無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在線性工程土地勘測(cè)定界中的應(yīng)用探討

文小勇　毛忠安

摘 要：目前，土地勘測(cè)定界測(cè)繪方法仍然較為傳統(tǒng)，仍然沒有相關(guān)人員研究此領(lǐng)域。文章嘗試將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路用地手續(xù)辦理的土地勘測(cè)定界中，創(chuàng)造性的將用地界樁、權(quán)屬調(diào)查、地類調(diào)查數(shù)字化于圖紙上。在大比例尺帶狀地形圖上進(jìn)行簽字蓋章，作為數(shù)據(jù)制作的基礎(chǔ)資料進(jìn)行再入庫(kù)。不僅可以有效防止“搶栽、搶建、搶種”現(xiàn)象的發(fā)生，還可以最大限度的避免征地糾紛，讓土地權(quán)利人直觀地看到征地界線位置。同時(shí)，大大節(jié)省建設(shè)用地報(bào)批時(shí)間，為建設(shè)用地合法化提供了時(shí)間保障。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影；土地勘測(cè)定界；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P272 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0175-04

Abstract： At present， the land survey boundary mapping method is still more traditional， there is still no relevant personnel to study this field. This paper attempts to apply the UAV tilt photography technology to the land survey and demarcation of the high-speed railway land use formalities， and creatively digitizes the land boundary pillars， the property right survey and the land category survey on the drawings. The large scale strip topographic map should be signed and stamped as the basic information for data production and then put into the database. It can not only effectively prevent the occurrence of the phenomenon of "urgent planting， building and growing"， but also avoid land expropriation disputes to the maximum extent， so that the land owners can see the location of the land expropriation line intuitively. At the same time， it greatly save the construction land approval time， to provide a time guarantee for the legalization of construction land.

Keywords： UAV tilting photography； land survey demarcation； application

引言

土地勘測(cè)定界是農(nóng)轉(zhuǎn)用、建設(shè)用地報(bào)批的必經(jīng)階段。在黨的十九大以及十三五規(guī)劃的宏偉藍(lán)圖、行動(dòng)綱領(lǐng)指導(dǎo)下，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)正以跨越式速度穩(wěn)步前進(jìn)。但是，隨著科學(xué)用地要求以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的日臻成熟，各種建設(shè)用地出現(xiàn)了“未批先用、批而不用”等不合理現(xiàn)象，致使較多項(xiàng)目難以落地，制約交通、能源、水利等大型項(xiàng)目開展的瓶頸日益凸顯。土地勘測(cè)定界傳統(tǒng)測(cè)量雖能較高精度的完成，但耗費(fèi)人力、時(shí)間、資源成本較大。目前，針對(duì)土地勘測(cè)定界項(xiàng)目，大多沿用傳統(tǒng)測(cè)繪，還沒有將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于此類項(xiàng)目。本文嘗試將此技術(shù)應(yīng)用于土地勘測(cè)定界，外業(yè)權(quán)屬、地類調(diào)查前，形成大比例尺地形圖，然后實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)指界、簽字等土地勘測(cè)定界流程，大大縮減了成本、提高了專業(yè)水準(zhǔn)、解放了勞動(dòng)力，同時(shí)，航測(cè)形成的大比例尺地形圖配合工程用地紅線，制作后期工程進(jìn)度圖，可以實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全面監(jiān)控。經(jīng)過預(yù)設(shè)點(diǎn)位中誤差對(duì)比分析，使用此方法完全可以達(dá)到1：2000勘測(cè)定界要求，為建設(shè)用地報(bào)批提供一套成熟的方案。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

1.1 攝影測(cè)量發(fā)展

攝影測(cè)量是利用光學(xué)攝影機(jī)獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關(guān)系，經(jīng)過處理獲取所需信息。主要在各種比例尺地形圖測(cè)制，地形數(shù)據(jù)庫(kù)建立，為各種地理信息系統(tǒng)、土地信息系統(tǒng)以及各種工程應(yīng)用提供空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。攝影測(cè)量技術(shù)從模擬到解析，從解析到數(shù)字，再?gòu)恼龜z到傾斜，得到了跨越式發(fā)展。截至目前，利用搭載RTK設(shè)備的無人機(jī)進(jìn)行低空傾斜攝影，通過搭載多臺(tái)不同角度的傳感器，以視角大、分辨率高優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于測(cè)繪大比例尺地形圖。

1.2 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（常用的為五鏡頭相機(jī)）。同時(shí)采集垂直、傾斜等不同角度的影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角獲取的四組拍攝影像稱為斜片。它結(jié)合了無人飛行平臺(tái)所搭載的GPS/IMU系統(tǒng)，獲取拍攝瞬間的POS數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，軟件處理后獲取“數(shù)字表面模型、數(shù)字正攝影像和三維模型”的一種新型攝影測(cè)量技術(shù)（圖1）。因?yàn)閮A斜攝影能夠提供更好的視角去觀察建筑物側(cè)面，更好的生成側(cè)面紋理，使得傾斜影像相比垂直影像有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。目前，無人機(jī)傾斜攝影計(jì)算在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理、三維城市建模等方面已經(jīng)嶄露頭角，初顯優(yōu)勢(shì)。其在水利、國(guó)土、應(yīng)急測(cè)繪等多行業(yè)的應(yīng)用正待深度普及，掌握前沿科技、核心技術(shù)將會(huì)為企業(yè)發(fā)展帶來更多機(jī)遇。這也給土地勘測(cè)定界提供了一種新的研究方向，如何將線型工程地形圖測(cè)繪的精度提高，用于土地勘測(cè)定界，正是本文研究的目的。

2 土地勘測(cè)定界

土地勘測(cè)定界是指在當(dāng)?shù)貒?guó)土資源管理部門的組織下，涉及勘測(cè)定界單位與用地單位及用地范圍內(nèi)各土地權(quán)屬單位相互協(xié)調(diào)、配合的工作。在進(jìn)行勘測(cè)定界工作之前，應(yīng)在當(dāng)?shù)貒?guó)土資源管理部門的組織下，收集用地范圍內(nèi)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查及城鎮(zhèn)地籍調(diào)查資料、收集各土地權(quán)利人的權(quán)屬證明材料，實(shí)地調(diào)查用地范圍內(nèi)的土地權(quán)屬、土地類別、土地權(quán)利人狀況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行放樣及測(cè)量工作，并撰寫建設(shè)用地勘測(cè)定界技術(shù)報(bào)告書，編繪勘測(cè)定界圖。因此在進(jìn)行勘測(cè)定界工作之前要做好的周密的準(zhǔn)備工作，尤其在組織協(xié)調(diào)工作中，要做好人員分工，以便快速準(zhǔn)確的完成土地勘測(cè)定界任務(wù)。

2.1 測(cè)繪基準(zhǔn)及投影

坐標(biāo)系采用CGCS2000坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；采用高斯克呂格3°帶投影，投影面為0，中央子午線與當(dāng)?shù)赝恋乩矛F(xiàn)狀庫(kù)參數(shù)一致成圖比例尺為1：2000。

2.2 作業(yè)依據(jù)

《土地勘測(cè)定界規(guī)程》、《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》、《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》、《集體土地所有權(quán)調(diào)查技術(shù)規(guī)定》等。

2.3 作業(yè)程序

土地勘測(cè)定界工作是項(xiàng)目實(shí)施工作中的重要環(huán)節(jié)。為確保工作符合技術(shù)規(guī)程要求的精度及進(jìn)度，必須有條不紊地按內(nèi)容的先后順序開展工作，才能達(dá)到預(yù)期目的。按照土地勘測(cè)定界工作的特點(diǎn)和規(guī)律，將其工作分為準(zhǔn)備工作階段、外業(yè)工作階段、內(nèi)業(yè)工作階段、成果檢查驗(yàn)收及歸檔四個(gè)階段。具體流程如下圖2。土地勘測(cè)定界，主要任務(wù)在組織協(xié)調(diào)。如果協(xié)調(diào)到位，分地指界、權(quán)屬測(cè)量、地類認(rèn)定等工作都是測(cè)量學(xué)基本內(nèi)容，相對(duì)簡(jiǎn)單。外業(yè)調(diào)查、外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)整理，各司其職、井條有序才能做到效率高、服務(wù)水平高，才能為建設(shè)單位、為自己?jiǎn)挝还?jié)省開支，提高利潤(rùn)。從土地勘測(cè)定界定義、流程及要求上可以看出，攝影技術(shù)應(yīng)用于土地勘測(cè)定界具有可操作性，將無人機(jī)傾斜攝影用于此領(lǐng)域具有較高的研究?jī)r(jià)值。

3 傾斜攝影技術(shù)在土地勘測(cè)定界中的應(yīng)用

土地資源是人類賴以生存的家園，中國(guó)作為世界上人口最多的國(guó)家，人均耕地很是貧瘠。因此，十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地已經(jīng)成為我國(guó)的基本國(guó)策。各級(jí)人民政府應(yīng)當(dāng)采取措施，全面規(guī)劃，嚴(yán)格管理，保護(hù)、開發(fā)土地資源，嚴(yán)禁非法占用土地的行為。針對(duì)線性工程涉及權(quán)屬單位、權(quán)利人眾多，用地范圍又相對(duì)較窄的情況，本論文創(chuàng)造性的將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于線性工程的土地勘測(cè)定界中，打破了已往的“征地?cái)?shù)據(jù)獲取→用地界樁埋設(shè)→現(xiàn)場(chǎng)指界→權(quán)屬調(diào)查→外業(yè)測(cè)量→內(nèi)業(yè)制圖→提交成果”的傳統(tǒng)模式。將“現(xiàn)場(chǎng)指界、權(quán)屬調(diào)查”綜合于內(nèi)業(yè)處理，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)配套網(wǎng)絡(luò)RTK、千尋定位系統(tǒng)等新興技術(shù)，快速、精準(zhǔn)的提取線性工程的大比例尺帶狀地形圖，通過“內(nèi)業(yè)+外業(yè)+內(nèi)業(yè)”的模式，形成最終的建設(shè)用地報(bào)批數(shù)據(jù)。

3.1 大比例尺帶狀地形圖制作

本次研究以鐵路用地項(xiàng)目的勘測(cè)定界為例，測(cè)繪鐵路沿線500m范圍內(nèi)帶狀地形圖。

首先，資料收集。根據(jù)初步設(shè)計(jì)或者施工圖紙收集鐵路沿線控制點(diǎn)及點(diǎn)之記、已有地形圖、土地利用現(xiàn)狀庫(kù)、土地利用總體規(guī)劃庫(kù)等已有資料。將征地紅線和土地利用現(xiàn)狀圖套合，初步統(tǒng)計(jì)占地情況，制定飛行方案并申請(qǐng)空域；根據(jù)鐵路線型、飛機(jī)性能、1：2000的勘界成果要求，明確航高、架次、拍攝間隔、航向及旁向重疊等參數(shù)。其次，數(shù)據(jù)采集。按照線路走向，在線路兩旁埋設(shè)足夠數(shù)量的像控點(diǎn)，像控點(diǎn)的埋設(shè)要符合要求；根據(jù)制定好的飛行方案，開展地形數(shù)據(jù)采集。再次，內(nèi)業(yè)處理。通過空三加密、多視影像聯(lián)合平差、多視影像密集匹配、數(shù)字表面模型生成、正攝影像糾正進(jìn)行可視化處理，最終得到三維傾斜模型。最后，調(diào)繪補(bǔ)測(cè)及成圖。征地紅線兩側(cè)500m范圍內(nèi)有云霧遮擋、飛行質(zhì)量不好等影像不清楚的進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。根據(jù)1：2000做圖要求，完成圖面整飾（圖3）。

3.2 權(quán)屬調(diào)查的內(nèi)業(yè)處理

線狀地形圖成圖后，套合征地紅線，組織進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查、土地利用類型調(diào)查。在圖紙上可以清晰的看到每一塊土地的利用類型，以及土地權(quán)利人判別權(quán)屬界線的道路、田坎等。勘測(cè)定界時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)踏勘后在地形圖上標(biāo)示權(quán)屬界線（圖4），涉及土地權(quán)利人在界線兩邊簽字。條件成熟后，可以由熟悉本村土地情況人員，直接在圖紙上進(jìn)行權(quán)屬界線劃定工作，有疑問地方再至現(xiàn)場(chǎng)踏勘。另外，紙質(zhì)化的圖紙可以保存指界、地類認(rèn)定、簽字等原始檔案。

根據(jù)圖紙上劃定的權(quán)屬界線進(jìn)行數(shù)據(jù)再入庫(kù)，制作征地紅線內(nèi)權(quán)屬界線數(shù)據(jù)層；根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GBT 21010-2017）標(biāo)準(zhǔn)，制作土地利用類型數(shù)據(jù)層。在ArcGIS中，利用疊加分析功能整理處每一個(gè)地塊信息，作為勘測(cè)定界技術(shù)報(bào)告基礎(chǔ)資料。圖4豎向?qū)嵕€是由實(shí)地指界再入庫(kù)制作的權(quán)屬界線，很好的與影像中道路邊緣（即實(shí)際權(quán)屬界線）重合，在精度、可行性及便利性等方面都得到了驗(yàn)證。

3.3 成果可靠性比對(duì)分析

將圖紙上劃定權(quán)屬界線、土地利用類型界線，同時(shí)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，均在誤差范圍內(nèi)（相關(guān)參數(shù)見表1、2），可以滿足1：2000勘測(cè)定界需求。

為了檢驗(yàn)此方法的平面精度，一共實(shí)地測(cè)量了20個(gè)平面檢查點(diǎn)，各檢查點(diǎn)平面精度見上表2所示。根據(jù)ΔX、ΔY和ΔS數(shù)據(jù)，依據(jù)中誤差公式求解出檢查點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差mΔS，

按TD/T 1001-2012《地籍調(diào)查規(guī)程》要求，界址點(diǎn)精度分為三級(jí)，其中一級(jí)±5cm、二級(jí)±7.5cm、三級(jí)±10cm（表3）。將各檢驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)位誤差代入上式計(jì)算，可知檢驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為6.8cm，符合相關(guān)規(guī)范要求。特別是大型線性工程，涉及較多的用地為農(nóng)村土地，其界址點(diǎn)精度可參考三類執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)獲取影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)，利用Smart3D軟件進(jìn)行空三處理，生成真實(shí)三維模型，制作地形圖。在地形圖上劃定權(quán)屬界線、土地利用類型界線，土地權(quán)利人在權(quán)屬界線兩邊簽字后進(jìn)行數(shù)據(jù)再入庫(kù)的方法，將實(shí)地量測(cè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)和基于三維模型生成地形圖中檢查點(diǎn)的平面坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了該方法可以滿足 1：2000勘測(cè)定界的要求。這種利用傾斜攝影技術(shù)制作大比例尺地形圖，疊加建設(shè)用地征地紅線后，在紙質(zhì)地圖上分地、指界、勾繪地類圖斑（輔以外業(yè)補(bǔ)測(cè)）進(jìn)行數(shù)據(jù)再入庫(kù)的方法，為加快土地批復(fù)、合法利用土地提供了一種新的方法。

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