一、前言
烏魯木齊是現代化高速發展的新興城市,近幾年,為了提高土地利用率,促進城市的持續發展,政府加強了土地收儲工作,通過土地收儲增加了財政收入,改善了城市基礎設施建設。
2018年6月底,根據市政府要求,做好城南經貿合作區中某一片區的土地收儲工作前期規劃,要求以7月某日為征收時間節點,急需獲取時間節點前該區域高分辨率影像圖,作為該片區土地收儲、征收補償等的重要依據,概算統計出片區內建筑量。烏魯木齊市城市勘察測繪院承擔本項目,由于時間很緊,影像圖分辨率、現勢性要求高,傳統航測無法滿足工期要求,因此,本項目采用無人機低空航空攝影測量技術,快速獲取影像圖,并利用地理信息軟件對片區內建筑物面積進行概算統計。
本文以烏魯木齊首次在土地收儲工作中應用無人機為案例,探討快速取得土地收儲前期規劃需求成果的方法,以期在今后此類似工作中更好地發揮無人機航測系統的作用,為無人機在本地的應用提供實踐參考。
二、測區概況
測區位于烏魯木齊市城南,雅瑪里克山南麓,東經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。測區內建筑以村鎮民居及廠房、庫房為主,G216、G30穿過片區,分布有農田,植被較少。居住有漢族、回族、維吾爾族等居民。該區域屬中溫帶大陸性干旱氣候,處于城市南郊風口,常年風力4級以上。
三、軟硬件投入
(1)飛馬機器人科技有限公司的F300、F200固定翼電動無人機各一套,Leica GS12 RTK流動站一臺,工作站2臺。
(2)飛馬 “無人機管家”一套,ArcGIS軟件3套。
四、技術路線
結合測區特點,按照項目要求,提出了技術路線:采用F300、F200無人機獲取影像數據,通過飛馬無人機管家軟件處理,生成數字正射影像圖、數字表面模型,導入ArcGIS軟件中,進行建筑物面積量算,計算建筑物高度,概算統計出片區建筑面積,技術路線如圖1:
圖1 技術路線
五、無人機航空攝影測量
在土地收儲工作中影像圖主要用于新增建筑的判別,要求現勢性好,影像清晰,對數學精度要求不高,因此,為了提高外業航攝效率,在航攝時未布設像控點,后期需要高精度成果時,選擇明顯地物點,再測量像控點。
航測區域處于烏魯木齊連續運行衛星定位綜合服務系統(URCORS)范圍內,測區控制可連接URCORS進行網絡RTK測點完成。
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,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個區塊,區塊航線如圖2所示。
圖2:區塊航線規劃
航測區域處于烏魯木齊市南郊風口,飛行時間段選擇至關重要,每日午后開始風力逐漸加強,11:30至16:00為最佳飛行時間,起飛降落區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,外業航飛現場如圖3所示。
圖3:外業航飛現場
5.2影像數據處理
影像數據處理軟件采用飛馬無人機管家專業版,分為智檢圖、智理圖、智拼圖軟件,工作流程如圖4所示。
圖4:影像數據處理工作流程
(1)利用智檢圖,基于GPU的并行計算模式,快速提供質量報告,展示影像曝光點,腳印圖,影像連接強度等信息,剔除冗余影像。
(2)航測期間有多云天氣,相片顏色有差異,利用智理圖,基于自適應的勻光勻色處理算法,消除了影像間色彩、光照不一致現象。
(3)空三加密是整個航測內業數據處理的核心部分,利用特征匹配和最小二乘匹配相結合的多級影像金字塔匹配算法,進行同名像點匹配。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,本項目采用高精度 GPS 輔助空三直接定向成圖的方法,空三計算過程如圖5所示。
圖5: 空三計算過程
(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、建筑量概算統計
為土地收儲前期規劃提供收儲片區內建筑量概算數據,通過無人機影像數據處理獲取了正射影像圖(DOM)和數字表面模型(DSM),利用ArcGIS軟件快速計算出單體建筑面積,概算統計出了片區內建筑總量,建筑物量算個數為10065棟,建筑物錄入信息個數為9899條。主要生產過程:
(1)將DOM加載入ArcGIS中,按建筑物表面繪制成面狀要素,由于規劃要求概算建筑量,屋檐忽略不計。
(2)將DSM加載到ArcGIS中,量取建筑物頂部高程與底部高程,計算出高差,根據房屋性質判斷層高,用高差除以層高得出層數(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,以此為閾值統計出建筑物層數。
圖9: 建筑物層數計算
(3)將房屋層數、屬性等數據錄入ARCGIS。
(4)利用ArcGIS將建筑物單層面積以及建筑面積計算出來(建筑面積=單層面積*層數),將數據導出至Excel表格,提供成果圖如圖10所示。
七、成果評價
(1)正射影像圖(DOM)及分幅圖交付給市土地儲備領導小組辦公室、沙區征收辦、市規劃設計院,影像清晰,現勢性好,得到市領導及使用單位認可。
(2)建筑量概算數據提供給市規劃設計院,已用于土地收儲前期規劃中。
八、結語
(1)通過無人機航測系統在土地收儲工作中應用實踐,解決了快速獲取土地收儲片區高分
圖10: 建筑量概算成果圖
辨率影像圖的問題,作為土地收儲、征收等工作的重要依據,高效的進行了建筑量概算統計,滿足了前期規劃需要,獲得了良好的社會效益、經濟效益。
(2)通過項目的實施,充分發揮了無人機航測使用成本低、操作簡單、機動快速、高分辨率的技術優勢,滿足了政府部門對地理信息的需求。烏魯木齊市城市勘察測繪院2018年引入了飛馬F300智能航測系統,進行了大比例尺地形圖測繪、傾斜三維測量等生產實踐,具備了無人機航空攝影測量生產能力,極大提高了烏魯木齊地區測繪保障服務能力,示范效應顯著。
(3)由于地窩堡國際機場離烏魯木齊市城區較近,空域和航高協調難度極大,采用有人機進行高分辨率影像獲取非常困難,無人機航測技術將成為烏魯木齊市獲取高分辨率影像的重要手段,應用前景廣泛。
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原文標題:飛馬智能航測系統在土地收儲工作中的應用
文章出處:【微信號:feimarobotics2015,微信公眾號:飛馬機器人】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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