無人機技術在農村土地承包經營權調查中的應用

沈鑫甦　張君陽

摘要：目前土地承包經營權調查項目使用的調查底圖主要獲取方式有衛星遙感，航空攝影測量，無人機低空攝影測量等，本文將對三種影像獲取方式的優缺點進行分析，并以我單位負責三門縣海山鄉土地承包經營權調查項目為例對無人機低空攝影測量技術進行重點介紹。

關鍵詞：無人機低空攝影測量；DOM（數字正攝影像）；衛星遙感；航空攝影測量；土地承包經營權調查；像控點；分辨率

目前土地承包經營權調查項目使用的調查底圖主要獲取方式有衛星遙感，航空攝影測量，無人機低空攝影測量等，三種方法各有優缺點，本文將對三種影像獲取方式的優缺點進行分析，并以我單位負責三門縣海山鄉土地承包經營權調查項目為例對無人機低空攝影測量技術進行重點介紹。

1項目的精度要求

1.1界址點精度

根據《農村土地承包經營權調查規程》中的相應規定，調查基本比例尺為1：2000圖解法測定界址點相對于鄰近控制點的點位中誤差和相鄰界址點間的間距中誤差不應超過±1.2米。兩倍中誤差為其限差，特殊困難地區放寬50%。

1.2面積精度

采用航測法、圖解法以及組合法中部分采用這兩種方法獲取界址點坐標的，其面積計算的相對誤差（計算地塊面積和實測地塊面積的較差與實測面積的比值）不應超過5%。面積計算相對誤差精度不能滿足要求的，應改用較高精度的測量方法以確保面積計算的精度。

2三種測量方法的精度分析

2.1衛星遙感

2.1.1衛星遙感的優勢：

（1）探測范圍大：航攝飛機高度可達10km左右；陸地衛星軌道高度達到910km左右。一張陸地衛星圖像覆蓋的地面范圍達到3萬多平方千米；（2）受地面條件限制少：不受大風等惡劣氣象條件的影響；（3）獲取資料的速度陜、周期短：以陸地衛星4、5為例，每16天可以覆蓋地球一遍；（4）成本相對較低：相對于航空攝影測量與低空無人機攝影測量，衛星遙感成本較低，且可充分利用剛結束的全國第一次國情普查數據。

2.1.2衛星遙感的缺點：

衛星遙感的主要缺點體現在數學精度方面，常見的衛星與影像成圖比例N2_間的對應關系如下表：

根據《農村土地承包經營權調查規程》中相關規定，結合實際項目中的實施情況，WorldView、Geoeye、QuickBird三種衛星影像在界址點精度上基本滿足規范要求，但是在地塊面積精度超限較多。結合項目中的實際情況，衛星遙感影像只適宜作為外業調查地圖，界址點與地塊面積仍然需要依靠傳統地面測量手段保證其精度。

2.2航空攝影測量

2.2.1航空攝影測量的優勢：

（1）探測范圍較大：航攝飛機高度可達10km左右，與無人機低空攝影測量相比，航空攝影測量的測量范圍較大；（2）受地面條件限制較少：與無人機相比，航攝飛機體型更大，飛行高度更高，飛行姿態更穩定，對大風等惡劣氣象條件的抵抗能力更強；（3）精度較高：與衛星遙感成圖相比，航空攝影測量成圖精度更高，已逐漸替代了傳統的地面測量方法，廣泛應用于1：2000數字成圖及4D產品的制作。根據之前其他縣市項目的實施情況，航空攝影測量方法采集的界址點精度及地塊面積精度均符合規范要求。

2.2.2航空攝影測量的缺點：

（1）成本較高：與無人機與衛星遙感相比，航空攝影測量在成本上沒有優勢；（2）現勢性較差：浙江屬于經濟發達地圖，土地利用現狀變化較為頻繁，調查過程中經常出現現狀與影像不符的情況，需要用傳統地面測量方法對變化區域進行補測。

2.3無人機低空攝影測量

2.3.1無人機低空攝影測量的優勢：

（1）精度高：由于無人機飛行高度更低，由公式：航攝比例尺=相機焦距/航高，可以得出，同樣的影像獲取設備，無人機成圖精度較航空攝影測量有較大優勢；（2）現勢性好：無人機較航空攝影測量相比，具有機動靈活的優點，當測區出現較大面積地形變化時，可以根據需要進行實時補測；（3）成本較低：無人機與傳統的航測飛機相比對起降場地要求低、飛行成本低。

2.3.2無人機低空攝影測量的缺點：

（1）測量范圍小：與航空攝影測量和衛星遙感相比，無人機飛行高度低，測量的范圍最小，導致相同的測區范圍，無人機低空攝影測量需要的相片數更多，影像處理的工作量較前兩種方法更大；（2）對抗惡劣氣象條件能力較差：無人機體型小，飛行高度低，在大風，暴雨等惡劣氣象條件下無法起飛，且飛行過程中飛行姿態不如傳統航攝飛機穩定。

3無人機低空攝影測量在項目中的具體應用

3.1項目概況

海山鄉位于玉環縣西北面，地處樂清灣中心地帶，面積81.26平方公里，其中陸域面積7.32平方公里，潮間帶海涂26.4平方公里，淺海47.50平方公里，分別占轄區的9%和32.5%和58.5%。本項目采用無人機航測系統對海山鄉主島及橫床島進行航測作業，制作高分辨率DOM。

3.2采用的無人機系統

3.2.1航飛平臺

采用武漢智能鳥KC1600型電動無人機作業，該款無人機采用鋰電池驅動，常規固定翼型布局，飛行姿態穩定，發射回收快捷。常規作業高度：300-1000m；最大飛行高度：3000m；最大續航時間1.5h

；巡航速度70km/h；抗風能力：114級。

3.2.2航攝儀

數碼航攝儀：索尼A7R；焦距：35mm；地面分辨率：9cm；像素大小：4.88μm；像幅大小：35.9mm×24mm；影像類別：真彩色；存儲設備：64G-SD卡；最大存儲量：>5000張；拍照模式：定距曝光。

3.3航線設計：此次的飛行來路線設計如下表，航線覆蓋海山鄉主島、橫床島。

3.4飛行質量控制

3.4.1航向重疊度保持在60%-80%，旁向重疊度保持在15%-60%。

3.4.2不應出現連續旋偏角過大的航線，旋偏角不大于15°，超過15°旋角的像片數不得超過分區像片總數的10%。

3.4.3同一航攝分區內的地形高差不得大于四分之一相對航高。

3.4.4航線彎曲度不大于3%，同一航線最大與最小航高差不應超過50m，相鄰航片航高差不應超過30m，實際航高與預定航高差不應超過預定航高的5%。

3.4.5航線的航向覆蓋應超出航線兩端各兩條基線；旁向覆蓋超出攝區邊界線不少于像幅的50%。

3.4.6像片傾角最大不超過12°，出現超過8°的片數不多于總數的10%。

3.4.7影像質量特別強調影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調一致。有較豐富的層次、能辨別與地面分辨率相適應的細小地物影像，滿足外業全要素精確調繪和室內判讀的要求。

3.5 DOM的生產

本項目采用PhotoMod軟件的GeoMosaic模塊進行正射影像的生產，GeoMosaic模塊完成DOM的勻光、鑲嵌和分幅裁切，并由Photoshop來完成DOM后期調色處理。DOM的生產流程如下圖：

3.6成果的數學精度

DOM生產完成后，選取兩個村（礁頭村、拋西村）的數據采用GNSS-RTK技術對界址點及地塊面積進行實地打點檢測，共檢測界址點89個其中（礁頭村58個、拋西村28個），界址點檢測中誤差為：礁頭村±18.4cm，拋西村±33.2cm，均小于《農村土地承包經營權調查規程》中規定的±120.0cm；共檢測地塊面積20塊，相對誤差最小為0.04%，最大為0.96%，均未超過5%。

由此可見，采用無人機低空攝影測量技術生產的DOM完全符合《農村土地承包經營權調查規程》的精度要求

結束語：目前，全國都在開展農村土地承包經營權確權登記頒證工作，大多數單位均用地面分辨率為0.5m的影像圖，有的影像圖清晰度比較高，有的影像圖清晰度比較低，影像圖清晰度比較低的很難保證農村土地承包經營權確權的正確性。相比于衛星遙感與航空攝影，無人機低空攝影測量技術以其成本低、精度高、機動靈活的特點多次用于農村土地確權工作。無人機低空攝影測量技術在獲取影像數據后，可通過像控點測設、空三加密直接獲取高清晰高精度的DOM數據，作為權屬調查的底圖，在保證精度的同時，降低了勞動強度，提高了工作效率，節約了人力物力，節省了經費。由此可見，無人機低空攝影測量技術在農村土地承包經營權確權項目中可以推廣應用。