面向農(nóng)村土地確權(quán)的無人機(jī)航測系統(tǒng)分析及應(yīng)用流程研究

李名哲

摘? 要：利用無人機(jī)航測技術(shù)生產(chǎn)土地調(diào)查工作底圖具有實(shí)地調(diào)查不可比擬的優(yōu)勢。該文探討了基于無人機(jī)航測的土地確權(quán)底圖制作相關(guān)技術(shù)流程，論文首先分析了當(dāng)前無人機(jī)航測的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)而探討了適用于土地確權(quán)工作的底圖制作的無人機(jī)航攝系統(tǒng)的性能要求，結(jié)果表明。利用無人機(jī)航測技術(shù)生產(chǎn)土地調(diào)查工作底圖，不僅為核算外業(yè)界址點(diǎn)測量和權(quán)屬調(diào)查工作量提供了重要依據(jù)，獲取的農(nóng)村地區(qū)影像亦能作為基礎(chǔ)資料保存，必要時可將其作為新農(nóng)村建設(shè)、村鎮(zhèn)規(guī)劃、應(yīng)急測繪保障工作等的重要基礎(chǔ)圖件。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)? 航測? 土地確權(quán)? 工作底圖

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）01（c）-0015-04

Abstract： Using UAV aerial survey technology to produce land survey work base map has incomparable advantages in field survey. This paper discusses the relevant technical process of land ownership confirmation base map based on UAV aerial survey. Firstly， the paper analyzes the technical basis of UAV aerial survey， and then discusses the performance requirements of UAV aerial photography system suitable for land ownership confirmation. The results show that the production of land survey base map by using UAV aerial survey technology is not only for providing an important basis for the measurement of industrial sites outside the accounting and the workload of ownership investigation， but also the acquired images of rural areas can be stored as basic data， and it can be used as important basic maps for new rural construction， village and town planning， emergency surveying and mapping support work， etc.

Key Words： UAV; Aerial survey; Land ownership confirmation; Working base map

在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)項(xiàng)目中，當(dāng)?shù)卣块T提供的地方影像圖大都比例尺較小，詳細(xì)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(jī)測繪技術(shù)具有使用成本低、反應(yīng)速度快、場地限制小、操作簡便靈活的優(yōu)勢，已成為目前農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記工作中大比例尺影像圖制作優(yōu)先使用的測繪手段。該文以粵北山區(qū)某縣農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記項(xiàng)目為例，探討無人機(jī)測繪在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記地圖制作及后續(xù)權(quán)屬調(diào)查中的應(yīng)用。

1? 總體工作流程

接收土地調(diào)查無人機(jī)航攝指令后，基于“天地圖”公眾服務(wù)平臺開展航攝規(guī)劃，基于DEM開展精確航線設(shè)計(jì)。選定適合的無人機(jī)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(zhì)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(jié)合像控測量成果生產(chǎn)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(diào)查;另一方面經(jīng)制圖整飾后現(xiàn)場輸出成紙質(zhì)底圖，供現(xiàn)場開展土地調(diào)查使用。無人機(jī)農(nóng)村土地調(diào)查工作底圖制作工作流程見圖1。

2? 無人機(jī)航空攝影

采用輕小型無人機(jī)航攝系統(tǒng)開展農(nóng)村土地調(diào)查需要根據(jù)任務(wù)要求快速規(guī)劃航攝區(qū)域，開展航線設(shè)計(jì)，精確計(jì)算攝區(qū)內(nèi)的曝光點(diǎn)坐標(biāo)、航攝高度和像控點(diǎn)數(shù)量，據(jù)此估算像控測量、影像處理所需的工期和人員、設(shè)備等的投入。到達(dá)現(xiàn)場后3 h內(nèi)完成不小于3 km2范圍的影像獲取任務(wù)，包括：開展優(yōu)于5～20 cm分辨率的航空遙感影像獲取，制訂像控點(diǎn)布點(diǎn)方案、實(shí)施像控測量，開展航攝影像現(xiàn)場質(zhì)量檢查、影像數(shù)據(jù)處理、制圖整飾與輸出，等等。

2.1 航攝規(guī)劃與設(shè)計(jì)

基于“天地圖”在線服務(wù)平臺的無人機(jī)現(xiàn)場航線快速規(guī)劃。在廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，根據(jù)土地調(diào)查地名信息或四至坐標(biāo)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(nóng)村土地調(diào)查區(qū)域的基本情況，劃定調(diào)查范圍并導(dǎo)出拐點(diǎn)坐標(biāo)。結(jié)合90 m分辨率數(shù)學(xué)高程模型（DEM）數(shù)據(jù)信息開發(fā)航攝設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)地形起伏自動調(diào)整曝光點(diǎn)之間的基線長度，避免產(chǎn)生航攝漏洞;生成設(shè)計(jì)報(bào)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(zhì)量檢查

航空攝影設(shè)計(jì)的覆蓋范圍和實(shí)際覆蓋范圍，并根據(jù)圖像匹配檢測航空攝影數(shù)據(jù)是否重疊。從機(jī)載記錄的曝光點(diǎn)信息文件中自動提取并同步顯示緯度和經(jīng)度信息，以及拍攝區(qū)域的航拍布局的拐點(diǎn)坐標(biāo)。如有必要，上傳航拍圖像數(shù)據(jù)以檢測航拍范圍;從機(jī)上記錄的曝光點(diǎn)提取高度信息，計(jì)算飛行區(qū)域的最大飛行高度差;使用快速圖像匹配算法來計(jì)算飛行區(qū)域和飛行區(qū)域之間的最大和最小重疊。

2.3 技術(shù)要求

與通過航空攝影獲得的圖像相比，在保證圖像重疊，保持圖像旋轉(zhuǎn)角度和保證路線曲率方面仍存在很大差距。與傳統(tǒng)航拍對航向和橫向重疊的嚴(yán)格技術(shù)要求相比，輕小型無人機(jī)主要保證了該區(qū)域最高點(diǎn)的航向和橫向重疊以及該區(qū)域最低點(diǎn)的圖像分辨率。

2.3.1 保證航向和旁向重疊度

在航空攝影設(shè)計(jì)中，可以適當(dāng)增加視野和側(cè)面的重疊程度。視場的重疊度通常設(shè)置在70%～80%之間，以確保拍攝區(qū)域地面上最高點(diǎn)的路徑的重疊度不小于60%;橫向重疊度一般設(shè)定為45%～50%，以確保地面在射擊區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)左右的重疊率不小于30%。

2.3.2 圖像分辨率保證

當(dāng)滿足1∶500、1∶1 000和1∶2000比例尺的制圖要求時，拍攝區(qū)域地面最低點(diǎn)的分辨率不小于0.05 m、0.1 m和0.2 m

2.3.3 保證數(shù)碼相機(jī)校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性

制作正射影像工作底圖時，必須對無人機(jī)攜帶的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行幾何校準(zhǔn)。校準(zhǔn)精度必須滿足以下要求：主坐標(biāo)點(diǎn)的誤差不超過10 μm，主距離的誤差不超過5 μm?；儾畹姆匠淌胶痛_定。調(diào)整系數(shù)值后，殘留失真差應(yīng)小于0.3像素。

3? 基于無人機(jī)影像的像控測量

3.1 布點(diǎn)方案

無人機(jī)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(diǎn)的布設(shè)方案存在差異。其重要的環(huán)節(jié)是計(jì)算像片控制點(diǎn)航向基線數(shù)跨度和旁向相鄰平面控制點(diǎn)的航線跨度，航向基線跨度的計(jì)算見公式（1）和（2）。

式中：ms為連接點(diǎn)（空三加密點(diǎn)）的平面中誤差;mh為連接點(diǎn)（空三加密點(diǎn)）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(quán)中誤差;n為航線方向相鄰平高控制點(diǎn)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：

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

（2）正確選擇與地面分辨率和像點(diǎn)量測精度密切相關(guān)的視差量測單位權(quán)中誤差，傳統(tǒng)膠片式航空攝影按照0.02 mm取值，這在數(shù)碼航攝中不再適用;通過統(tǒng)計(jì)，無人機(jī)數(shù)碼航空攝影視差量測的單位權(quán)中視差一般設(shè)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(diǎn)旁向間隔航線條數(shù)為零，即每條航線必須布點(diǎn)。

3.2 技術(shù)要求

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

4 無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理

4.1 示意工作底圖生產(chǎn)

利用無人機(jī)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(chǔ)上標(biāo)注宅基地的相關(guān)信息，以此作為統(tǒng)計(jì)宅基地?cái)?shù)量，計(jì)算生產(chǎn)地籍圖的工作量、投入調(diào)查人數(shù)和入戶調(diào)查工期的重要參考依據(jù)。

4.2 正射影像圖生產(chǎn)

基于無人機(jī)遙感影像的正射影像底圖制作方法是產(chǎn)生數(shù)字正射影像，這些步驟與用于正射影像制作的傳統(tǒng)航空影像基本相同。不同之處在于，在空三加密鏈路中，可以進(jìn)行并行處理以提高效率。在DEM的生產(chǎn)過程中，可以使用空三高精度航拍結(jié)果進(jìn)行自動密集組合，以生成高精度、高密度的數(shù)字表面模型（數(shù)字表面模型，DSM），然后將處理濾波為獲得高精度的DEM，可以使用生產(chǎn)過程高性能的切刀機(jī)無需手動收集特征線即可執(zhí)行分布式處理。在數(shù)字正射影像（DOM）的生產(chǎn)過程中，甚至可以同時進(jìn)行勻色和智能鑲嵌，從而提高了工作效率。

4.3 技術(shù)要求

表示作業(yè)底圖滿足圖像的幾何形狀和顏色要求。在幾何精度方面，盡管不需要很高的精度，但必須確保特征識別，尤其是建筑物識別精度，能夠滿足任務(wù)要求;在圖像細(xì)節(jié)方面，紋理清晰，層次豐富，并且不需要明顯的失真。道路和水系統(tǒng)重要特征（例如建筑物，建筑物和其他重要特征）沒有馬賽克和拼接的痕跡，并且房屋的邊緣不會變形。房屋和房屋，地塊和地塊可以清楚地區(qū)分開;在顏色和灰度分布方面，有必要確保圖像色調(diào)均勻且整體對比度適中，沒有明顯的顏色拼接痕跡，并且灰度直方圖呈正態(tài)分布。無人機(jī)遙感影像在地圖上產(chǎn)生的正射影像工作底圖平面位置誤差不超過6 mm，相鄰影像地圖的邊距誤差不超過2像素。

5? 結(jié)論

（1）使用無人機(jī)空中測量技術(shù)制作用于土地測量工作的基礎(chǔ)地圖具有優(yōu)于現(xiàn)場測量的無與倫比的優(yōu)勢。首先，它清晰直觀，使外業(yè)調(diào)查人員可以更精確地區(qū)分土地類型和邊界。其次，在底圖上標(biāo)記該屬性，從而大大節(jié)省了繪制草圖的時間，并提高了現(xiàn)場調(diào)查的效率。

（2）使用無人機(jī)航測技術(shù)制作土地測量工作的底圖不僅為核算外業(yè)界址點(diǎn)測量和權(quán)屬調(diào)查工作量提供了重要依據(jù)，而且所獲取的農(nóng)村地區(qū)圖像也可以存儲為基本數(shù)據(jù)。在需要時，它可以用作新農(nóng)村建設(shè)，城鎮(zhèn)規(guī)劃以及支持緊急測繪和測量的重要基礎(chǔ)圖。

（3）隨著無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展，與RTK或高精度POS系統(tǒng)集成的無人機(jī)可以快速生成正射影像工作底圖，而無需或僅需要幾個測得的地面控制點(diǎn)。這將進(jìn)一步提高農(nóng)村土地研究的效率。

（4）使用帶有無人機(jī)的航測技術(shù)制作土地測量工作的基礎(chǔ)圖不僅可以解決無資料地區(qū)農(nóng)村土地的集體所有權(quán)的確權(quán)，也可以用于相關(guān)區(qū)域的不動產(chǎn)登記、土地利用快速執(zhí)法監(jiān)測，在生態(tài)保護(hù)和環(huán)境監(jiān)測以及監(jiān)測礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中發(fā)揮積極作用。

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