控点测量组在无人机航摄过程中进行特征点采集, 并拍照测量点位, 精度不低于图根点要求。
飞行质量要求见表1。
摄影质量要求:正确选择镜头, 设置曝光时间, 拍摄的影像清晰、色彩丰富、颜色饱和、彩色平衡良好;航摄结束后检查相片, 应清晰、无遮盖、不出现漏洞, 并能按要求在航片上辨别细小地物。
航摄成果质量检查:飞行结束后, 从机舱取出相机, 用连接线传输数据至电脑中;查看航片是否满足《技术设计书》要求, 根据记录仪查看飞行轨迹、航线、航向、重叠度及航片的清晰度, 以加载的POS数据将航片进行预处理, 查看航片满足是否满足质量要求。
第一, 原始影像畸变差纠正。通过相机内方位元素和畸变差参数, 用South UAV2.0处理系统对航片进行预处理纠正, 这个过程能消除影像畸变差和像主点偏移, 其产品为无畸变差的影像。第二, 创建工程。设置工程参数、输入相机参数等基本数据。第三, 影像预处理。影像进行主点及畸变改正、顺逆旋转。生成Willis、Harris、金字塔及快视图。第四, 自动空三匹配。查看导入South UAV2.0处理系统中航片序列, 进行自动空三匹配, 调整重叠度, 反复微调以达到最佳效果。第五, 区域网平差。用空三匹配后的成果进行区域网平差, 首先人工检查模型连接状况, 对连接不好的, 进行调整, 剔除粗差点, 设置区域网平差自由解算, 生成区域网平差模型。第六, 将外业测量像控点成果导入South UAV2.0处理系统中, 参照点位照片, 对影像图进行纠正配准。对区域网模型进行调整、平差解算, 以达到最优模型精度, 使空三加密成果符合精度要求。第七, 正射影像生成。将上一步生成空三加密模型设置格网参数, 生成数字高程模型 (DEM) 。第八, 影像图色彩调整。用Photoshop软件对正射影像图进行色彩调整, 包括色彩饱和度、亮度、对比度等方面的调节, 形成满足要求产品成果, 以同样方法处理其他航片, 将处理完航片进行镶嵌生成预处理正射影像。第九, 编辑正射影像。利用South UAV2.0处理系统生成的初步正射影像成果, 经过i Data模块进行颜色与几何处理, 主要是对影像镶嵌线边缘的镶嵌错位处理, 生成满足规范要求的正射影像图产品。
第一, 内业将外业航摄相片加载到南方航测影像South UAV2.0处理系统中, 进行相片匹配;第二, 以无人机所获取的航摄相片和POS数据为数据源, 进行影像图预处理;第三, 导入像控点坐标数据, 进行空中三角形解释, 航片精纠正;第四, 空中三角形加密解算处理生成初级产品;第五, 将产品导入ARCGIS中进行影像纠正、重采样、接边、锐化、饱和度等处理生成DOM产品。
经过处理后的数字正射影像图交付GIS技术人员作为移民迁出区农用地恢复现状外业调查工作底图使用。
将正射影像图作为调查工作底图, 结合隆德县危房危窑改造及迁出区规划图确定迁出区农用地恢复现状调查范围, 对迁出区的农用地恢复现状进行逐乡逐村的外业实地调查。将各村组的搬迁拆除恢复地图斑及搬迁未拆除恢复地图斑利用ARCGIS软件分别详细勾绘并标注在工作底图 (DOM) 上 (见图2) 。
经过逐乡逐村的外业实地详细调查, 隆德县危房危窑改造迁出区农用地恢复现状主要有三种情况:一是已搬迁未拆除的居民地, 二是已搬迁拆除房屋后未复垦的居民地以及村庄内的空闲地, 三是已搬迁拆除房屋且已复垦的居民地。
在完成调查的隆德县13个乡镇70个行政村中, 整村搬迁的有3个村, 其余村庄都存在未搬迁或搬迁未拆除的居民地。规划迁出恢复农用地总面积为646.76 hm2, 未拆迁居民地2.34 hm2, 已恢复农用地面积644.42 hm2。
在完成迁出区农用地恢复现状调查后, 利用Arc GIS软件进行调查成果数据统计汇总。在正射影像图上叠加迁出区规划范围, 移民迁出区农用地恢复现状调查图斑以及基础地理信息后, 按照要求完成隆德县13个乡镇70个行政村范围内的航摄任务;获取了隆德县分辨率为0.2 m的正射影像图, 制作了97幅1∶5 000标准分幅比例尺的危房危窑改造及迁出区农用地恢复调查成果图。
无人机航摄技术在隆德县危房危窑改造及迁出区农用地恢复现状监测调查中的应用, 以其快速、实时、低成本、高精度的优势获取监测调查调查成果。为政府决策提供技术支持, 引导新农村建设统一规划, 集中建房;促进国土整治, 扩大耕地面积;推动农村土地规模经营, 集约化管理和经济结构优化;有利于封山育林、禁牧, 保护和治理生态环境。
摘要：随着无人机航摄技术快速发展, 以其高精度、低成本、高效率的优势在诸领域广泛的应用。基于此, 在隆德县危房危窑改造恢复农用地现状监测调查中引进无人机航摄技术, 取得较好的效果, 该技术在项目中发挥较大作用。
关键词：无人机航摄技术,危房危窑改造,农用地,监测调查
[1] 国家测绘局.CH/Z3005-2010低空数字航空摄影测量规范[S].北京:测绘出版社, 2010.
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[3] 国家测绘局.CH/Z3002-2010无人机航摄South UAV处理系统技术要求[S].北京:测绘出版社, 2010.
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[5] 国家测绘局.CH/Z3005-2010低空数字航空摄影测量规范[S].北京:测绘出版社, 2010.
[6] 范永啸, 韩俊, 熊志军, 等.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学, 2009, 34 (5) :214-215.
[7] 韩杰.无人机遥感国土资源快速监察South UAV处理系统关键技术研究[J].测绘通报, 2008 (2) :4-6.
