無人機低空攝影測量在農(nóng)村土地確權(quán)中的應(yīng)用研究★

賀凱盈 李燕敏 謝忠俍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院,陜西 渭南 714099)

0 引言

采用無人機(UAV)低空攝影測量具有成本低廉、現(xiàn)勢性強、能適應(yīng)復雜地形的優(yōu)點，其對天氣和測量范圍的依賴性較低，能夠快速的獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)。已逐漸應(yīng)用于地質(zhì)災害影像快速獲取、征地現(xiàn)狀核查、土方量計算復核、地形測量等各種測繪任務(wù)中。

本文以貴州省赫章縣農(nóng)村土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)發(fā)證項目無人機航空攝影測量及正射影像生產(chǎn)任務(wù)為例，以制作土地經(jīng)營權(quán)為出發(fā)點，從通過無人機外業(yè)數(shù)據(jù)采集、像控點的準確采集和DOM的生產(chǎn)制作過程進行詳細的闡述，并通過對影像成果坐標和實地采集的坐標進行精度比對，驗證基于無人機低空攝影測量成果用來輔助土地產(chǎn)權(quán)登記的可行性和實用性。

1 無人機低空攝影測量系統(tǒng)

無人機低空攝影測量系統(tǒng)主要包括：無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、獲取高精度高分辨率數(shù)字影像的航攝儀、地面遙控器以及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件等。本次航飛外業(yè)采用的是天宇創(chuàng)通TEZpro,具體參數(shù)見表1。

飛控系統(tǒng)是NP-100，它可以采用程控、半自主或者完全自主飛行模式，在飛行過程中能夠?qū)︼w行姿態(tài)、高度和速度實行穩(wěn)定實時控制，保障無人機能夠按照預先規(guī)劃的航線平穩(wěn)飛行。在采集照片的同時，能夠通過POS系統(tǒng)實時獲取曝光時刻攝像機的經(jīng)緯度、高度和飛行姿態(tài)等數(shù)。航攝儀是ILCE RX1RM2，機載差分設(shè)備是Trimble BD930。具體參數(shù)見表2。

表1 固定翼無人機詳細參數(shù)

2 土地確權(quán)實例應(yīng)用

2.1 測區(qū)概況

測區(qū)位于貴州省西北部烏江北源六沖河和南源三岔河上游的滇東高原向黔中山地丘陵過渡的烏蒙山區(qū)傾斜地帶，地處東經(jīng)104°10′28″～105°01′23″，北緯26°46′12″～27°28′18″，被舍虎梁子、結(jié)構(gòu)梁子、三望坪、韭菜坪等大山分割，地勢西北、西南和南部較高，東北部偏低。境內(nèi)山高坡陡，溝壑縱橫，平均海拔1 996 m。屬暖溫帶溫涼春干夏濕氣候區(qū)，無霜期206 d～255 d。氣溫日差較大，年差較小，光照條件較好，太陽輻射較高。

表2 航攝儀詳細參數(shù)

2.2 航攝方案設(shè)計

考慮到航飛區(qū)域由古基鄉(xiāng)、哲莊鄉(xiāng)、達依鄉(xiāng)和財神鎮(zhèn)四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)相接壤組成和無人機續(xù)航時間限制，東西長約22.53 km，南北長約20 km，對整個航飛區(qū)域?qū)嵤┱w航飛路線設(shè)計，航線以蛇形航線布設(shè)，最小盤旋半徑100 m，成圖比例尺1∶500，地面分辨率0.140 m，航向重疊率80%，旁向重疊率60%，相對航高1 004.57 m，航線間距412.2 m。像控點首級控制共布設(shè)11個GPS點進行靜態(tài)測量，加密點213個，覆蓋整個測區(qū)，外業(yè)影像采集完成后進行空三加密、內(nèi)業(yè)成圖、成果檢驗與分析，從而生成高分辨率正攝影像圖，根據(jù)此高分辨率正攝影像圖進行土地承包經(jīng)營權(quán)的確權(quán)工作。具體技術(shù)路線設(shè)計見圖1。

2.3 航線數(shù)據(jù)獲取

本次航飛采用CGCS2000坐標系，地圖投影采用高斯—克呂格投影，按3°分帶。飛行質(zhì)量較好，飛行時間都選在陽光充足、風速較小、風向穩(wěn)定的時段。各條航帶的最終影像數(shù)據(jù)清晰，旋偏角、翻滾角、俯仰角和航帶彎曲度以及航向、重疊度等技術(shù)指標滿足設(shè)計要求，能辨別出地面上最暗處的影像細節(jié)。各條航帶間沒有漏洞，像片有效范圍覆蓋了全部攝區(qū)，可進行立體模型的建立和連接。在航向上超出成圖范圍的基線均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區(qū)無攝影絕對漏洞。

2.4 影像預處理

由于航攝影像質(zhì)量與無人機自身特點和數(shù)碼相機自身參數(shù)對測量精度的影響較大，測區(qū)面積較大，地形復雜、海拔落差較大，飛行時間為冬季，航飛持續(xù)時間較長，為保證航攝照片質(zhì)量統(tǒng)一，在空三測量之前對影像進行勻光勻色、畸變差糾正等處理，保證更高的影像匹配精度和效率。本項目采用EPT軟件對照片進行統(tǒng)一勻光處理，勻光處理對比結(jié)果見圖2。

2.5 空三加密和精度分析

空三加密作為無人機影像處理過程中的關(guān)鍵步驟，其處理精度的優(yōu)劣對于后續(xù)成果有著重要影響。影像匹配的本質(zhì)是基于各種算法在不同的像片上尋找同名特征點的過程。本文研究中采用INPHO全數(shù)字攝影測量工作站，對該測區(qū)采取分成兩個區(qū)域進行加密解算并通過光束法平差后對控制點和檢查點的精度進行統(tǒng)計。

表3 控制點殘差 m

表4 檢查點殘差 m

從表3控制點殘差可以得出：兩個區(qū)域的控制點的MX分別是0.006 8,0.007 3，MY分別是0.008 5,0.009 7，MX分別是0.015 0,0.021 1，MX分別是0.010 9，0.012 2，空三加密精度滿足無人機低空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范要求。從表4中可以得出，我們選取的部分地物特征點通過GPS-RTK采集的坐標和DOM影像成果對比，平面和高程的平均中誤差分別為0.449 8和0.440 0，最大誤差是0.612，滿足DOM成果質(zhì)量規(guī)范要求。

此次DOM制作主要基于空三加密完成數(shù)據(jù)的采集，并經(jīng)過立體建模進行特征點、線或等視差曲線編輯生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)，再通過數(shù)字微分糾正、影像處理、鑲嵌和裁切制作DOM成果。其DOM成果見圖3。

3 結(jié)語

本文以赫章縣土地確權(quán)項目為載體，系統(tǒng)闡述了無人機低空影像的獲取、像控點的布設(shè)采集以及高分辨率數(shù)字影像的生產(chǎn)流程。并對像控點精度、數(shù)字正射影像底圖和實測坐標進行對比，得出了基于無人機影像生成的高精度數(shù)字正攝影像底圖的精度完全滿足國家土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)和土地利用情況調(diào)查任務(wù)對精度的要求，相對于傳統(tǒng)的全野外測圖相比較，具有高分辨率、高效率、低成本、靈活機動受環(huán)境影響較小特點。

由于無人機在采集影像過程中姿態(tài)易受周圍環(huán)境因素限制使得影像在加密、匹配、拼接等過程中需要采用精密算法和準確刺點等軟件處理技術(shù)來保證最終成果的可靠，可以更加有力保證農(nóng)村土地確權(quán)工作的順利開展。