作者簡(jiǎn)介：張勝（1981—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)橥恋毓芾怼?/p>

摘要：針對(duì)農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)的確權(quán)問(wèn)題，基于無(wú)人機(jī)航拍和攝影測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村土地面積、界址、位置和權(quán)屬方面的調(diào)查。首先，利用搭載光學(xué)相機(jī)的無(wú)人機(jī)航拍各個(gè)村落，獲取作業(yè)區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù)。其次，利用Inpho軟件對(duì)具有少量的地面控制點(diǎn)進(jìn)行空三加密，密集匹配生成數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM），地物對(duì)象濾除獲得數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），再進(jìn)行數(shù)字微分糾正，制作數(shù)字正射影像地圖（Digital Orthophoto Map，DOM）。最后，將DOM結(jié)合矢量圖、基本農(nóng)田保護(hù)等級(jí)的分類(lèi)，獲取土地邊界信息，確定經(jīng)營(yíng)權(quán)屬。試驗(yàn)測(cè)試表明，測(cè)點(diǎn)位置精度遠(yuǎn)高于農(nóng)村土地權(quán)屬調(diào)查中規(guī)定的精度要求。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)" DOM" 土地確權(quán)" 矢量圖采集

中圖分類(lèi)號(hào)：P231

Abstract： Aiming at the confirmation of rural land contractual management， this paper realizes the investigation of the area， boundary， location and ownership of rural land based on UAV aerial photography and photogrammetry. First， it uses UAVs equipped with optical cameras to take aerial photos of villages to obtain image data and corresponding POS data in the operation area. Secondly， it uses Inpho software to perform aerial triangulation to a small number of ground control points， generates a digital surface model （DSM） by dense matching， filters out ground objects to obtain a digital elevation model （DEM）， and then conducts digital differential correction to produce a digital orthophoto map （DOM）. Finally， it combines the DOM with vector diagrams and the classification of basic farmland protection grades to obtain land boundary information and determine management ownership. The experimental test shows that the location accuracy of measuring points is far higher than the accuracy requirements specified in the survey of rural land ownership.

Key Words：" UAV; DOM; Confirmation of land ownership; Vector diagram acquisition

農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)登記是將農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)的承包關(guān)系、承包地塊、面積、空間位置、用途、地類(lèi)、等級(jí)等情況記錄于專(zhuān)門(mén)的簿冊(cè)，以確定農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)。這是進(jìn)一步明晰土地承包關(guān)系、強(qiáng)化對(duì)土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)的物權(quán)保護(hù)、保持現(xiàn)有土地承包關(guān)系穩(wěn)定并長(zhǎng)久不變的根本手段[1]。另外，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)的一個(gè)重要前提是明晰農(nóng)村土地承包關(guān)系，明確參與流轉(zhuǎn)的主體，這是確保農(nóng)村土地合法有序流轉(zhuǎn)應(yīng)當(dāng)具備的一個(gè)基本條件。家庭承包地的轉(zhuǎn)讓和互換，以及其他方式承包的農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)，在客觀上都需要通過(guò)農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)登記來(lái)維護(hù)土地流轉(zhuǎn)市場(chǎng)的基本秩序，這不僅會(huì)提高農(nóng)村土地的利用率，促進(jìn)農(nóng)村土地資源的合理配置，還可以進(jìn)一步推動(dòng)和加快全省農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)的市場(chǎng)化進(jìn)程[2]。

近年來(lái)，隨著全球定位系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，全球定位系統(tǒng)測(cè)量變得更加精確，飛機(jī)變得更輕、更小。無(wú)人駕駛的航空測(cè)量逐步并廣泛地開(kāi)始應(yīng)用全球定位系統(tǒng)。本文利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)制作了測(cè)量地圖。無(wú)人機(jī)的飛行對(duì)起降環(huán)境的要求很低，它可以每天飛行多次，飛行空間很大。根據(jù)對(duì)基本地形圖的需要，以獲得原始圖像和數(shù)字影像，可以確定地面分辨率、高度、空中攝影等，從而為農(nóng)村地區(qū)土地承包合同快速登記提供了良好的基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)的使用，縮短了該項(xiàng)目的運(yùn)作周期，提高了工作效率。

1 試驗(yàn)區(qū)概況及作業(yè)流程

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)項(xiàng)目位于湖北省某市，總面積約1.8 km2。耕地分布一般為山谷壟田或平原，耕地分布相對(duì)分散，整體測(cè)區(qū)地形及耕地分布情況比較具有代表性，所以選擇該測(cè)區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過(guò)測(cè)試論證的工作技術(shù)方案有利于在全市其他區(qū)縣推廣。該試驗(yàn)區(qū)在圖像上可以清晰地區(qū)分田埂、田間道路、溝渠、池塘、山脊和居民區(qū)的邊界，有利于后期識(shí)別承包地。為此，在這一進(jìn)程中，我們采用將航空攝影測(cè)量結(jié)合、實(shí)地調(diào)查及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)（Real Time Kinematic，RTK），確定農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)及頒發(fā)經(jīng)營(yíng)權(quán)證書(shū)。通過(guò)使用固定翼飛機(jī)獲得真實(shí)顏色的原始圖像，制作DOM數(shù)據(jù)，以繪制底圖，從而縮短項(xiàng)目周期，獲取到測(cè)區(qū)圖。

1.2 作業(yè)流程

項(xiàng)目利用Pentax 645D數(shù)碼航空相機(jī)和采用固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)載POS進(jìn)行航拍，獲取作業(yè)區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù)，同時(shí)得到每張照片的外方位元素坐標(biāo)。

在空中三角測(cè)量作業(yè)過(guò)程中，我們利用INPHO軟件根據(jù)少量的地面控制點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行空三加密。空三精度滿足精度要求后，通過(guò)密集匹配生成數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM），再對(duì)DSM進(jìn)行濾波處理，編輯得到數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）[3]，再根據(jù)空三加密結(jié)果和DEM進(jìn)行數(shù)字微分糾正，制作數(shù)字正射影像地圖（Digital Orthophoto Map，DOM）。獲取土地邊界信息，在室內(nèi)作業(yè)工作中無(wú)法分辨出的地方，做出標(biāo)記，利用GPS進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，可以獲得更準(zhǔn)確的合同地塊邊界點(diǎn)坐標(biāo)。這種坐標(biāo)結(jié)合了航空測(cè)量和實(shí)地測(cè)量，將數(shù)據(jù)聚集在一起。DOM結(jié)合矢量圖、基本農(nóng)田保護(hù)等級(jí)的分類(lèi)，調(diào)查底圖，進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查。作業(yè)流程如圖1所示。

2 影像數(shù)據(jù)獲取與處理

作為項(xiàng)目的一部分，在試驗(yàn)區(qū)使用固定翼飛機(jī)和Pentax數(shù)碼相機(jī)，以獲得測(cè)區(qū)的真實(shí)原始影像和POS數(shù)據(jù)，極個(gè)別不連片的小面積復(fù)雜地區(qū)采用輕小型多旋翼無(wú)人機(jī)[4]。通過(guò)分析POS數(shù)據(jù)，可以獲得每個(gè)影像的外方位元素。利用北京CORS系統(tǒng)和GNSS-RTK系統(tǒng)，獲取像控點(diǎn)坐標(biāo)，與POS數(shù)據(jù)進(jìn)行空三測(cè)量作業(yè)，最后得到DOM在疊加其他農(nóng)田數(shù)據(jù)，生成調(diào)查所需底圖。

2.1 航線設(shè)計(jì)

在執(zhí)行飛行任務(wù)之前，所收集的大比例尺地形數(shù)據(jù)是基于現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)，而地形數(shù)據(jù)是根據(jù)實(shí)地需求中的制圖精確度設(shè)計(jì)的[5]。在此次實(shí)驗(yàn)中，采用75%的航向重疊設(shè)計(jì)、65%的旁向重疊設(shè)計(jì)和0.2 m的地面分辨率，計(jì)算了無(wú)人機(jī)的旁向間隔、基線長(zhǎng)度、飛行高度等相關(guān)飛行參數(shù)。局部航攝線路設(shè)計(jì)如圖2所示。

（1）采用專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)測(cè)試區(qū)的形狀，進(jìn)行航空攝影飛行，覆蓋整個(gè)測(cè)試區(qū)。（2）測(cè)量圖采用1：2000比例尺，0.2 m地面分辨率旨在確保路徑設(shè)計(jì)中的影像圖像質(zhì)量。（3）航向重疊度設(shè)計(jì)為75%，旁向重疊度設(shè)計(jì)為65%，旨在滿足后續(xù)的空三加密要求。（4）測(cè)試區(qū)共設(shè)計(jì)16條飛行航線。

2.2 像片控制點(diǎn)及檢查點(diǎn)的施測(cè)

對(duì)圖像控制點(diǎn)和控制點(diǎn)的聯(lián)合測(cè)量是利用由某地參考站連續(xù)系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行的，該技術(shù)計(jì)算了每個(gè)點(diǎn)三項(xiàng)觀測(cè)的平均值。在這一項(xiàng)目中，所有已建立的圖像控制點(diǎn)都是平高控制點(diǎn)，部分圖像控制點(diǎn)是在圖像控制點(diǎn)經(jīng)過(guò)測(cè)試、圖像控制點(diǎn)被用于檢查和檢查之后建立的，所有測(cè)量到的圖像控制點(diǎn)都符合空三加密的精度要求，局部控制點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

在完成圖像定位和圖像控制點(diǎn)的測(cè)量過(guò)程中，要從不同角度拍攝測(cè)量控制點(diǎn)的照片。

2.3 空三加密

該項(xiàng)目使用常用的航測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件INPHO進(jìn)行空三加密。該軟件在自動(dòng)匹配連接點(diǎn)時(shí)即使在沙漠或者森林這樣的地區(qū)，也有很強(qiáng)的功能。利用這些功能可以很好地進(jìn)行連接點(diǎn)匹配，先是根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)、添加攝像機(jī)參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。每一個(gè)數(shù)據(jù)的參數(shù)都是通過(guò)自動(dòng)匹配算法確定的，每一項(xiàng)任務(wù)都是通過(guò)平差程序處理的[5]。在與圖像匹配后，可以得到一份關(guān)于空三精度的報(bào)告。位置可分為：航帶內(nèi)的立體相對(duì)、航帶內(nèi)的三度連接以及航帶間的連接三個(gè)部分。

然后，在輸入計(jì)算的POS數(shù)據(jù)和圖像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將測(cè)區(qū)四角的控制點(diǎn)刺到影像上，進(jìn)行一次粗略的區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，再在控制點(diǎn)預(yù)覽中直接在對(duì)應(yīng)的影像中將其余像控點(diǎn)準(zhǔn)確地刺到相應(yīng)的位置。

2.4 正射影像制作

2.4.1 單張DOM生成

原始圖像將根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的結(jié)果和空中三角測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。然后選擇具有鮮艷顏色、均勻色調(diào)和亮度均勻的圖像生成DOM，再逐個(gè)生成單個(gè)DOM。

2.4.2 影像勻光勻色

影像處理既可以單個(gè)圖像處理，也可以整體均等地處理。模糊的圖像結(jié)果力求盡保持原始圖像的顏色、亮度和對(duì)比度，從而使圖像的整體色調(diào)保持一致。在實(shí)踐中，先對(duì)一張影像進(jìn)行勻光勻色得到色彩一致，以此作為樣本，在整個(gè)測(cè)區(qū)區(qū)域進(jìn)行均勻的勻光勻色處理，從而確保所有測(cè)區(qū)區(qū)域的處理結(jié)果一致[6]。

2.4.3 影像鑲嵌

加載全部單張DOM后，軟件根據(jù)自己相應(yīng)的模塊能自動(dòng)生成不交叉的鑲嵌線，搜索特征避開(kāi)密集的房屋，在房屋稠密地區(qū)進(jìn)行鑲嵌線的編輯。最好選擇沿地物邊界或變化緩慢的地區(qū)的鑲嵌線，以避免高差劇烈變化的地區(qū)和典型的建筑物。航空攝影圖像重疊較大時(shí)，保證地面上地物投影方向應(yīng)盡可能一致。在自動(dòng)生成鑲嵌線后檢查DOM是否拉花扭曲變形，不要有任何變形。在顏色一致的情況下，鑲嵌線兩側(cè)地物拼接自然，無(wú)明顯色差。

3 矢量圖采集與數(shù)據(jù)處理

本文中矢量圖的結(jié)果質(zhì)量對(duì)整個(gè)調(diào)查底圖的整體質(zhì)量以及外業(yè)實(shí)地調(diào)查的效率和質(zhì)量有重大影響。矢量地圖數(shù)據(jù)采集的工作通常是在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件系統(tǒng)上進(jìn)行的。在采集過(guò)程中，雖然不需要收集勘探區(qū)內(nèi)的所有地物，但只是一些具體的因素，原則上包括農(nóng)村道路、合同地塊邊界、溝渠、居民區(qū)、池塘、陡坎等，三維立體采集是對(duì)確定和可以判斷的地物和地貌要素進(jìn)行的，必須在測(cè)量標(biāo)志的中心正確地切掉物體的外輪廓線，并用規(guī)定的圖層和符號(hào)正確地繪制。如果三維地物圖像不清晰或位置不確定，應(yīng)做好標(biāo)記，供野外工作驗(yàn)證和補(bǔ)充測(cè)量。精確測(cè)量可為下一步工作提供完整的數(shù)據(jù)。野外工作收集完成后，移交現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查核實(shí)。

本項(xiàng)目的立體采集工作由航天遠(yuǎn)景采集工作站完成?？杖用芡瓿珊?，將空三成果導(dǎo)入該系統(tǒng)。由于從無(wú)人駕駛航空器的空中拍攝中獲得的高分辨率和高清晰度DOM，收集的圖像覆蓋面較低。這非常有利于影像的室內(nèi)判讀工作。在立體視覺(jué)狀態(tài)下，可以清晰地看到承包地的邊界、道路邊緣、山脊、溝渠和居民區(qū)的輪廓線，認(rèn)清地形的起伏。對(duì)于陡坡，給予區(qū)分陡坡的上行下行的高路程。田埂清晰可見(jiàn)，承包地的邊界可以被直接采集。如果無(wú)法區(qū)分同一土地類(lèi)型和山脊，那么需要在野外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集。

道路、河流等邊界線可以在立體狀態(tài)下精確采集。對(duì)內(nèi)部行業(yè)無(wú)法準(zhǔn)確判斷和繪制的地物，可以進(jìn)行野外測(cè)繪，然后采集數(shù)據(jù)信息，確定影像圖。

3.1 田塊信息數(shù)據(jù)

田塊數(shù)據(jù)是矢量圖的一個(gè)重要部分，也是整個(gè)項(xiàng)目執(zhí)行工作的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。這些圖像顯示了每種作物的情況，因此，我們很容易根據(jù)顏色區(qū)分不同作物。在平原上，大部分作物是水稻，相同影像特征的可以劃分為一個(gè)地塊。當(dāng)同一土地類(lèi)型、同一作物、同一生長(zhǎng)趨勢(shì)在影像圖上無(wú)法區(qū)分時(shí)，只有在現(xiàn)場(chǎng)才能區(qū)分，通過(guò)實(shí)測(cè)法補(bǔ)充和區(qū)別。勘測(cè)員與村長(zhǎng)委派村民開(kāi)展指界工作，根據(jù)指界工作確定的承包地之間的邊界點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果繪制在測(cè)量圖中，如圖3所示。

3.2 調(diào)查工作底圖制作

將所得到的結(jié)果，也就是權(quán)屬圖再按照《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》的要求作圖修剪，形成矢量圖形，一套DOM數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)用地信息按行政區(qū)收集，并在1：2000比例尺的范圍內(nèi)調(diào)查。

在工作過(guò)程中，使用一個(gè)完整的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)確定立體區(qū)塊的界限。從而獲得比制圖方法更高的精度，且精度完全滿足規(guī)范要求。

圖4顯示了采集地塊圖、矢量圖和實(shí)地圖像的重疊情況。

3.3 數(shù)據(jù)接邊及數(shù)據(jù)入庫(kù)

外部調(diào)查完成后，數(shù)據(jù)方面應(yīng)由另一方初步匯總外部結(jié)果，并根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，以便圖形能順利接上邊。內(nèi)業(yè)矢量化后，調(diào)整直到確保數(shù)據(jù)的唯一性和完整性。工作人員應(yīng)在將修正數(shù)據(jù)重新輸入登記冊(cè)之前公布這些數(shù)據(jù)。將宗地屬性表、締約方資料單和承包人的數(shù)據(jù)重新輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在全國(guó)范圍內(nèi)無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)多次應(yīng)用于農(nóng)村土地確權(quán)工作，其技術(shù)已經(jīng)成熟，不僅成果精度遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)量方式，而且工作耗時(shí)大大縮短，減輕了農(nóng)村基層管理人員的工作量，節(jié)約了人力物力成本，在農(nóng)村土地確權(quán)工作中值得推廣。同時(shí)，隨著北斗高精度 GNSS 技術(shù)的日趨成熟，北斗高精度無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)利用多頻 GNSS 接收機(jī)對(duì)飛機(jī)姿態(tài)和航攝路徑進(jìn)行載波觀測(cè)，輔助原有無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)中 POS 數(shù)據(jù)，提高了定位數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。采用 GNSS 輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，大幅減少了像控點(diǎn)的數(shù)量，將精度控制指標(biāo)分解到無(wú)人機(jī)航測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的高精度測(cè)繪。傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)航測(cè)正在被北斗高精度無(wú)人機(jī)航測(cè)取代，以其高機(jī)動(dòng)性、高性價(jià)比及高安全性服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié)。

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