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

中圖分類號： P231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）16-0026-04

為了更好地解決“三農(nóng)”問題，根據(jù)現(xiàn)有的土地承包合同和農(nóng)村集體土地所有權(quán)的登記結(jié)果，全國開展了農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記證明工作。這次登記工作的主要任務(wù)由于過去技術(shù)條件落后，農(nóng)村集體土地所有制范圍內(nèi)的每戶都屬于農(nóng)村集體土地所有制范圍，在承包宗地的數(shù)量、分布、面積等方面存在邊界和面積不準(zhǔn)確等問題，通過頒發(fā)農(nóng)村土地合同登記證書，采用新技術(shù)和新方法解決土地分配不明確和合同記錄不充分的問題，農(nóng)民獲得了合同證書的法律效力，從而進(jìn)一步改進(jìn)了現(xiàn)有的土地合同登記制度[1]。編制地塊分布圖和勘察信息公示表，對發(fā)包人和承包人進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查，更正勘誤、調(diào)查地圖利用了調(diào)查審查結(jié)果、公布調(diào)查結(jié)果和建立數(shù)據(jù)庫。近年來，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)測量變得更加精確，飛機(jī)變得更輕、更小。這導(dǎo)致在無人駕駛的航空測量中逐步和廣泛地應(yīng)用全球定位系統(tǒng)。

本文利用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)制作了測量地圖。無人飛機(jī)的飛行對起降環(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)土地承包合同登記的迅速發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。無人機(jī)航空攝影技術(shù)的使用，并縮短了該項(xiàng)目的運(yùn)作周期，使這項(xiàng)工作在工作效率方面取得了重大進(jìn)展。

1 試驗(yàn)區(qū)概況與作業(yè)流程

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)項(xiàng)目位于北京市延慶區(qū)，總面積約1.8 km²。耕地分布一般為山谷壟田或平原，耕地分布相對分散，整體測區(qū)地形與耕地分布情況比較具有代表性，所以選擇該測區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過測試論證的工作技術(shù)方案有利于在全省其他縣市推廣。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，有利于后期對承包地的識別，為此，在這一進(jìn)程中，筆者采用將航空攝影測量結(jié)合、實(shí)地調(diào)查及RTK 實(shí)測法，確定農(nóng)村土地包經(jīng)營權(quán)與頒發(fā)經(jīng)營權(quán)證書。首先，可以通過使用固定翼飛機(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。

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)。

在空中三角測量作業(yè)過程中，筆者利用INPHO 軟件根據(jù)少量的地面控制點(diǎn)對其進(jìn)行空三加密，在空三精度滿足精度要求后，通過密集匹配生成DSM，再對DSM 進(jìn)行濾波處理[2]，編輯得到的DEM，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（DOM）。獲取土地邊界信息，在室內(nèi)作業(yè)工作中無法分辨出的地方，做出標(biāo)記，利用GPS 進(jìn)行現(xiàn)場測量，可以獲得更準(zhǔn)確的合同地塊邊界點(diǎn)坐標(biāo)，即合同地塊邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，這種坐標(biāo)結(jié)合了航空測量和實(shí)地測量，將數(shù)據(jù)聚集在一起[3]。DOM 結(jié)合矢量圖、基本農(nóng)田保護(hù)等級的分類，從而出調(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，筆者在試驗(yàn)區(qū)使用固定翼飛機(jī)和Pentax 數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行，以獲得測區(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人機(jī)。通過分析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 和GNSSRTK系統(tǒng)，獲取像控點(diǎn)坐標(biāo)，與POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行空三測量作業(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[4]。

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。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)算了無人機(jī)的旁向間隔、基線長度、飛行高度等相關(guān)飛行參數(shù)。局部航攝線路設(shè)計(jì)具體見圖2。

2.2 像片控制點(diǎn)與檢查點(diǎn)的施測

對圖像控制點(diǎn)和控制點(diǎn)的聯(lián)合測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)觀測的平均值[5]。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)過測試、圖像控制點(diǎn)被用于檢查和檢查之后建立的，所有測量到的圖像控制點(diǎn)都符合空三加密的精度要求。

在完成圖像定位和圖像控制點(diǎn)測量過程中，從不同角度拍攝測量控制點(diǎn)的照片，并從不同角度拍攝照片。

2.3 空三加密

該項(xiàng)目使用常用的航測數(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)即使在沙漠地區(qū)，例如森林，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。首先是根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)、添加攝像機(jī)參數(shù)并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。每一個(gè)數(shù)據(jù)的參數(shù)都是通過自動(dòng)匹配算法確定的，每一項(xiàng)任務(wù)都是通過平差程序處理的。在與圖像匹配后，可以得到一份關(guān)于空三精度的報(bào)告，該位置可分為3 個(gè)部分：航帶內(nèi)的立體相對、航帶內(nèi)的三度連接與航帶間的連接。

在輸入計(jì)算的POS 數(shù)據(jù)和圖像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的過程中，首先將測區(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，然后在控制點(diǎn)預(yù)覽中可直接在對應(yīng)的影像中將其余像控點(diǎn)準(zhǔn)確地刺到相應(yīng)位置。

2.4 正射影像制作

原始圖像將根據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)的結(jié)果和空中三角測量結(jié)果進(jìn)行校正，然后選擇具有鮮艷顏色、均勻色調(diào)和所有亮度均勻的圖像來生成DOM，然后逐個(gè)生成單個(gè)DOM。

在鑲嵌之前，首先使圖像的顏色、色調(diào)均勻，并且詳細(xì)處理鑲嵌線附近的地物和鑲嵌線兩側(cè)的顏色的轉(zhuǎn)變。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)果力求盡可能保持原始圖像的顏色、亮度和對比度，從而使圖像的整體色調(diào)保持一致。在實(shí)踐中，首先對一張影像進(jìn)行勻光勻色得到色彩一致，以此作為樣本，在整個(gè)測區(qū)區(qū)域進(jìn)行均勻的勻光勻色處理，從而確保所有測區(qū)區(qū)域的處理結(jié)果一致。

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，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。

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)量對整個(gè)調(diào)查底圖的整體質(zhì)量與外業(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影測量軟件系統(tǒng)上進(jìn)行的。在采集過程中，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，三維立體采集是對確定和可以判斷的地物和地貌要素進(jìn)行的，必須在測量標(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)充測量，應(yīng)精確測量可見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)場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查核實(shí)[6]。

該項(xiàng)目的立體采集工作采用航天遠(yuǎn)景采集工作站來完成，空三加密完成后，將空三成果導(dǎo)入該系統(tǒng)。由于從無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，非常有利于影像的室內(nèi)判讀工作。在立體視覺狀態(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，承包地的邊界可以直接采集。如果無法區(qū)分同一土地類型和山脊，需要在野外進(jìn)行現(xiàn)場采集。

道路、河流等邊界線可以在立體狀態(tài)下精確采集。對內(nèi)部行業(yè)無法準(zhǔn)確判斷和繪制的地物，可以進(jìn)行野外測繪，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，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)同一土地類型、同一作物、同一生長趨勢在影像圖上無法區(qū)分時(shí)，只有在現(xiàn)場才能區(qū)分，通過實(shí)測法來補(bǔ)充和區(qū)別。勘測員與村長委派的村民開展指界工作，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)場測量，并將現(xiàn)場測量結(jié)果繪制在測量圖中，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《國家基本比例尺地圖圖式》（GB/T 20257.1-2017）的要求，進(jìn)行作圖修剪，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)劃收集，并在1∶2 000比例尺的調(diào)查圖中打印。

在工作過程中，使用了一個(gè)完整的數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)來確定立體區(qū)塊的界限。從而獲得了比制圖方法更高的精度。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)接邊與數(shù)據(jù)入庫

外部調(diào)查完成后，數(shù)據(jù)方面應(yīng)由另一方匯總外部結(jié)果，進(jìn)行初步匯總，并根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，以便在圖形能夠順利接上邊。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。

4 土地權(quán)屬調(diào)查精度分析

本文對無人機(jī)攝影測量技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對生產(chǎn)測量技術(shù)進(jìn)行了概括，制作調(diào)查底圖，精度完全滿足規(guī)范要求，無人機(jī)航空技術(shù)應(yīng)用于土地勘測技術(shù)路線、準(zhǔn)確方法是可行的，可大大減少現(xiàn)場作業(yè)成本，縮短作業(yè)時(shí)間。結(jié)合目前存在的問題，在日常土地調(diào)查工作中，結(jié)合不同的條件，采用多旋翼低空攝影和固定翼攝影相結(jié)合的方式，可以較高地適應(yīng)于不同的情況，對于大范圍的航攝還是采用固定翼航攝，對于較小地形復(fù)雜的條件則采用多旋翼設(shè)備，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整航高，從而更快地完成作業(yè)。通過比較幾種常見作業(yè)方法，無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以在項(xiàng)目生產(chǎn)中提高3 倍的作業(yè)效率。