基于無人機(jī)傾斜攝影及Skyline平臺的自然資源統(tǒng)一確權(quán)

邵 飛，王富海

(1.山東省林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)南250101； 2.濟(jì)南新綠豪設(shè)計公司，山東 濟(jì)南250101)

1 引言

近年來，隨著遙感及航空攝影技術(shù)的快速發(fā)展，森林資源監(jiān)測、森林防火、病蟲害防治、確權(quán)登記、自然保護(hù)地管理等領(lǐng)域都開展了無人機(jī)技術(shù)運(yùn)用。 尤其是自2019年國家啟動自然資源確權(quán)登記工作以來，為改變傳統(tǒng)調(diào)查登記模式，解決確權(quán)登記信息多元化問題，提高外業(yè)效率，降低外業(yè)強(qiáng)度，特別是地形復(fù)雜、人員難以到達(dá)地區(qū)，很多地區(qū)探索開展了自然資源統(tǒng)一確權(quán)三維登記。 一方面，可為確權(quán)登記提供了基礎(chǔ)影像資料，另一方面，傾斜攝影測量三維重建是當(dāng)前攝影測量與計算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，它將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)景三維大數(shù)據(jù)。 輕小型無人機(jī)在獲取對地光學(xué)影像具有輕型、快速的特點(diǎn)優(yōu)勢，它提供了常規(guī)遙感、航攝方式不能給予的多元信息。 借助于Skyline 平臺，能夠?qū)⒌V產(chǎn)資源登記統(tǒng)計數(shù)據(jù)、管制關(guān)聯(lián)信息數(shù)據(jù)、生態(tài)保護(hù)紅線、國家審批數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、高精度實(shí)景三維模型、傳統(tǒng)不動產(chǎn)權(quán)籍等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，將自然資源管理延伸至三維空間、歷史變化、地上地下等多維度。 本文數(shù)據(jù)主要獲取了2016年濟(jì)南市重點(diǎn)礦山確權(quán)相關(guān)資料。

2 模式比較分析

2.1 傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源登記模式

在確權(quán)登記外業(yè)調(diào)查核實(shí)方面，傳統(tǒng)登記模式主要是基于二維影像圖，實(shí)際工作中常常會遇到登記單元或區(qū)域位置偏僻、礦區(qū)難以攀爬、人員徒步難以到達(dá)、整體宏觀影像不全、資源類型及邊界難以辨識等問題。在數(shù)據(jù)庫方面，傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源登記庫類型比較多，主要采用礦產(chǎn)資源儲量登記庫、儲量統(tǒng)計庫、儲量利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)庫、探礦權(quán)數(shù)據(jù)庫、采礦權(quán)數(shù)據(jù)庫等多個數(shù)據(jù)庫。 在數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)及流程方面，傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源登記以最新的正射影像及第三次國土調(diào)查成果為基礎(chǔ)， 在工作底圖上疊加各類專項(xiàng)調(diào)查成果、礦產(chǎn)資源儲量估算范圍、礦產(chǎn)地范圍及探礦權(quán)、采礦權(quán)、自然保護(hù)地邊界范圍線，同時，關(guān)聯(lián)自然資源登記單元內(nèi)的公共管制和特殊保護(hù)等資料，制作不低于1:10000 比例尺工作底圖； 然后根據(jù)工作底圖，按照登記單元劃定原則，合理劃定登記單元，開展內(nèi)業(yè)調(diào)查、外業(yè)調(diào)查核實(shí)、數(shù)據(jù)入庫審核等流程，最終完成登記發(fā)薄。

2.2 三維礦產(chǎn)資源登記模式

基于Skyline 的三維登記管理平臺具有強(qiáng)大的分析、管理功能，相信在不久的將來，可以逐漸發(fā)展成為自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記平臺的主要趨勢。 目前，隨著無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用，傾斜攝影系統(tǒng)采用仿地飛行等技術(shù)手段，保障了礦產(chǎn)資源實(shí)景三維模型精度，可以提供相對于傳統(tǒng)虛擬可視化三維模型更加直觀、更加真實(shí)的實(shí)景三維數(shù)據(jù)。 調(diào)查人員及指界人員可以直觀地通過實(shí)景三維模型，對自然資源類型、自然狀況、權(quán)屬邊界進(jìn)行識別分析，進(jìn)行初步判斷，為進(jìn)一步核實(shí)提供第一手分析資料數(shù)據(jù)，可以大大減少工作量，實(shí)現(xiàn)外業(yè)核實(shí)工作精準(zhǔn)度。 同時，也解決了外業(yè)人員爬溝過坎、跋山涉水的問題，并且可以延展對接未來地下三維空間模型。

3 精度分析

調(diào)查人員利用無人機(jī)在試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行了多次航攝試驗(yàn)，基于實(shí)景三維進(jìn)行矢量化，獲取了傾斜影像分辨率和矢量化成果精度對照如下表1 所示。 實(shí)際研究表明傾斜實(shí)景三維的精度程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足礦產(chǎn)資源確權(quán)圖解法獲取相鄰界址點(diǎn)的間距誤差不大于圖上0.3 mm，圖上允許誤差0.6 mm，實(shí)測法界址點(diǎn)相對于臨近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差和相鄰界址點(diǎn)的間距誤差不大于±10 cm，允許誤差不大于±20 cm 的要求。

表1 低空傾斜影像分辨率與實(shí)景三維成圖精度對照表Table 1 Comparison table between resolution of low-altitude tilt image and accuracy of real-life 3D mapping

4 礦產(chǎn)三維登記系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)例

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文實(shí)景三維登記系統(tǒng)采用由數(shù)據(jù)服務(wù)器和調(diào)查登記管理登記系統(tǒng)兩部分組成的B/S 架構(gòu)，數(shù)據(jù)服務(wù)器使用Oracle 11G R1+Skyline 平臺管理后臺數(shù)據(jù)，采用JavaScript 二次開發(fā)。數(shù)據(jù)源主要包括探明儲量的礦產(chǎn)資源調(diào)查成果，傾斜攝影實(shí)景三維等多源大數(shù)據(jù)，數(shù)字航空影像數(shù)據(jù)（DOM）、數(shù)字地面高程模型（DEM）以及地名地址、元數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，永久基本農(nóng)田劃定成果、生態(tài)保護(hù)紅線成果、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界等公共管制信息數(shù)據(jù)。

4.2 精度檢測

本文利用D2000 傾斜攝影無人機(jī)，采用仿地飛行，獲取了礦產(chǎn)資源調(diào)查區(qū)1.5 cm 分辨率傾斜影像，參考登記單元范圍利用ContextCapture 自動化建模技術(shù)制作地表礦產(chǎn)資源實(shí)景三維模型。 對模型進(jìn)行了質(zhì)量檢查，實(shí)測了40 個礦產(chǎn)資源區(qū)地物特征點(diǎn)，與實(shí)景三維解析同名點(diǎn)進(jìn)行精度比對，如下表2 所示：

表2 實(shí)景三維測圖精度統(tǒng)計表Table 2 Precision Statistics of Real scene 3D

4.3 功能介紹

本文礦產(chǎn)資源三維登記管理調(diào)查系統(tǒng)，基于Skyline 平臺采用JavaScript 進(jìn)行開發(fā)。主要功能包括礦產(chǎn)資源登記管理、查詢檢索、空間量測、統(tǒng)計匯總、立面及剖面分析、淹沒分析、開采動態(tài)監(jiān)測等功能，如下圖4、5 所示。

圖4 礦產(chǎn)資源方量分析

圖5 基于Skyline 的實(shí)景三維礦山登記管理調(diào)查系統(tǒng)

5 結(jié)論

自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記類型涉及水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等多源數(shù)據(jù)，本文通過高精傾斜實(shí)景三維數(shù)據(jù)探索礦產(chǎn)資源三維登記管理系統(tǒng)，基于Skyline 平臺，建立了融合礦產(chǎn)資源調(diào)查、登記、管理等多功能的三維平臺，創(chuàng)新了傳統(tǒng)地表礦產(chǎn)資源登記管理模式，有效解決了數(shù)據(jù)銜接不統(tǒng)一、不同步、效率不高等問題，構(gòu)建了數(shù)據(jù)云大腦，基于后臺多樣算子調(diào)用服務(wù)的形式，構(gòu)建三維登記管理系統(tǒng)將是未來三維登記模式探索的方向。