A3數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)在土地確權(quán)中的優(yōu)勢

韓丹 康冰鋒 魯翔

摘 要：VisionMap A3是集航空攝影和數(shù)據(jù)處理為一體完全自動化的航空測繪系統(tǒng)。從該系統(tǒng)相機參數(shù)及數(shù)據(jù)處理流程分析，結(jié)合實際項目執(zhí)行結(jié)果，該系統(tǒng)具有高效的數(shù)據(jù)獲取，較少的像控布設(shè)，一體化航測的生產(chǎn)流程的作業(yè)優(yōu)勢。通過精度檢驗，生產(chǎn)出高精度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品滿足農(nóng)村土地確權(quán)對工作底圖的要求，為農(nóng)村土地確權(quán)提供時效性強、分辨率高、信息豐富、高精度的工作底圖，確保確權(quán)發(fā)證工作高效進行。

關(guān)鍵詞：A3 航空攝影 土地確權(quán) 一體化生產(chǎn) 精度

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0019-03

Abstract：VisionMap A3 aerial Photogrammetry System is a fully automatic system with aerial photography and data process. We analyzed the system camera parameters、data processing flow and the actual project verification， the system was good at high efficiency acquisition， less GCP， integrated all the processes of production. These advantages lead to the high precision products. After quality inspection， the result showed it can meet the requirements of the land right verification works. It can provide maps with timeliness， high resolution， information-rich， high-precision， ensure to work efficiently of right verification and certification.

Key Words： A3；Aerophotography；Land rightverification；Systematic production；Accuracy

農(nóng)村土地調(diào)查的任務(wù)要求查清承包地塊的名稱、面積、四至、空間位置、土地用途等信息，并建設(shè)土地承包數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，建立集影像、圖形、權(quán)屬為一體的農(nóng)村土地承包管理信息數(shù)據(jù)庫和管理信息系統(tǒng)[1]。

航空攝影測量技術(shù)為農(nóng)村集體土地確權(quán)登記發(fā)證工工作提供了便捷的手段，本文根據(jù)A3自動化航空測繪和測圖系統(tǒng)的特點，結(jié)合四川某山區(qū)土地確權(quán)項目，驗證了A3在土地確權(quán)中的優(yōu)勢。

1 A3系統(tǒng)介紹

A3數(shù)字成像系統(tǒng)是以色列VisionMap公司新推出的一款長焦距數(shù)字航攝系統(tǒng)，它包括一個顛覆傳統(tǒng)相機設(shè)計采用擺動式掃描方式的寬幅航空數(shù)碼相機與地面自動化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（LightSpeed）。從數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)生產(chǎn)實現(xiàn)全自動化過程，得到一系列產(chǎn)品。

1.1 相機優(yōu)勢

A3數(shù)字攝影測量相機比傳統(tǒng)的攝影測量相機有著更高效的數(shù)據(jù)獲取能力主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）旋轉(zhuǎn)步階框幅式的相機，相機擺幅超過100°，旁向重疊達到56%以上，影像重疊數(shù)目越大，前方交會的精度就越高；從平差理論來說，就是多余觀測數(shù)越多，平差結(jié)果的精度和可靠性就越高。所有影像同時進行前方交會，平面和高程方向的交會精度都會達到最高[2]，保證了攝影測量光束法區(qū)域平差的精度，使相連兩條航線的間距最大化。

（2）300mm的長焦距保證在比較高的飛行高度下，能夠獲取高分辨率的數(shù)據(jù)。

根據(jù)航高計算公式[3]可以得出為獲取同等分辨率的數(shù)據(jù)，在像元尺寸相差不大的情況下，焦距越大，航高越高。

航高計算公式：

式（1）中：

H為攝影航高，單位為m；

f為鏡頭焦距，單位為mm；

a為像元尺寸，單位為mm；

GSD為地面分辨率，單位為m。

通過公式（1）和表格可以看出，在同一地區(qū)，為獲取相同分辨率數(shù)據(jù)，A3的大焦距使得它可以飛的更高，地面幅寬更大，獲取數(shù)據(jù)的效率越高，同時，在給定條件下A3飛行高度高，對于空域申請、飛行管控也較為有利。

（3）所有的Frame，包括垂直的和傾斜的，作為基本平差單元都參加光束法區(qū)域網(wǎng)平差計算，在全區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一進行平差處理，解算出每張像片的外方位元素，然后按多片前方交會計算出加密點地面坐標。

（4）相機并不需要任何外部穩(wěn)定設(shè)備，相機內(nèi)安裝了一個輕型精確運動補償?shù)臋C械設(shè)備-通過安裝在設(shè)備內(nèi)部光學(xué)器件上可傾斜運動的小鏡子，完成了線性和角度的補償[4]，運動補償?shù)脑O(shè)計是為了補償相機的快速的旋轉(zhuǎn)速度，確保在快速飛行器中安裝使用。

1.2 數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢

（1）地面處理系統(tǒng)和相機緊密的連在一起，自動化程度很高，航飛數(shù)據(jù)下載后，運行完數(shù)據(jù)預(yù)處理后，用戶指定成果數(shù)據(jù)和規(guī)格，系統(tǒng)自動進行空中三角測量、光束法區(qū)域網(wǎng)平差，空三處理過程是純粹的攝影測量算法[5]。

（2）較大的旁向重疊度以及A3特有的光束法區(qū)域網(wǎng)平差算法自動處理計算，每張相片間上百萬個連接點，所以僅需少量控制點就可以滿足成果精度要求。

（3）通過立體影像的全自動影像匹配生成DSM，進行人工濾波后生DEM和正射影像圖[6]。

（4）系統(tǒng)可以完成自校正，相機參數(shù)自動計算，減少了由于日常維護所造成的停機所造成的損失。

2 工程概況

2.1 航攝數(shù)據(jù)獲取情況

自2014年01月03日至2014年01月18日總計飛行3個架次，采用塞斯納208飛機搭載A3相機作業(yè)，作業(yè)高度為3800m，合計獲取航攝面積1742km2。有效測區(qū)面積1382.32km?。完成有效面積占項目總要求面積的100%。地面分辨率0.08m，相對航高3243m，絕對航高3800m，航向重疊度73%，旁向重疊度60%，航線間隔為1100m。航攝數(shù)據(jù)獲取效率高。

2.2 像控布設(shè)情況

根據(jù)以往項目經(jīng)驗，本測區(qū)范圍均勻布設(shè)了16個控制點，平均86m2布設(shè)一個像控點。A3僅需少量的控制點就能達到國家測繪標準要求，與傳統(tǒng)航攝相比大大減少了內(nèi)業(yè)、外業(yè)的工作量，提高了工作效率，節(jié)約成本。

2.3 一體化生產(chǎn)DOM

通過A3系統(tǒng)自帶的光速地面處理系統(tǒng)（LightSpeed）完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、色彩校正、空中三角測量及區(qū)域網(wǎng)平差、生產(chǎn)點云數(shù)據(jù)、人工濾波、正射糾正、鑲嵌線自動編輯、鑲嵌、裁切等工作。

2.3.1 預(yù)處理及空三

航飛數(shù)據(jù)下載后，對數(shù)據(jù)進行解壓、色彩校正、航帶排序、刪除黑邊等預(yù)處理工作，為空三工作做好準備。

本項目采用差分GPS加上控制點的方式（DGPS+GCP），利用多影像匹配自動轉(zhuǎn)點技術(shù)得到的影像連接點坐標可用作原始觀測值，數(shù)以百萬計的連接點參與區(qū)域網(wǎng)平差計算。同一個地物點在多達數(shù)十幅影像上響應(yīng)，自動連接點匹配精度高[7]。再加上嚴密的光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差方法，空三的整體精度得以保證。

自動化空三處理完成后，使用均勻分布整個測區(qū)野外實測的36個檢查點，對整個Session空三精度檢查，滿足1∶1000山地空三檢查點誤差要求。

2.3.2 DEM生產(chǎn)

A3的點云來源于區(qū)域網(wǎng)平差，每一個點都是由多張重疊影像采樣計算而得，本項目用于糾正DOM的點密度為2m，數(shù)據(jù)格式為Las。

由于基于影像匹配的局限性，無法穿透樹冠、房屋等遮蓋，影像匹配點云有時無法獲取精確的DEM，而只能獲取DSM[7]，再通過TerraSolid軟件進行地面點分類，精化匹配點云的高程，生產(chǎn)高精度DEM產(chǎn)品。

2.3.3 生產(chǎn)DOM產(chǎn)品

（1）自動拼接：系統(tǒng)基于影像識別技術(shù)，通過獨創(chuàng)的軟件算法，自動生產(chǎn)鑲嵌線，正確率高達90%以上。

（2）生產(chǎn)DOM產(chǎn)品：自動生成的鑲嵌線經(jīng)人工質(zhì)檢合格后，根據(jù)項目要求裁切輸出1∶1000標準分幅DOM產(chǎn)品，分辨率為成果格式為GeoTiff。

3 成果DOM質(zhì)檢

利用野外實測36個檢查點對DOM平面精度進行抽樣查，誤差情況如下表所示。根據(jù)《CH/T 9008.3-2010 基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1000、1∶2000數(shù)字正射影像圖》規(guī)范要求，1∶1000 DOM成果中誤差為0.6m，最大誤差1.2m。A3生產(chǎn)的DOM滿足農(nóng)村土地確權(quán)對工作底圖的要求。

4 結(jié)語

本項目成果經(jīng)第三方質(zhì)檢合格，并通過甲方的驗收。通過對此項目成果分析總結(jié)可認為：

（1）利用A3生產(chǎn)的1∶1000 DOM精度符合國家規(guī)范要求，農(nóng)村土地確權(quán)工作可以根據(jù)DOM成果準確計算出承包地塊的面積、四至、空間位置。

（2）A3的高效率、高精度成果產(chǎn)品精度完全符合農(nóng)村集體土地所有權(quán)確權(quán)登記發(fā)證工作任務(wù)重、時間緊的需要，保證確權(quán)資料準確、真實、可靠，切實維護農(nóng)民權(quán)益，推進了農(nóng)村集體土地所有權(quán)確權(quán)登記發(fā)證工作的順利進行。

參考文獻

[1] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 2537—2014農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)調(diào)查規(guī)程[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2014.

[2] 張永軍，張勇.大重疊度影像的相對定向與前方交會精度分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2005，30（2）：126-130.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 27920.1-2011數(shù)字航空攝影規(guī)范第1部分：框幅式數(shù)字航空攝影[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al.Visionmap A3-Super Wide angle Mapping System Basic Principles and Workflow[A].ISPRS Congress[C].2008：1735-1740.

[5] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al. VisionMap A3-The New Digital Aerial Survey and Mapping System[A].Fig Working Week[C].2009.

[6] 李健，劉鳳德，趙利平.基于影像特征點、線整體匹配的DSM自動生成[J].測繪科學(xué)，2007，32（4）：96-97.

[7] 鄧芳，韓丹，康冰鋒，等.A3數(shù)字成像系統(tǒng)在城市大比例尺測圖中的應(yīng)用研究[J].測繪，2017，40（3）：125-127.

[8] 馮帥.影像匹配點云與機載激光點云的比較[J].地理空間信息，2014，12（6）：82-83.