無人機技術在邢臺市農村土地承包經營權頒證項目中的實踐與應用

劉慎棟，張成林，徐耀漢，盧杰英

(1.河北省地礦局第十一地質大隊，河北 邢臺054000;2.金華測繪院，浙江 金華321000)

一、引 言

本文利用美國Trimble公司的UX-5小型電動無人機獲取高分辨率低空正射影像，并將其應用于農村土地承包經營權的確權底圖制作。以邢臺地區某鄉約79 km2的范圍為任務區域，依照1∶1000比例尺的成圖精度利用無人機搭載Sony NEX-5R相機進行航拍獲取正射影像圖(DOM)，該任務飛行用于邢臺市農村土地承包經營權項目，并對最終分辨率進行精度檢測。結果表明，最后成果平面精度滿足農村土地承包經營權項目的應用，且其效率明顯高于傳統GPS測量方法。因此，無人機航測應用于農村土地承包經營權頒證項目是可行的。

二、無人機低空正射影像獲取

無人機飛行過程中數碼相機的姿態是影響拍攝影像重疊度的關鍵因素，在風速較大的情況下，應增加固定相機姿態的穩定平臺。此外，由于數碼相機的數據量很大，目前還很難實現拍攝影像的實時傳輸，拍攝的影像數據存儲在相機的大容量存儲卡中。DOM制作主要包括空中三角測量、影像采集、內業處理等內容。

1.像控點布設

測區內布設的區域控制網采用區域周邊布設平高點的方式，沿航向間隔每3～4條基線布設一個平高點，沿旁向間隔航線布設1個平高點，區域中心布設1個平高點。區域內每3～4條基線布設1個高程點。像控點選在影像清晰的明顯地物點、地物拐角點、接近正交的線狀地物交點或固定的點狀地物上，實地辨認誤差小于圖上0.1 mm。當刺點目標與位置不能兼顧時，以目標為主。高程點選在局部高程變化較小且周圍較平坦地區，像控點在相鄰像片上均清晰可見，且選擇最清晰的1張作主刺片。本次任務所用無人機有POS系統提供曝光時刻高精度外方位元素，方便進行IMU(慣性測量裝置)輔助空三測量，校正之后的影像能保證較高的絕對定位精度。根據任務要求，坐標系統采用2000國家大地坐標系(CGSC2000)，使用河北省衛星定位綜合服務系統(CORS)按照規范要求觀測像控點坐標及高程。

2.無人機影像采集

本次任務采用的是美國Trimble公司的UX-5小型電動無人機，其主要技術參數為:起飛質量約2.5 kg，巡航速度約 80 km/h，相對飛行高度為 75～750 m。該系統操作簡單，輕便靈活，適用于小型測繪項目。無人機上搭載了Sony NEX-5R微單相機，配備福倫達定焦鏡頭。由于航拍相機是非量測相機，相機存在較大的鏡頭畸變、像主點偏移等誤差，因此相機參數的標定是非常關鍵的環節，其標定結果的精度及算法的穩定性直接影響相機工作產生結果的準確性。本文中所采用的相機檢校工作由專業相機檢校機構完成，并提供相關檢校報告。

無人機拍攝獲取的影像為中心投影，要進行實際應用必須對影像進行正射校正并最終拼接成圖，獲得整個測區的DOM。與傳統的衛星傳感器、機載傳感器相比較，姿態穩定度相對較差是無人機影像的主要特點，這也是影響其定位精度的主要因素。目前商用軟件的一般做法是采用POS輔助光束法空三。無人機影像定位的主要步驟是首先依據相機檢校文件確定相機檢校參數，同時結合GPS/INS(全球定位系統/慣導系統)提供的相機成像時刻的外方位元素和外方位角元素，進行POS輔助空中三角測量。

無人機航拍時間為2015年3月30日—4月15日。風力小于5級，天氣晴朗，能見度高，飛行采用彈射起飛、自動航線規劃、自動降落模式，總計飛行26架次，每架次飛行約45 min。

飛行前先利用無人機作業手簿自帶的Aerial Imaging軟件下載衛星影像，進行架次規劃與外業起降點選擇。

3.無人機影像內業處理

目前，無人機航拍影像處理軟件主要有ERDAS/LPS、SocetSet、Inpho、Pix4UAV 等，本次任務采用的是Inpho UASMaster軟件。主要步驟包括:

1)首先準備相機檢校參數，然后進行航攝像片、控制點、航線等數據的導入。

2)軟件首先從輸入的影像中提取相當數量的連接點(如圖1所示)，這些連接點結合POS數據，參與空三計算，得到每一張航拍影像的準確外方位元素和加密點的坐標;然后進行點云加密，生成三維點云，以提高DEM和DOM的分辨率和準確性;得到DEM之后，進行數字微分糾正，將原始影像拼接校正成DOM。

圖1 提取連接點

3)處理結束后，查看UASMaster輸出的精度報告并瀏覽校正拼接后的DOM成果，檢查拼接校正精度是否到達應用要求，平常精度高達0.205像素。

4)輸出的結果包括測區的DEM和DOM。對所有架次DOM進行拼接，相鄰架次拼接良好。

5)外業精度檢測，通過GPS外業實測，平面及高程精度良好(如圖2所示)，滿足1∶1000比例尺DOM精度要求。

圖2 平面及高程精度檢測

三、結束語

在農村土地承包經營權的項目中，無人機航測技術與衛星影像相比，具有更高的地面空間分辨率，時效性更強，克服了傳統GPS測量效率低下的缺點。本文從無人機影像獲取與處理方法、幾何校正精度、達到的分辨率等方面對無人機應用于農村土地承包經營權頒證項目進行了研究，探討了無人機應用于此類項目的可行性及所能達到的精度。