摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展及工程行業(yè)的更高要求，傳統(tǒng)測量技術(shù)逐漸不能滿足土地規(guī)劃項(xiàng)目的具體要求，因此以無人機(jī)航測技術(shù)為代表的先進(jìn)測量技術(shù)，以其技術(shù)優(yōu)勢在工程中的應(yīng)用愈加廣泛。本文以重慶地區(qū)土地整治項(xiàng)目需求入手，詳細(xì)分析了無人機(jī)航測技術(shù)在土地整治項(xiàng)目中的具體優(yōu)勢，并通過設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其測量精度滿足項(xiàng)目需求。無人機(jī)航測技術(shù)既能體現(xiàn)企業(yè)自身的技術(shù)實(shí)力，又能為項(xiàng)目的具體實(shí)施節(jié)約一定的成本，因此有很廣泛的技術(shù)應(yīng)用前景和市場推廣價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：無人機(jī);航測技術(shù);土地整治;應(yīng)用研究

　　重慶地區(qū)多為山地、丘陵地貌，地形起伏多變，降水較多，且地面水系豐富，由于早期存在邊坡盲目開墾種植農(nóng)田、非法砍伐樹木、非法開采等現(xiàn)象，以及邊坡風(fēng)化失穩(wěn)等不良地質(zhì)，再加上惡劣天氣條件影響，常發(fā)生滑坡、泥石流、堰塞湖等地質(zhì)災(zāi)害問題。為治理上述問題，國家發(fā)展改革委、水利部和重慶市財(cái)政下?lián)軐ｍ?xiàng)經(jīng)費(fèi)進(jìn)行土地整治工作，主要開展坡耕地水土流失綜合治理項(xiàng)目和農(nóng)村小水電扶貧項(xiàng)目，前期開展的測量項(xiàng)目主要是全野外數(shù)字測圖工作，通過數(shù)字地形圖的更新，為后續(xù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等工作開展打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[1]。

　　在傳統(tǒng)的土地整治項(xiàng)目中，主要采用全站儀、水準(zhǔn)儀、皮尺等常規(guī)工程測量儀器，測量技術(shù)落后，且受地形影響，勞動強(qiáng)度極大。后來隨著測量設(shè)備的更新?lián)Q代，衛(wèi)星定位技術(shù)逐漸在該領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如采用自行架設(shè)單基站GNSS-RTK或利用市地理信息中心提供的CORS網(wǎng)絡(luò)GNSS-RTK等形式，避免了站點(diǎn)間的通視問題，極大提高了工作效率，但是由于山區(qū)地形復(fù)雜，衛(wèi)星信號及手機(jī)信號均收到不同程度的影響，尤其是在中午11點(diǎn)～14點(diǎn)之間，CORS信號極易斷線，因此工作中不能時(shí)時(shí)提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)，往往影響施工進(jìn)度。不論是全站儀，還是GNSS衛(wèi)星定位設(shè)備，都是接觸式測量方式，必須要人員到相應(yīng)點(diǎn)位才能得到具體坐標(biāo)信息，原始地面起伏較大，爬坡下坎比較消耗體力，且易發(fā)生人身安全問題這都是不利因素，同時(shí)，這些測量方法，僅能測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，生成二維線劃圖，高程以等高線來表示，不能直觀反映地形起伏變化情況，給設(shè)計(jì)、施工帶來一定的不便，因此目前所用測量技術(shù)和方式逐漸不能滿足當(dāng)前土地整治中規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的具體需求。

　　隨著測量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機(jī)航測技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、激光雷達(dá)等非接觸式測量技術(shù)逐漸嶄露頭角，它們以非接觸式測量方式，直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以高效地對真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)，并在文物數(shù)字化保護(hù)、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[2]，特別是無人機(jī)航測技術(shù)，在地形條件復(fù)雜，高差起伏很大的地域，基本代替了傳統(tǒng)的人工測量[3]。

　　1.無人機(jī)航測技術(shù)在土地整治項(xiàng)目應(yīng)用中的優(yōu)勢

　　遙感技術(shù)根據(jù)遙感平臺的不同，可分為地面遙感、航空遙感和航天遙感三種形式[4]，無人機(jī)航測技術(shù)屬于航空遙感中的一種。航天遙感，主要是指衛(wèi)星遙感，具有測量面積大、范圍廣、不受國界和地理?xiàng)l件限制的優(yōu)點(diǎn)，適于大面積地形測繪。地面遙感，主要指地面架設(shè)遙感設(shè)備，具備大面積的同步觀測，獲得資料的速度快，周期短，時(shí)效性強(qiáng)特點(diǎn)，但受到遙感平臺高度和視角廣度影響。航空遙感中，傳統(tǒng)的航空攝影測量方法，受空域申請、航攝周期等影響，在快速響應(yīng)的應(yīng)急保障和小區(qū)域的精準(zhǔn)測繪中無法滿足快速更新的需求[5]，隨著低空遙感技術(shù)的發(fā)展，使得低空無人機(jī)航測技術(shù)成為一個(gè)嶄新應(yīng)用方向。無人機(jī)具有機(jī)動靈活、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，可為復(fù)雜地形區(qū)的測量項(xiàng)目提供有效的技術(shù)支持，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量手段的不足[6]，在土地整治項(xiàng)目中具有明顯優(yōu)勢。

　　1.1 數(shù)據(jù)成果齊全，便于后續(xù)工作開展

　　傳統(tǒng)測量技術(shù)，如全站儀、GNSS-RTK等由于技術(shù)的局限性，測量數(shù)據(jù)成果單一，二維線劃圖(DLG)識讀性不佳，且在繪制中會舍棄大量要素信息，對設(shè)計(jì)施工不利。而無人機(jī)航測技術(shù)可生成DOM、DEM、DSM、DLG等4D產(chǎn)品，可見航測成果信息更加齊全，直觀性強(qiáng)，對后續(xù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理維護(hù)也有很好的指導(dǎo)意義。

　　1.2 工作效率高，勞動強(qiáng)度低

　　在土地整治項(xiàng)目中，傳統(tǒng)測繪方法以實(shí)地踏勘測量為主，受地形影響，視角不足，因此需要集中大量的人力物力，耗費(fèi)較多的時(shí)間完成測量任務(wù)，而通過無人機(jī)航測技術(shù)，只需讓無人機(jī)航飛覆蓋整個(gè)待測區(qū)域，觀測人員布設(shè)少量像控點(diǎn)，即可完成外業(yè)工作，之后回到室內(nèi)，以Context Capture Master、Pix4D、PhotoScan、Inpho等專業(yè)航測軟件處理數(shù)據(jù)，得到4D成果，很大程度上縮短了工作周期，提高了工作效率，保證了工作人員的安全。

　　1.3 成果可讀性好，便于匯報(bào)及交接工作

　　利用無人機(jī)航測技術(shù)可以獲得規(guī)劃前、施工中及竣工后等多階段的工程影像資料，而工程項(xiàng)目的竣工驗(yàn)收、資料存檔材料中，工程影像資料是非常重要的一項(xiàng)。由于影像資料的可讀性極好，不需要專業(yè)技能的積累，就可清晰的了解整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)展歷程，在向上級部門匯報(bào)、竣工驗(yàn)收以及向使用單位交接能很好地體現(xiàn)出公司具備的技術(shù)優(yōu)勢。

　　2.無人機(jī)土地整治測量精度實(shí)驗(yàn)

　　為充分利用無人機(jī)航測技術(shù)的項(xiàng)目優(yōu)勢，為驗(yàn)證其精度，以某區(qū)域土地整理規(guī)劃為例，采用大疆精靈4Pro無人機(jī)進(jìn)行航測工作，航測實(shí)驗(yàn)實(shí)施流程如圖1所示。

　　2.1實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)域地形情況分析，地勢為北高南低，東高西低，最大高差不超過30m。根據(jù)航高計(jì)算公式

　　(1)

　　式中，H-相對航高，m;f-鏡頭焦距，mm;a-像元大小，μm;GSD-地面分辨率，cm。

　　為盡可能提高測量精度，以最低點(diǎn)起飛，按照地面分辨率為2cm進(jìn)行航線規(guī)劃，設(shè)定航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，經(jīng)計(jì)算起飛點(diǎn)相對航高為73m，同理，計(jì)算山頂點(diǎn)(區(qū)域最高點(diǎn))飛行參數(shù)，可見數(shù)據(jù)滿足規(guī)范規(guī)定，航測具體參數(shù)如表1所示。

　　按照計(jì)算參數(shù)進(jìn)行航線規(guī)劃，并現(xiàn)場布置像控點(diǎn)及檢驗(yàn)點(diǎn)，像控點(diǎn)大致均勻布設(shè)于區(qū)域四周及中心，檢核點(diǎn)基本以方格網(wǎng)形式布設(shè)，為充分檢核精度，檢核點(diǎn)位較多，因此點(diǎn)位布設(shè)工作量較大，點(diǎn)位布設(shè)如圖2所示。

　　2.2航飛及實(shí)地測點(diǎn)

　　利用深圳大疆公司研發(fā)的DJI GS Pro航飛軟件控制無人機(jī)，使其根據(jù)設(shè)置航線自主飛行。由于本次采集點(diǎn)位較多，所以采用后采法采集像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)，利用高精度GNSS-RTK多次采集取均值，并且測量過程中，應(yīng)采用三角支撐桿固定，使其氣泡居中，確保點(diǎn)位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　2.3內(nèi)業(yè)處理

　　本次采用Pix4D軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理工作。首先，新建工程，將像片加載至軟件中，設(shè)置影像屬性;其次，快速檢查處理，檢查像片重疊度及相機(jī)參數(shù)等情況;再次，加入像控點(diǎn)，并在圖像上進(jìn)行刺點(diǎn)工作，一般每點(diǎn)刺3～8張圖像，并設(shè)置輸出坐標(biāo)系;最后，設(shè)置本地處理參數(shù)，之后就按照初步處理、空三加密以及數(shù)字表面模型和正射影像圖 全自動處理。質(zhì)量分析報(bào)告中，像控點(diǎn)中誤差僅為5mm，可見數(shù)據(jù)處理過程滿足要求。

　　2.4成果分析

　　根據(jù)數(shù)據(jù)處理成果，將檢核點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)地測量值和軟件量測值進(jìn)行分析，計(jì)算誤差如表2所示。

　　由于點(diǎn)位過多，為更加清晰的展示點(diǎn)位誤差的分布的離散情況，如圖3所示。

　　通過比較實(shí)地測量值和軟件上的量測值獲得平面和高程方向的真誤差，計(jì)算出三維模型三個(gè)方向的中誤差及平面中誤差，計(jì)算公式為

　　(2)

　　式中，mi為中誤差，[ΔiΔi]= Δ12+Δ22+……+Δn2，Δi為提取值與觀測值之差，n為檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)。

　　經(jīng)計(jì)算，x方向中誤差為3.2cm，y方向中誤差為4.3cm，h方向中誤差為6.8cm，即檢查點(diǎn)平面中誤差5.3cm，高程中誤差為6.8cm。可見，除去少量幾個(gè)錯(cuò)誤的離散點(diǎn)需要進(jìn)一步分析外，點(diǎn)位精度符合1：500地形圖測量精度要求。

　　3.結(jié)論

　　通過利用無人機(jī)開展區(qū)域土地整治航測實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其測量精度的可靠性，在土地整治項(xiàng)目中，可以利用其優(yōu)勢，快速高效率的獲取4D成果以及影像視頻資料，為后續(xù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理提供基礎(chǔ)資料和過程數(shù)據(jù)。在航測成果中，能夠直觀地展示原始地物地貌，在項(xiàng)目實(shí)施上，能有效反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)成果齊全，展示性極好，能夠反映企業(yè)自身的技術(shù)實(shí)力，為項(xiàng)目匯報(bào)、成果展示提供一個(gè)很好的技術(shù)支撐，因此有很廣泛的技術(shù)應(yīng)用前景和市場推廣價(jià)值。但是，無人機(jī)航測技術(shù)受天氣影響較大，且在地面植被覆蓋較密時(shí)無法準(zhǔn)確測量植被下地面情況，因此，在實(shí)際應(yīng)用中還可以結(jié)合機(jī)載激光雷達(dá)等技術(shù)，進(jìn)一步的探索研究。

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