史 經(jīng)，謝偉秋

(增城市城鄉(xiāng)規(guī)劃測繪院，廣東 增城 511300)

無人機航測技術(shù)在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)調(diào)查底圖制作中的應(yīng)用

史 經(jīng)，謝偉秋

(增城市城鄉(xiāng)規(guī)劃測繪院，廣東 增城 511300)

通過無人機航攝技術(shù)在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記工作調(diào)查底圖制作的實例應(yīng)用，論述了無人機航空攝影、像控點測量、空中三角測量、數(shù)字正射影像圖和地塊分布圖的制作等幾方面的技術(shù)流程和方法，以增城區(qū)北部派潭鎮(zhèn)的農(nóng)村承包土地為試點，探索無人機影像底圖的獲取、處理、調(diào)查及對地塊分布圖的制作方法，為相關(guān)部門開展確權(quán)登記頒證工作提供技術(shù)支持。

農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)；無人機航空攝影；像控點測量；空中三角測量；影像鑲嵌

Abstract： For application of the UAV aerial photography technology in the rural land contracting right base map production, this paper discusses the UAV aerial photography, the control point measurement, air triangulation, digital orthophoto map and block distribution of the production process and other aspects of technical processes and methods to Zengcheng North Pantan town of rural contracted land as a pilot to explore the unmanned aerial image base map for acquisition, processing, investigation and the production of soil distribution map methods, to carry out the right to provide registration and certification work to provide technical support for the relevant departments.

Keywords： rural land contracting right；unmanned aerial photography； photo-control-point survey；aerial triangulation；image mosaic

農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記是在一定時間內(nèi)對轄區(qū)土地承包經(jīng)營權(quán)所有權(quán)進行登記，將農(nóng)民承包地塊、面積、空間位置、權(quán)屬證書落實到戶，依法賦予農(nóng)民更加充分而有保障的土地承包經(jīng)營權(quán)。農(nóng)村土地調(diào)查底圖是土地確權(quán)工作的基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接關(guān)系到承包土地位置的準確性和面積的精確性，根據(jù)土地確權(quán)登記工作的需要，制作0.1 m分辨率的數(shù)字正射影像圖(DOM)，以滿足農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記工作中調(diào)查底圖的要求。

無人機航測技術(shù)用于承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)底圖制作工作，具有運行成本低、靈活性高、精細準確及獲取數(shù)據(jù)實時快速等特點，是繼衛(wèi)星遙感和航空攝影測量等之后的又一種重要的數(shù)字影像獲取途徑。近年來，無人機的低空攝影測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)域，無人機航攝獲取的影像分辨率可達0.04 m或更高，這使利用航攝影像能夠準確地掌握地籍相關(guān)信息，進而識別地塊和植物類型。但是，無人機通常采用非量測數(shù)碼相機，所獲取的像片邊緣存在非量測性、旋偏角和非線性光學畸變等問題，如何快速有效地解決這些問題，無疑是無人機數(shù)據(jù)處理技術(shù)的重點[1]。本文以增城區(qū)派潭鎮(zhèn)為例，探討微型無人機航攝技術(shù)獲取數(shù)字正射影像的技術(shù)流程和數(shù)據(jù)處理方法。

1 無人機航攝技術(shù)流程

無人機航測系統(tǒng)集成了無人駕駛飛行器、遙感、通信、GPS導(dǎo)航定位和IMU慣導(dǎo)等技術(shù)，主要由無人飛行平臺、載荷傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、地面站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共6部分組成[2]。其技術(shù)工作主要包括航區(qū)規(guī)劃、航空攝影、像控點采集和空三加密等，利用空三加密定向成果及匹配編輯數(shù)字高程模型對影像進行數(shù)字微分糾正，經(jīng)鑲嵌、調(diào)色、裁切等處理得到DOM成果數(shù)據(jù)[3]。最后利用外業(yè)調(diào)繪成果在影像上劃分矢量面數(shù)據(jù)。技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)底圖制作流程

2 應(yīng)用案例分析

2.1 無人機航空攝影

農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記測區(qū)位于增城區(qū)派潭鎮(zhèn)，屬于南方丘陵地(部分山地)，測區(qū)面積約60 km2，平均高程為65 m左右。搭載ILCE-5100，影像像幅為5616×3744像素，相機焦距為20.286 mm，像元為3.9 μm，旋偏角一般控制在15°以下[4]。

主要技術(shù)有以下幾點：

(1) 地面分辨率的選擇。根據(jù)成圖比例尺要求，結(jié)合分區(qū)的地形條件和測圖等高距等因素確定合適的地面分辨率，確定相對航高。本次航攝設(shè)計地面分辨率為0.1 m，飛行設(shè)定高度約500 m。

(2) 劃分航攝分區(qū)。滿足分區(qū)內(nèi)的地形高差不大于1/6的原則，結(jié)合飛機每個架次的飛行航程，劃定每個飛行架次的航攝區(qū)域[5]。由于行政村分散，本次航線設(shè)計共分10個架次。

(3) 航線設(shè)計。一般要求航線按東西向平行于圖廓線直線飛行，特定條件下也可按南北飛行或沿線路、河流、海岸飛行等，航線走向可根據(jù)飛行效率選用Z型法或套耕法。本次航攝選用Z型法劃分，共72條航帶，23 728張像片。

(4) 確定攝區(qū)基準面。微型無人機作業(yè)面積小，航線設(shè)計時可不考慮地球曲率變化，在作業(yè)攝區(qū)的最大高程值和最小高程值平均值的基礎(chǔ)上適當調(diào)整，確定攝區(qū)基準面。同一航線上相鄰像片的航高差不應(yīng)大于30 m，最大航高與最小航高之差不應(yīng)大于50 m，實際航高與設(shè)計航高之差不應(yīng)大于50 m[6]。

(5) 確定航攝合適的航向重疊度和旁向重疊度。微型無人機航攝主要以保證有效航向和旁向為主，即在滿足攝區(qū)內(nèi)最低點分辨率和最高點重疊度符合數(shù)據(jù)處理條件下，盡量控制重疊度指標。像片航向重疊度一般為60%～80%，最小不應(yīng)小于53%；旁向重疊度一般為15%～60%，最小不應(yīng)小于8%。本次試驗區(qū)設(shè)計像片航向重疊度為70%，旁向重疊度為50%。

(6) 根據(jù)攝區(qū)基準面高程、最高點高程、最低點高程、相對航高等計算攝區(qū)最高點的航向和旁向重疊度、最低點地面分辨率。當最小地面分辨率超過成圖要求的分辨率或最高點的重疊度小于規(guī)范要求時，必須改變地面分辨率，重新計算各參數(shù)，直到符合條件為止[7]。

2.2 像控點測量及精度估算

2.2.1 像控點測量

由于無人機集成了GPS和IMU系統(tǒng)，雖然精度較低，但可借助適宜的慣導(dǎo)輔助空中三角測量軟件，優(yōu)化和利用慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，以有效減少地面像控點數(shù)量。本次區(qū)域網(wǎng)共布設(shè)144個平高點，像控點的航線方向跨度為6條基線，旁向跨度為3條航線，相鄰航線的控制點相對錯開，分布形態(tài)呈品字形，控制點選擇在目標明確的地方[8]。選取5個人工地標點作為檢核點，用于后期驗證精度使用，檢核點和像控點距離一般在3條基線以上。

像控點采用CORS RTK連續(xù)運行衛(wèi)星定位的方法進行測量，每個點重復(fù)測量3次取平均值為測量成果，利用附近已有的GPS D級點作為檢核點，像控點平面中誤差為1.8 cm，高程中誤差為2.7 cm，滿足CORS測量精度要求。

2.2.2 連接點的中誤差估算

根據(jù)《低空航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》要求，像控點航向基線數(shù)跨度估算參考公式為

式中，ms為連接點(空三加密點)的平面中誤差；mh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視差量測的單位權(quán)中誤差；n為航線方向相鄰平面控制點的間隔基線數(shù)[9]。

無人機航攝的視差量測的單位權(quán)中誤差一般設(shè)定為2/3像元，本次航攝mq取0.005 mm，由上述公式估算出連接點的平面中誤差為0.09 m，高程中誤差為0.25 m，滿足規(guī)范GB/T 23236—2009規(guī)定的平面0.35 m和0.28 m的精度要求。

2.3 空中三角測量

空三加密是無人機影像處理的關(guān)鍵，也是整個處理流程中的難點，對后續(xù)成果的精度有直接影響。無人機影像像幅小、數(shù)量多，一個小的區(qū)域網(wǎng)就會有上千張影像，而且由于無人機飛行受外界條件影響，航向和姿態(tài)角的偏差較大，采用傳統(tǒng)的加密方法及軟件無法滿足要求。本次研究采用INPHO無人機專用模塊UAS Master軟件完成，由于無人機搭載的相機為非量測相機，其影像存在邊緣畸變，空三加密前需要對其進行畸變差矯正，通過UAS Master空中三角測量系統(tǒng)自動完成模型內(nèi)定向、提取加密點、相對定向、模型連接轉(zhuǎn)刺加密點和生成整個測區(qū)像點網(wǎng)，最后獲得空中三角測量成果[10]。基本定向點殘差及檢查點較差精度情況見表1。

表1 空中三角測量精度統(tǒng)計 m

作業(yè)區(qū)域網(wǎng)平差連接點上下視差保持在1個像素以內(nèi)(3.9 μm)，模型連接較差滿足規(guī)范要求?？刂泣c和檢查點均在立體觀測下準確量測，加密運算結(jié)果定向點和檢查點平面精度分別為0.195 m和0.188 m。

2.4 正射影像圖生產(chǎn)及技術(shù)要求

2.4.1 制作流程

采用UAS Master軟件將自動生成的數(shù)字表面模型(DSM)，通過測量添加的連接點和地面控制點進行分析和微調(diào)。從生成的點云創(chuàng)造的DSM通過內(nèi)插法、噪聲處理、邊緣建模及粗差檢測進行優(yōu)化，以呈現(xiàn)表面模型的豐富細節(jié)，輸出DEM成果。根據(jù)精編完成的DEM成果創(chuàng)建的DOM，經(jīng)勻光勻色、鑲嵌、調(diào)色處理后，最后得到正射影像數(shù)據(jù)。DOM制作的流程如圖2所示。

2.4.2 技術(shù)要求

(1) DOM影像鑲嵌。采用左、右航片的中心區(qū)域進行影像鑲嵌，片與片之間的色調(diào)保持均勻，反差適中，使影像無明顯鑲嵌痕跡，消除影像凹凸地物的投影差造成的變形和地物丟失現(xiàn)象。鑲嵌線盡量選擇在空闊地或道路上，避開高層建筑，以保證街區(qū)內(nèi)房屋的倒向基本一致，減少高層建筑之間的相互壓蓋[11]。

圖2 DOM制作流程

(2) DOM影像處理。影像截切后，應(yīng)對影像的重影、斑痕進行勻光和勻色處理，保證影像紋理清晰，色彩美觀，反差適中，整個測區(qū)的色調(diào)基本一致，糾正因鑲嵌出現(xiàn)的變形、拉伸和重影等現(xiàn)象。

(3) DOM影像接邊處理。本測區(qū)采用無縫鑲嵌技術(shù)，接邊差非常小，經(jīng)勻色勻光處理后，色調(diào)、反差和亮度可均勻過渡，接邊誤差不應(yīng)大于2個像元。

2.5 地塊分布圖的制作

根據(jù)農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)的權(quán)屬調(diào)查結(jié)果，用清華山維EPS2008平臺，導(dǎo)入精編后的數(shù)字正射影像(DOM)，劃分地塊界線的矢量面數(shù)據(jù)，再用ArcGIS For iOS的iPad平臺到與村民到實地調(diào)查，根據(jù)核實、確認的結(jié)果，經(jīng)過編輯和整理制作地塊分布圖，如圖3所示。

3 結(jié) 語

(1) 目前，農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記頒證工作，大多數(shù)單位用分辨率為0.5 m的衛(wèi)星影像圖作為工作底圖，影像清晰度難以保證確權(quán)的準確性，采用無人機航測遙感技術(shù)相對于衛(wèi)星影像，具有更高的地面空間分辨率，現(xiàn)勢性更強，機動靈活，在小范圍區(qū)域效果更加顯著。

圖3 農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)地塊分布圖

(2) 由于無人機的飛行姿態(tài)及GPS和IMU精度不如大飛機，存在影像像幅小、像片數(shù)量多、傾斜角大且傾斜方向沒有規(guī)律等問題，因此，通過外業(yè)適當增加像控點，可提高影像精度，在空三加密時，對軟件的算法和處理要求較高。

(3) 農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)的工作底圖是農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記發(fā)證順利進行的關(guān)鍵因素。因此利用無人機航攝獲取數(shù)字正射影像圖，可有效地保證成果的精度并提高工作效率，同時也豐富了工作底圖數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)手段，有助于推動農(nóng)村土地確權(quán)相關(guān)工作的順利開展。

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ApplicationofUnmannedAerialVehicleAerialSurveyTechnologyinBaseMapMakingforSurveyofRuralLandContractManagementRight

SHI Jing，XIE Weiqiu

(Zengcheng City and Rural Planning Surveying and Mapping Institute, Zengcheng 511300，China)

P23

A

0494-0911(2017)09-0092-04

史經(jīng)，謝偉秋.無人機航測技術(shù)在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)調(diào)查底圖制作中的應(yīng)用[J].測繪通報，2017(9)：92-95.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0295.

2017-01-11；

2017-05-08

史 經(jīng)(1979—)，男，碩士，高級工程師，主要從事工程測量與攝影測量工作。E-mail: shijinglake@163.com