探討快速取得土地收儲(chǔ)前期規(guī)劃需求成果的方法

一、前言

烏魯木齊是現(xiàn)代化高速發(fā)展的新興城市，近幾年，為了提高土地利用率，促進(jìn)城市的持續(xù)發(fā)展，政府加強(qiáng)了土地收儲(chǔ)工作，通過土地收儲(chǔ)增加了財(cái)政收入，改善了城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2018年6月底，根據(jù)市政府要求，做好城南經(jīng)貿(mào)合作區(qū)中某一片區(qū)的土地收儲(chǔ)工作前期規(guī)劃，要求以7月某日為征收時(shí)間節(jié)點(diǎn)，急需獲取時(shí)間節(jié)點(diǎn)前該區(qū)域高分辨率影像圖，作為該片區(qū)土地收儲(chǔ)、征收補(bǔ)償?shù)鹊闹匾罁?jù)，概算統(tǒng)計(jì)出片區(qū)內(nèi)建筑量。烏魯木齊市城市勘察測(cè)繪院承擔(dān)本項(xiàng)目，由于時(shí)間很緊，影像圖分辨率、現(xiàn)勢(shì)性要求高，傳統(tǒng)航測(cè)無法滿足工期要求，因此，本項(xiàng)目采用無人機(jī)低空航空攝影測(cè)量技術(shù)，快速獲取影像圖，并利用地理信息軟件對(duì)片區(qū)內(nèi)建筑物面積進(jìn)行概算統(tǒng)計(jì)。

本文以烏魯木齊首次在土地收儲(chǔ)工作中應(yīng)用無人機(jī)為案例，探討快速取得土地收儲(chǔ)前期規(guī)劃需求成果的方法，以期在今后此類似工作中更好地發(fā)揮無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的作用，為無人機(jī)在本地的應(yīng)用提供實(shí)踐參考。

二、測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于烏魯木齊市城南，雅瑪里克山南麓，東經(jīng)87°27'-87°33'，北緯43°40'-43°47'，地貌以山地及丘陵地為主，海拔一般在1000-1200米。測(cè)區(qū)內(nèi)建筑以村鎮(zhèn)民居及廠房、庫房為主，G216、G30穿過片區(qū)，分布有農(nóng)田，植被較少。居住有漢族、回族、維吾爾族等居民。該區(qū)域?qū)僦袦貛Т箨懶愿珊禋夂?，處于城市南郊風(fēng)口，常年風(fēng)力4級(jí)以上。

三、軟硬件投入

（1）飛馬機(jī)器人科技有限公司的F300、F200固定翼電動(dòng)無人機(jī)各一套，Leica GS12 RTK流動(dòng)站一臺(tái)，工作站2臺(tái)。

（2）飛馬 “無人機(jī)管家”一套，ArcGIS軟件3套。

四、技術(shù)路線

結(jié)合測(cè)區(qū)特點(diǎn)，按照項(xiàng)目要求，提出了技術(shù)路線：采用F300、F200無人機(jī)獲取影像數(shù)據(jù),通過飛馬無人機(jī)管家軟件處理，生成數(shù)字正射影像圖、數(shù)字表面模型，導(dǎo)入ArcGIS軟件中，進(jìn)行建筑物面積量算，計(jì)算建筑物高度，概算統(tǒng)計(jì)出片區(qū)建筑面積，技術(shù)路線如圖1：

圖1 技術(shù)路線

五、無人機(jī)航空攝影測(cè)量

在土地收儲(chǔ)工作中影像圖主要用于新增建筑的判別，要求現(xiàn)勢(shì)性好，影像清晰，對(duì)數(shù)學(xué)精度要求不高，因此，為了提高外業(yè)航攝效率，在航攝時(shí)未布設(shè)像控點(diǎn)，后期需要高精度成果時(shí)，選擇明顯地物點(diǎn)，再測(cè)量像控點(diǎn)。

航測(cè)區(qū)域處于烏魯木齊連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（URCORS）范圍內(nèi)，測(cè)區(qū)控制可連接URCORS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)點(diǎn)完成。

5.1航空攝影

為提高效率，飛馬F300、F200航空攝影采用PPK模式，都搭載了SONYDSC-RX1R II相機(jī)，7952*5304有效像素，35mm定焦，飛行高度為250-350米，影像地面分辨率為0.04m，航向重疊度80%，旁向重疊度60%，劃分7個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊航線如圖2所示。

圖2：區(qū)塊航線規(guī)劃

航測(cè)區(qū)域處于烏魯木齊市南郊風(fēng)口，飛行時(shí)間段選擇至關(guān)重要，每日午后開始風(fēng)力逐漸加強(qiáng)，11:30至16:00為最佳飛行時(shí)間，起飛降落區(qū)域選擇南北各一處空地上，共飛行了13架次，獲取了相片10990張,外業(yè)航飛現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3：外業(yè)航飛現(xiàn)場(chǎng)

5.2影像數(shù)據(jù)處理

影像數(shù)據(jù)處理軟件采用飛馬無人機(jī)管家專業(yè)版，分為智檢圖、智理圖、智拼圖軟件，工作流程如圖4所示。

圖4：影像數(shù)據(jù)處理工作流程

（1）利用智檢圖，基于GPU的并行計(jì)算模式，快速提供質(zhì)量報(bào)告，展示影像曝光點(diǎn)，腳印圖，影像連接強(qiáng)度等信息，剔除冗余影像。

（2）航測(cè)期間有多云天氣，相片顏色有差異，利用智理圖，基于自適應(yīng)的勻光勻色處理算法，消除了影像間色彩、光照不一致現(xiàn)象。

（3）空三加密是整個(gè)航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的核心部分，利用特征匹配和最小二乘匹配相結(jié)合的多級(jí)影像金字塔匹配算法，進(jìn)行同名像點(diǎn)匹配。利用智拼圖，一鍵式操作完成影像從空三到鑲嵌出圖的全部流程，本項(xiàng)目采用高精度 GPS 輔助空三直接定向成圖的方法，空三計(jì)算過程如圖5所示。

圖5: 空三計(jì)算過程

（4）原始影像制作為1:8000比例尺影像圖，為方便工作使用，將正射影像圖（DOM）分幅為31幅，按1:3000比例尺噴繪，原始影像如圖6所示，數(shù)字表面模型如圖7所示，分幅成果影像圖如圖8所示。

圖6: 原始影像

圖7: DSM

圖8: 分幅成果圖

六、建筑量概算統(tǒng)計(jì)

為土地收儲(chǔ)前期規(guī)劃提供收儲(chǔ)片區(qū)內(nèi)建筑量概算數(shù)據(jù)，通過無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理獲取了正射影像圖（DOM）和數(shù)字表面模型（DSM），利用ArcGIS軟件快速計(jì)算出單體建筑面積，概算統(tǒng)計(jì)出了片區(qū)內(nèi)建筑總量，建筑物量算個(gè)數(shù)為10065棟，建筑物錄入信息個(gè)數(shù)為9899條。主要生產(chǎn)過程：

（1）將DOM加載入ArcGIS中，按建筑物表面繪制成面狀要素，由于規(guī)劃要求概算建筑量，屋檐忽略不計(jì)。

（2）將DSM加載到ArcGIS中，量取建筑物頂部高程與底部高程，計(jì)算出高差，根據(jù)房屋性質(zhì)判斷層高，用高差除以層高得出層數(shù)（如圖9所示，1為房屋高度、2為地面高度），民宅層高基本在3米廠房層高在5米，以此為閾值統(tǒng)計(jì)出建筑物層數(shù)。

圖9: 建筑物層數(shù)計(jì)算

（3）將房屋層數(shù)、屬性等數(shù)據(jù)錄入ARCGIS。

（4）利用ArcGIS將建筑物單層面積以及建筑面積計(jì)算出來（建筑面積=單層面積*層數(shù)），將數(shù)據(jù)導(dǎo)出至Excel表格，提供成果圖如圖10所示。

七、成果評(píng)價(jià)

（1）正射影像圖（DOM）及分幅圖交付給市土地儲(chǔ)備領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、沙區(qū)征收辦、市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，影像清晰，現(xiàn)勢(shì)性好，得到市領(lǐng)導(dǎo)及使用單位認(rèn)可。

（2）建筑量概算數(shù)據(jù)提供給市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，已用于土地收儲(chǔ)前期規(guī)劃中。

八、結(jié)語

（1）通過無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在土地收儲(chǔ)工作中應(yīng)用實(shí)踐，解決了快速獲取土地收儲(chǔ)片區(qū)高分

圖10: 建筑量概算成果圖

辨率影像圖的問題，作為土地收儲(chǔ)、征收等工作的重要依據(jù)，高效的進(jìn)行了建筑量概算統(tǒng)計(jì)，滿足了前期規(guī)劃需要，獲得了良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

（2）通過項(xiàng)目的實(shí)施，充分發(fā)揮了無人機(jī)航測(cè)使用成本低、操作簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)快速、高分辨率的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足了政府部門對(duì)地理信息的需求。烏魯木齊市城市勘察測(cè)繪院2018年引入了飛馬F300智能航測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了大比例尺地形圖測(cè)繪、傾斜三維測(cè)量等生產(chǎn)實(shí)踐，具備了無人機(jī)航空攝影測(cè)量生產(chǎn)能力，極大提高了烏魯木齊地區(qū)測(cè)繪保障服務(wù)能力，示范效應(yīng)顯著。

（3）由于地窩堡國際機(jī)場(chǎng)離烏魯木齊市城區(qū)較近，空域和航高協(xié)調(diào)難度極大，采用有人機(jī)進(jìn)行高分辨率影像獲取非常困難，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)將成為烏魯木齊市獲取高分辨率影像的重要手段，應(yīng)用前景廣泛。