應用無人機航測的土地確權底圖制作技術研究

王國忠 李林聰

摘 要：本文以無人機航測應用于土地確權為研究對象，探討了基于無人機航測的土地確權底圖制作相關技術流程，論文首先分析了當前無人機航測的技術基礎，進而探討了適用于土地確權工作的底圖制作的無人機航攝系統(tǒng)的性能要求，在此基礎上，論文詳細論述了工作底圖的制作流程與技術要求，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：無人機 航測 土地確權 工作底圖

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0048-02

在農村土地承包經營權確權項目中，當?shù)卣块T提供的地方影像圖大都比例尺較小、詳細程度不夠，時效性不足，無法直接作為工作底圖，常常需要重新生成正射影像圖。

無人機測繪技術具有使用成本低、反應速度快、場地限制小、操作簡便靈活的優(yōu)勢，已成為目前農村土地承包經營權確權登記工作中大比例尺影像圖制作優(yōu)先使用的測繪手段。本文以粵北山區(qū)某縣農村土地承包經營權確權登記項目為例，探討無人機測繪在農村土地承包經營權確權登記地圖制作及后續(xù)權屬調查中的應用。

1 總體工作流程

接收土地調查無人機航攝指令后，基于“天地圖”公眾服務平臺開展航攝規(guī)劃，基于DEM開展精確航線設計。選定適合的無人機飛行平臺開展航空攝影，獲取航攝影像。現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)質量，主要包括航攝數(shù)據(jù)覆蓋完整性檢查、重疊度檢查以及影像色彩方面的檢查?，F(xiàn)場處理航攝數(shù)據(jù)，形成攝區(qū)DEM、鑲嵌影像圖，結合像控測量成果生產攝區(qū)正射影像圖等成果，一方面可利用電子版數(shù)據(jù)成果作為工作底圖開展土地調查；另一方面經制圖整飾后現(xiàn)場輸出成紙質底圖，供現(xiàn)場開展土地調查使用。無人機農村土地調查工作底圖制作工作流程見圖1。

2 無人機航空攝影

2.1 航攝規(guī)劃與設計

基于“天地圖”在線服務平臺的無人機現(xiàn)場航線快速規(guī)劃。在廣域網絡環(huán)境下，根據(jù)土地調查地名信息或四至坐標等信息，利用遙感影像、地圖和三維數(shù)據(jù)成果快速摸清農村土地調查區(qū)域的基本情況，劃定調查范圍并導出拐點坐標。結合90m分辨率數(shù)學高程模型（DEM）數(shù)據(jù)信息開發(fā)航攝設計軟件，根據(jù)地形起伏自動調整曝光點之間的基線長度，避免產生航攝漏洞；生成設計報表，快速了解航攝面積、四至范圍、航攝高度、航線數(shù)、影像數(shù)、總航程等信息，以便合理規(guī)劃航攝時間和數(shù)據(jù)處理時間。

2.2 影像質量檢查

航攝設計覆蓋范圍與實際覆蓋范圍的快速可視化檢測和基于影像匹配的航攝數(shù)據(jù)重疊度檢測。自動提取和同步顯示機載記錄的曝光點信息文件經緯度信息、攝區(qū)航攝設計拐點坐標信息，必要時加載航攝影像數(shù)據(jù)，可視化檢測航攝覆蓋情況；提取機載記錄的曝光點高度信息，計算航帶內最大航高差；利用影像快速匹配算法，統(tǒng)計攝區(qū)航帶內與航帶間的最大、最小重疊度等。

2.3 技術要求與傳統(tǒng)

航空攝影獲取的影像相比，輕小型無人機在影像重疊度的保證、影像旋偏角的保持、航線彎曲度的保證等方面還有不小的差距。相比傳統(tǒng)航空攝影在航向和旁向重疊度上的嚴格的技術要求，輕小型無人機主要以保證最高點航向和旁向重疊度，以及攝區(qū)最低點影像分辨率。

（1）航向和旁向重疊度保證。在航攝設計時，可適當增加航向和旁向重疊度，航向重疊度一般設定為70%～80%，保證攝區(qū)地面最高點的航向重疊不小于60%；旁向重疊度一般設定為45%～50%，保證攝區(qū)地面最高點的旁向地面重疊不小于30%。

（2）影像分辨率保證。滿足1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺成圖要求時，攝區(qū)地面最低點的分辨率不小于0.05m、0.1m和0.2m。

（3）數(shù)碼相機檢校精度保證。生產正射影像工作底圖時，無人機搭載的數(shù)碼相機必須經過幾何檢校，檢校精度應滿足主點坐標中誤差不大于10μm，主距中誤差不大于5μm，經過畸變差方程式及測定的系數(shù)值擬合后，殘余畸變差應小于0.3個像素。

3 基于無人機影像的像控測量

3.1 布點方案

無人機像控測量與傳統(tǒng)航空攝影像控測量的最大不同之處在于像控點的布設方案存在差異。其重要的環(huán)節(jié)是計算像片控制點航向基線數(shù)跨度和旁向相鄰平面控制點的航線跨度，航向基線跨度的計算見公式（1）和（2）。

（1）

（2）

式中：s為連接點（空三加密點）的平面中誤差；h為連接點（空三加密點）的高程中誤差；K為像片放大成圖的倍數(shù)；H為相對航高；b為像片基線長度，mq為視差量測的單位權中誤差；n為航線方向相鄰平高控制點的間隔基線數(shù)。與傳統(tǒng)航空攝影的像控測量工作相比，其不同之處在于以下幾個方面。

（1）正確選擇像片放大成圖倍數(shù)，根據(jù)相關理論，像片放大成圖的倍數(shù)為0.1mm/單像元尺寸。

（2）正確選擇與地面分辨率和像點量測精度密切相關的視差量測單位權中誤差，傳統(tǒng)膠片式航空攝影按照0.02mm取值，這在數(shù)碼航攝中不再適用；通過統(tǒng)計，無人機數(shù)碼航空攝影視差量測的單位權中視差一般設定為1/3～2/3像元。

（3）在顧及高程精度影響時，1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺像控測量高程控制點旁向間隔航線條數(shù)為零，即每條航線必須布點。

3.2 技術要求

在像控點精度方面，針對農村地區(qū)土地確權登記發(fā)證工作實際，實測點相對鄰近國家等級控制點的點位平面位置誤差不大于0.01m；高程誤差不大于0.1m，困難地區(qū)可放寬1倍。

4 無人機影像數(shù)據(jù)處理

4.1 示意工作底圖生產

利用無人機獲取的高分辨率影像，在無需控制資料情況下，通過影像快速處理生成高分辨率鑲嵌影像圖，在此基礎上標注宅基地的相關信息，以此作為統(tǒng)計宅基地數(shù)量，計算生產地籍圖的工作量、投入調查人數(shù)和入戶調查工期的重要參考依據(jù)。

4.2 正射影像圖生產

基于無人機遙感影像的正射影像底圖制作的重點是生產數(shù)字正射影像，這與傳統(tǒng)航空影像制作正射影像的步驟基本相同。所不同的是，在空三加密環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)并行處理，以提高效率。在DEM制作環(huán)節(jié)，可利用高精度空三成果進行全自動密集匹配，生成高密度、高精度的數(shù)字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM），再進行濾波處理即可得到高精度的DEM，生產過程可采用高性能刀片機進行分布式處理，無需人工采集特征線。在數(shù)字正攝影像（DigitalOrthophotoMap，DOM）制作環(huán)節(jié)，勻光勻色和智能鑲嵌實現(xiàn)并行處理，提高了工作效率。

4.3 技術要求

示意工作底圖滿足影像幾何和色彩的相關要求。在幾何精度方面，雖不強求高精度，但需要保證對地物識別，尤其是對建筑物的識別精度能滿足任務要求；影像細節(jié)方面，要求紋理清晰、層次豐富、無明顯失真，道路、水系、建筑物等重要地物無鑲嵌拼接痕跡，房屋邊線無變形，房屋與房屋、地塊與地塊之間能清晰辨別；在灰度分布和色彩方面，需要保證影像色調均勻一致、整體反差適中，無明顯的色彩拼接痕跡，灰度直方圖呈正態(tài)分布。利用無人機遙感影像制作的正射影像工作底圖的平面位置中誤差不大于圖上6mm，與相鄰影像圖接邊誤差不大于2個像素。

5 結論

（1）利用無人機航測技術生產土地調查工作底圖具有實地調查不可比擬的優(yōu)勢。一是清晰直觀，外業(yè)調查人員能更加準確地判別地類及邊界；二是在底圖上標注權屬，大大節(jié)省了草圖的繪制時間，提高了外業(yè)調查的工作效率。

（2）利用無人機航測技術生產土地調查工作底圖，不僅為核算外業(yè)界址點測量和權屬調查工作量提供了重要依據(jù)，獲取的農村地區(qū)影像亦能作為基礎資料保存，必要時可將其作為新農村建設、村鎮(zhèn)規(guī)劃、應急測繪保障工作等的重要基礎圖件。

（3）隨著無人機航測技術的發(fā)展，集成RTK或高精度POS系統(tǒng)的無人機可在無需或僅需極少量實測的地面控制點的情況下快速制作正射影像工作底圖，這將進一步提高農村土地調查的工作效率。

（4）利用無人機航測技術生產土地調查工作底圖不僅是解決無資料地區(qū)農村集體土地所有權確權登記發(fā)證工作的有效手段，亦能在有關地區(qū)的不動產登記、土地利用快速執(zhí)法監(jiān)測、生態(tài)保護與環(huán)境監(jiān)測、礦產資源開展與利用監(jiān)測等方面發(fā)揮積極作用。

參考文獻

[1] 許輝熙，敬小東.基于無人機遙感和GIS技術的土地利用快速詳查方法研究[J].測繪與空間地理信息，2013 （9）：33-35.

[2] 趙筱榕，劉津.基于控制點影像數(shù)據(jù)庫的國產衛(wèi)星影像幾何糾正[J].測繪通報，2013（8）：44-47.

[3] 楊峰.基于影像點云的可量測全景服務模式[J].測繪通報，2013（8）：101-105.

[4] 范承嘯，韓俊，熊志軍，等.無人機遙感技術現(xiàn)狀與應用[J].測繪科學，2009（5）：37-39.