小型無人機在土地整治項目核查驗收中的應用研究

曹森林 袁路祥 王淑玲 張璟濤 張斌

摘 ?要：土地整治項目的核查驗收是有關部門為了檢測竣工后的土地整治項目能否達到預期的工程標準和國家相關規(guī)定要求，而開展的第三方核查工作。該文以蘇州市三優(yōu)三保土地拆舊復墾驗收項目為依托，利用小型無人機采集測區(qū)影像數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)進行數(shù)據(jù)處理，獲取測區(qū)正射影像，并進行矢量化核查。研究結果表明：使用小型無人機進行土地整治項目的核查驗收工作可以靈活、方便、快捷、高效地獲取測區(qū)高精度和高分辨率的正射影像，其測量結果直觀、準確、可靠，完全滿足驗收要求。

關鍵詞：小型無人機 ?土地整治項目 ?核查驗收 ?正射影像

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（c）-0062-04

Research on the Application of Small UNMANNED Aerial Vehicle in the Verification and Acceptance of Land Remediation Project

CAO Senlin1 ?YUAN Luxiang2 ?WANG Shuling1 ?ZHANG Jingtao1 ?ZHANG Bin2

（1.School of Geomatics and Marine Information， Jiangsu Ocean University， Lianyungang， Jiangsu Province， 222005 China; 2.Suzhou Industrial Park Surveying and Mapping Geographic Information Co.， Ltd.，

Suzhou， Jiangsu Province， 215000 ?China）

Abstract： The verification and acceptance of land reclamation project is a third-party verification work carried out by the relevant departments in order to test whether the completed land reclamation project can meet the expected engineering standards and relevant national requirements. In the article based on the Suzhou Sanyou Sanbao land reclamation and acceptance project， a small UAV is used to collect the image data of the survey area， and the internal industry carries out data processing to obtain the orthophoto image of the survey area and carry out vector verification. The results show that the use of small unmanned aerial vehicle in the verification and acceptance of land reclamation project can flexibly， conveniently， quickly and efficiently obtain the orthographic images with high precision and resolution in the survey area， and the measurement results are intuitively， accurate and reliable， which fully meet the acceptance requirements.

Key Words： Small UAV; Land reclamation project; Verification acceptance; Orthophoto image

目前土地整治驗收項目一般采用全野外數(shù)字化測量和地理信息化系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代化測量手段進行工程的實施，具有測量精度高實用性強的特點，但也存在著工程周期長，易受測區(qū)外部環(huán)境條件影響，生產(chǎn)成本高等限制[1]。隨著我國攝影測量技術和全球定位技術的發(fā)展，利用無人機平臺搭載傳感器，通過高精度的定位系統(tǒng)進行數(shù)字化測量不僅可以保障測量數(shù)據(jù)的精度而且還極大地縮短了外業(yè)測量的時間，減少了人員投入，降低生產(chǎn)成本。該文基于蘇州市三優(yōu)三保土地拆舊復墾驗收項目，研究利用小型無人機進行土地整治項目驗收工作的可行性，以期為土地整治驗收工作解決部分問題。

1 ?無人機航測概述

無人機出現(xiàn)于20世紀，最早被應用于軍事偵察活動，隨著科學技術的進步以及社會生產(chǎn)力的發(fā)展，無人機技術逐步走向平民化、大眾化，從而推動了測繪技術的新發(fā)展。在現(xiàn)代測繪技術中如何實現(xiàn)自動化、智能化、高效率、高精度的數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代測繪行業(yè)研究發(fā)展的必然趨勢。隨著無人機技術、通信技術、定位導航技術以及相關技術的發(fā)展，無人機測繪正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪儀器成為測繪行業(yè)新的寵兒。無人機航測作為一種新型的數(shù)字化測量手段，具有其他傳統(tǒng)測繪儀器不可比擬的優(yōu)勢，它起降場地小，機動靈活，高效便捷，反應迅速，運輸方便，環(huán)境適應能力強，經(jīng)濟合理成本低，成果影像高分辨率、高精度，成圖快速便捷等特點，自出現(xiàn)以來逐漸受到眾多從業(yè)者的廣泛青睞，在測繪行業(yè)中具有其他測繪技術無法代替的地位[2]。目前無人機測繪技術被廣泛應用于地形測量、地籍調查、房地產(chǎn)測量、土方測量、三維建模等工作。

2 ?數(shù)據(jù)獲取方法

根據(jù)測區(qū)實際情況，外業(yè)影像數(shù)據(jù)采集使用大疆精靈4RTK無人機進行測量工作，同時為了較大程度上保證成果精度，我們對每個航測地塊使用RTK采集1～2個像控點進行精度控制。

（1）準備工作。為了保證無人機安全和測量作業(yè)的順利實施，無人機起飛之前必須對現(xiàn)場外部環(huán)境進行實地觀察以及對無人機狀況進行檢查，確保作業(yè)安全[3]。

（2）航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)獲取。該次飛行使用大疆自帶的航線規(guī)劃軟件，根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》的要求航向重疊度一般設定為60%～80%，最小不少于53%;旁向重疊度一般設定為15%～60%，最小不少于8%[4]。為了保證數(shù)據(jù)的質量，飛行設置旁向重疊度和航向重疊度均為80%，避免了后期因重疊度問題而產(chǎn)生的成果質量問題，該次航測面積0.5 km2，航高110 m，共拍攝影像1 656張，分辨率為3 cm。

3 ?影像數(shù)據(jù)處理

3.1 空中三角測量

為了提高和檢驗成果精度，我們通過刺入1個控制點和3個檢查點進行精度控制及檢驗（見圖1）。刺點之后對影像進行空中三角運算，獲得每張影像精確的外方位元素和待定點的地面坐標，同時生成測區(qū)稀疏的點云數(shù)據(jù)（見圖2）。

3.2 影像密集匹配

3.2.1 影像密集匹配

為了獲得測區(qū)密集的高精度點云數(shù)據(jù)生成數(shù)字表面模型，需要通過算法對影像進行密集匹配。以運動恢復結構算法（SFM）對多幅連續(xù)影像中的地物信息進行相機標定，獲得相機攝影瞬間的位置信息來解算物體的三維結構[5]。采用多視圖聚簇算法對具有精確外方位元素的影像進行聚簇分類，最后使用密集匹配（PMVS）算法對聚簇后的分類結果進行匹配獲得高密度點云。

3.2.2 正射影像生成

影像通過空中三角運算之后得到地物精確的三維坐標信息進而生成數(shù)字表面模（DSM）（見圖3）。利用測區(qū)的（DSM）通過數(shù)字微分糾正技術對整個測區(qū)的影像進行重采樣，把影像的視角糾正到垂直視角，從而避免其他地物被遮擋以及建筑物被重投影到地表，形成錯誤的正射影像。通過（DSM）數(shù)據(jù)、遮蔽區(qū)域檢測技術、高重疊度的無人機影像可以制作出正確、無變形的正射影像[6]，具體見圖4。

4 ?精度評析

空中三角測量是攝影測量中的關鍵步驟，空三的精度直接影響后期成果的質量，因此對空三精度的控制和檢查是評價測量質量的重要標準[7]。這里我們利用RTK-GPS在地面實測的3個檢查點，通過Pix4dmapper處理生成的質量檢查報告對成果數(shù)據(jù)進行精度分析，報告中我們主要衡量的指標有區(qū)域空三誤差、檢查點誤差。其中對檢查點我們使用中誤差進行精度分析，中誤差是一種衡量觀測精度的數(shù)學標準，可以很好地反映誤差精度，在工程中應用十分廣泛[8]。公式如下：

（1）

報告中光束法區(qū)域網(wǎng)平差的2D特征點觀測數(shù)為997 561個，3D點觀測數(shù)為337 939個，計算得到區(qū)域網(wǎng)空三誤差即平均重投影誤差為0.834 μm符合精度要求，在檢查點誤差分析中X坐標中誤差為0.007 7 m、Y坐標中誤差為0.007 8 m，Z坐標中誤差為0.008 6 m，平面中誤差為0.011 m，最終正射影像圖精度能夠達到1∶500平面中誤差限差。具體見表1。

5 ?數(shù)據(jù)矢量化

影像制作完成之后把生產(chǎn)的正射影像導入arcmap中進行數(shù)據(jù)的矢量化，具體見圖5。內(nèi)業(yè)人員以高分辨率的正射影像為底圖，根據(jù)測區(qū)整改現(xiàn)狀依據(jù)第三次國土調查地類認定辦法進行測圖。該次共計核查32個子項目，核查總面積0.465 075 km2，其中無人機核查面積0.268 430 km2，核查農(nóng)用地面積0.453 613 km2，耕地面積0.413 731 km2。最終32個子項目中耕地和農(nóng)用地面積扣減比例均小于15%的限值，全部認定為合格項目。

6 ?結語

該文以蘇州市三優(yōu)三保土地拆舊復墾驗收項目為依據(jù)，介紹小型無人機在土地整治項目核查驗收中的應用以及正射影像制作的關鍵技術和方法。無人機航測在外業(yè)核查中不僅能夠克服外部環(huán)境條件的限制，還可以提供測區(qū)清晰、正確、全面的圖文數(shù)據(jù)文件，在一定程度上避免了因土地面積問題產(chǎn)生的人員糾紛;在影像處理方面，由于單個測區(qū)面積小，影像數(shù)據(jù)少，因此數(shù)據(jù)處理快速便捷;在影像數(shù)據(jù)矢量化方面，無人機正射影像具有高分辨率、高精度的特點，可以清晰準確地獲取測區(qū)實際的地物類型和面積，保障核查成果的可靠性;整體來說利用小型無人機進行土地整治核查驗收工作可以快速方便地獲取測區(qū)高精度的正射影像，提高了工作效率，縮短作業(yè)周期，具有極大的推廣應用價值。

參考文獻

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