无人机摄影测量在全域国土综合整治规划设计中的实践与思考

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7698

作者简介：李长泓（1988—），男，硕士，工程师，研究方向为测绘与地理信息工程、土地整治与管理。

摘要：全域国土综合整治是对项目区生产、生活、生态空间进行统筹规划和治理，是乡村全面振兴的重要途径，也是落实新时代生态文明建设的重要实践。当前，无人机摄影测量应用场景多样，技术日臻成熟，尝试应用于新领域是很有必要的。无人机摄影测量技术运用于全域国土综合整治，采用Pix4d平台，生产选定区域正射影像，能够从宏观上掌控该区域的自然地理样貌，山水林田湖草的分布情况，运用新技术新方法，能够极大地提高项目规划设计效率，减少设计成本。

关键词：无人机摄影测量  Pix4d  全域国土综合整治  规划设计

中图分类号：P231

随着我国科技实力的不断增强，测量装备也逐步向自动化、智能化的方向发展。在新时代的大环境下，无人机摄影量的应用场景越来越广泛，如地质灾害分析、应急测绘服务等，快速高效的提供正射影像，而将无人机摄影测量技术运用于全域国土综合整治规划设计中，可以整体把握项目区自然要素分布情况，摸清村庄、耕地等用地情况，进一步拓展无人机应用场景、应用领域。

本次研究选取范围为襄阳市樊城区太平店镇全域国土综合整治项目某村局部区域，对该区域进行全域国土综合整治规划设计。项目区位于樊城区太平店镇西北部，地势呈北高南低，地貌为丘陵岗地，交通便利，林地资源、水资源、耕地资源、红色资源相当丰富，主要以种植、养殖、渔业为主要产业。

1无人机航测设备

选取大疆精灵4RTK作为航测设备。它是一款小型多旋翼高精度航测无人机，具有强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，提供实时厘米级定位数据，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用，全面提升航测效率。无人机实现了飞控、相机与 RTK 的时钟系统微秒级同步，相机成像时刻毫秒级误差。对相机镜头光心位置和 RTK 天线中心点位置进行补偿，减少位置信息与相机的时间误差，为影像提供更精确的位置信息。1 英寸 2000 万像素 CMOS 传感器捕捉高清影像。机械快门支持高速飞行拍摄，消除果冻效应，有效避免建图精度降低。借助高解析度影像，精灵 4 RTK 在 100 m飞行高度中的地面采样距离（Ground Sampling Distance， GSD）可达 2.74 cm[1]。

2无人机航测原理

无人机一般由机身、螺旋桨、电机、电池、电子速度控制器、飞行控制器、视频系统、遥控系统组成。无人机主要通过螺旋桨的快速旋转产生升力，电机产生推力，以及飞行器控制系统稳定飞行姿态，根据力学平衡原理，最终实现螺旋桨升力、空气阻力、电机推力、飞机自身重力的受力平衡。

无人机在飞行过程中依靠全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），接收卫星信号，确定无人机的瞬时位置和飞行速度；依靠惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）的加速计、陀螺仪测算无人机加速度、角速度。无人机在航飞中拍摄大量照片，为了由像点求解物点，必须确定拍摄瞬间摄影中心、相片与地面三者之间的相关位置。也就是确定像片的方位元素，其中，确定摄影中心与像片之间相关位置的参数称为内方位元素，涉及3个参数，分别是摄影中心S到像片的主距f、像主点O在框标坐标系中的坐标（x，y）；确定摄影中心和像片在地面坐标系中位置和姿态的参数称为外方位元素，涉及6个参数，分别是用于描述摄影中心S空间坐标值的3个直线元素（X、Y、Z），用于描述像片在摄影瞬间空间姿态要素的角元素（ε、φ、κ）。影像定向就是要获取影像的位置和姿态，就是要确定外方位元素6个参数。影像的本质是空间的一个平面，影像定向就是通过求解参数确定这个平面[2]。

空中三角测量的方法很多种，如航带法、独立模型法、光速法等。通常情况下，最基本的空中三角测量方法是航带法。这种方法简单易操作，主要由相对定向、模型连接、航带自由网的绝对定向与误差改正等部分组成。

通过无人机对目标区域摄影，生产目标区域正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM），获取目标区域内的地理信息。正射影像生产过程一般包含5个过程，即无人机航空摄影、外业布控控制点测量、内业空中三角测量加密、目标区域生成数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、目标区域生成数字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）。

3无人机摄影测量的应用

3.1航飞准备

根据规划设计需求，对航飞区域进行外业踏勘，掌握设计区域自然地理环境，再进行仪器准备。本次航飞区域属于丘陵地貌，测区范围小，选用无人机大疆精灵4RTK版可以满足飞行要求。

3.2航线设计

在ArcGIS10.2中以分辨率1 m的卫星影像为底图，设计飞行航线，数据格式KML。本次设计航向重叠度70%，旁向重叠度30%，一次飞行时间大约20 min。

3.3外业航拍

首先，在测区范围内做像控点，本次在测区范围内用红色喷漆均匀布设8个像控点K1～K8；然后，用大疆精灵4RTK版无人机按设计好航线进行航飞，航高120 m。外业航飞要选择天气晴朗，无风或微风[3-4]。

3.4内业处理

本次无人机数据处理采用Pix4d软件平台，能够通过影像数据自动获取无人机相机摄影参数，全过程自动处理数据，可按需生产正射影像和带纹理的三维模型。

取出无人机SD卡，用读卡器读取航飞数据；用Pix4d软件处理航飞数据，将像控点导入、刺点，并设置生成的点云以及正射影像的范围后，软件将进行全自动处理过程，软件可根据设置的范围，生成点云、数字表面模型以及正射影像[5-7]。要注意对高程异常值的影响、刺点精度。

4全域国土综合整治规划设计

全域国土综合整治是新时代生态文明建设的重要体现，是全面实施美丽乡村建设的重要力量。做好全域国土综合整治规划设计事关“生态健康、人民幸福、国家兴旺”的全局。

4.1规划设计原则

全域国土综合整治坚持以乡村为中心，对区域内开展农用地整治、建设用地征整治和生态保护修复，合理布局自然地理要素，坚持以人民为中心，优化生产、生活、生态空间。

全域国土综合整治坚持顶层设计，坚持统筹规划，坚持产业主导，要立足实际资源禀赋，全盘考虑，以乡村振兴为抓手，久久为功，实现区域规划设计落地，实现人民群众对美好生活的向往[8-10]。

4.2区域规划设计总体方案

规划设计的基础在于设计人员对项目区域内所有要素的充分掌握，在于对政府顶层设计的深度理解，在于对当地百姓的诉求有全面的认识。采用无人机摄影测量，通过正射影像，能够快速全面地了解区域内山水林田湖草村的自然布局，了解道路、电网、路灯等基础设施分布情况。

以厘米级航飞影像为底图，清楚地显示该区域主要有一牲畜养殖企业，周围有农田、坑塘、林地、农村道路等自然要素。从宏观视角出发，结合踏勘情况，按照“以人为本、产业引领、人地共生”的理念，划定区域，打造牲畜产业链特色经济区，以牲畜养殖为主导产业，充分利用牲畜粪便，变废物为资源，发展农业种植，林下经济，水生作物，形成循环可利用的健康生产模式。

5实践与思考

5.1无人机摄影测量提质增效求突破

时代的进步催生新设备快速普及，新技术快速推广，例如：无人机设备以及无人机摄影测量技术一样，十年前设备价格昂贵，懂无人机摄影测量技术的人寥寥无几，而十年后的今天，设备价格平民化，无人机摄影测量技术也大众化，这也为应用新方法新技术创造了有利条件，全域国土综合整治在这种大背景下使用无人机摄影测量技术正当其时。本次在襄阳市樊城区太平店镇某村全域国土综合整治过程中正是运用了无人机摄影测量技术，大大降低了实地踏勘的工作量，节约了工作时间，减轻了工作强度。通过项目实践，我们能深刻感受到用现代先进技术替代传统方式的好处，也正是不断的更新迭代，才能让我们在工作中能够一次次地不断突破自我，助推技术升级，更好地服务社会发展。

5.2无人机摄影测量统揽全局见实效

规划设计是项目开展的核心过程，其质量的好坏直接反映了项目的血肉是否鲜活，灵魂是否完美。通过规划设计编制方案，能够直观地看到项目建成之后的模样，所以一份优秀的设计方案必然是对现状情况了然于胸的呈现，是对项目统揽全局后升华，尽显设计师的理念。然而无人机摄影测量能直观地反映测区地形地貌，数据采集的方式便捷，成本较低。借助摄影测量成果，规划设计人员能够全方位地把控项目区现状，在全域国土综合整治规划设计过程中，能够高效地进行全局统筹规划，也能细致专注地进行细部特征设计。因此，无人机摄影测量应用于全域国土综合整治规划设计过程中能够加快推动全域工作进程，为优化设计方案提供宏观支持。

5.3无人机摄影测量持之以恒为保障

规划编制实施方案是指导整个项目实施的依据，但是任何的成功都不是一蹴而就的，而是需要不停地反复打磨，为了更好地适应项目区发展和需要，局部的调整修改完善是不可避免的。从现有的经验来看，全域国土综合整治项目实施需要约3～5年，时间长，在项目施工推进过程中，出现规划设计变更的情况也是正常的，使用无人机摄影测量技术能够为规划设计单位提供适时的影像，保障规划设计变更工作能够顺利的开展，因此，可以将无人机摄影测量技术贯穿于整个实施阶段，为各方面沟通协调等提高效率，赢得时间，让项目早日落地，让人民早日受益。

6结语

结合无人机在全域国土综合整治规划设计中的应用和实践，无人机摄影测量以其高分辨、高时效性、操作简单、成本低廉的自身优点，有效地解决了丘陵山岗地区地形地貌测绘难度大的问题，显著地提高了规划设计效率，极大地解放了人力资源，明显地降低了项目实施成本，让设计者拥有更多的时间和精力专注于项目设计。

参考文献

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［6］翁达权﹒无人机倾斜摄影技术在联合测绘中的应用研究：以汕头金平万达广场工程为例［J］﹒科技资讯，2023（22）：39-42﹒

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［10］金晓斌，罗秀丽，周寅康.试论全域土地综合整治的基本逻辑、关键问题和主要关系[J].中国土地科学，2022（11）：1-12.