A3數字航空攝影測量系統在土地確權中的優勢

韓丹 康冰鋒 魯翔

摘 要：VisionMap A3是集航空攝影和數據處理為一體完全自動化的航空測繪系統。從該系統相機參數及數據處理流程分析，結合實際項目執行結果，該系統具有高效的數據獲取，較少的像控布設，一體化航測的生產流程的作業優勢。通過精度檢驗，生產出高精度的數據產品滿足農村土地確權對工作底圖的要求，為農村土地確權提供時效性強、分辨率高、信息豐富、高精度的工作底圖，確保確權發證工作高效進行。

關鍵詞：A3 航空攝影 土地確權 一體化生產 精度

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0019-03

Abstract：VisionMap A3 aerial Photogrammetry System is a fully automatic system with aerial photography and data process. We analyzed the system camera parameters、data processing flow and the actual project verification， the system was good at high efficiency acquisition， less GCP， integrated all the processes of production. These advantages lead to the high precision products. After quality inspection， the result showed it can meet the requirements of the land right verification works. It can provide maps with timeliness， high resolution， information-rich， high-precision， ensure to work efficiently of right verification and certification.

Key Words： A3；Aerophotography；Land rightverification；Systematic production；Accuracy

農村土地調查的任務要求查清承包地塊的名稱、面積、四至、空間位置、土地用途等信息，并建設土地承包數據庫和信息系統，建立集影像、圖形、權屬為一體的農村土地承包管理信息數據庫和管理信息系統[1]。

航空攝影測量技術為農村集體土地確權登記發證工工作提供了便捷的手段，本文根據A3自動化航空測繪和測圖系統的特點，結合四川某山區土地確權項目，驗證了A3在土地確權中的優勢。

1 A3系統介紹

A3數字成像系統是以色列VisionMap公司新推出的一款長焦距數字航攝系統，它包括一個顛覆傳統相機設計采用擺動式掃描方式的寬幅航空數碼相機與地面自動化數據處理系統（LightSpeed）。從數據獲取到數據生產實現全自動化過程，得到一系列產品。

1.1 相機優勢

A3數字攝影測量相機比傳統的攝影測量相機有著更高效的數據獲取能力主要表現在以下幾個方面。

（1）旋轉步階框幅式的相機，相機擺幅超過100°，旁向重疊達到56%以上，影像重疊數目越大，前方交會的精度就越高；從平差理論來說，就是多余觀測數越多，平差結果的精度和可靠性就越高。所有影像同時進行前方交會，平面和高程方向的交會精度都會達到最高[2]，保證了攝影測量光束法區域平差的精度，使相連兩條航線的間距最大化。

（2）300mm的長焦距保證在比較高的飛行高度下，能夠獲取高分辨率的數據。

根據航高計算公式[3]可以得出為獲取同等分辨率的數據，在像元尺寸相差不大的情況下，焦距越大，航高越高。

航高計算公式：

式（1）中：

H為攝影航高，單位為m；

f為鏡頭焦距，單位為mm；

a為像元尺寸，單位為mm；

GSD為地面分辨率，單位為m。

通過公式（1）和表格可以看出，在同一地區，為獲取相同分辨率數據，A3的大焦距使得它可以飛的更高，地面幅寬更大，獲取數據的效率越高，同時，在給定條件下A3飛行高度高，對于空域申請、飛行管控也較為有利。

（3）所有的Frame，包括垂直的和傾斜的，作為基本平差單元都參加光束法區域網平差計算，在全區域內統一進行平差處理，解算出每張像片的外方位元素，然后按多片前方交會計算出加密點地面坐標。

（4）相機并不需要任何外部穩定設備，相機內安裝了一個輕型精確運動補償的機械設備-通過安裝在設備內部光學器件上可傾斜運動的小鏡子，完成了線性和角度的補償[4]，運動補償的設計是為了補償相機的快速的旋轉速度，確保在快速飛行器中安裝使用。

1.2 數據處理優勢

（1）地面處理系統和相機緊密的連在一起，自動化程度很高，航飛數據下載后，運行完數據預處理后，用戶指定成果數據和規格，系統自動進行空中三角測量、光束法區域網平差，空三處理過程是純粹的攝影測量算法[5]。

（2）較大的旁向重疊度以及A3特有的光束法區域網平差算法自動處理計算，每張相片間上百萬個連接點，所以僅需少量控制點就可以滿足成果精度要求。

（3）通過立體影像的全自動影像匹配生成DSM，進行人工濾波后生DEM和正射影像圖[6]。

（4）系統可以完成自校正，相機參數自動計算，減少了由于日常維護所造成的停機所造成的損失。

2 工程概況

2.1 航攝數據獲取情況

自2014年01月03日至2014年01月18日總計飛行3個架次，采用塞斯納208飛機搭載A3相機作業，作業高度為3800m，合計獲取航攝面積1742km2。有效測區面積1382.32km?。完成有效面積占項目總要求面積的100%。地面分辨率0.08m，相對航高3243m，絕對航高3800m，航向重疊度73%，旁向重疊度60%，航線間隔為1100m。航攝數據獲取效率高。

2.2 像控布設情況

根據以往項目經驗，本測區范圍均勻布設了16個控制點，平均86m2布設一個像控點。A3僅需少量的控制點就能達到國家測繪標準要求，與傳統航攝相比大大減少了內業、外業的工作量，提高了工作效率，節約成本。

2.3 一體化生產DOM

通過A3系統自帶的光速地面處理系統（LightSpeed）完成數據預處理、色彩校正、空中三角測量及區域網平差、生產點云數據、人工濾波、正射糾正、鑲嵌線自動編輯、鑲嵌、裁切等工作。

2.3.1 預處理及空三

航飛數據下載后，對數據進行解壓、色彩校正、航帶排序、刪除黑邊等預處理工作，為空三工作做好準備。

本項目采用差分GPS加上控制點的方式（DGPS+GCP），利用多影像匹配自動轉點技術得到的影像連接點坐標可用作原始觀測值，數以百萬計的連接點參與區域網平差計算。同一個地物點在多達數十幅影像上響應，自動連接點匹配精度高[7]。再加上嚴密的光束法區域網整體平差方法，空三的整體精度得以保證。

自動化空三處理完成后，使用均勻分布整個測區野外實測的36個檢查點，對整個Session空三精度檢查，滿足1∶1000山地空三檢查點誤差要求。

2.3.2 DEM生產

A3的點云來源于區域網平差，每一個點都是由多張重疊影像采樣計算而得，本項目用于糾正DOM的點密度為2m，數據格式為Las。

由于基于影像匹配的局限性，無法穿透樹冠、房屋等遮蓋，影像匹配點云有時無法獲取精確的DEM，而只能獲取DSM[7]，再通過TerraSolid軟件進行地面點分類，精化匹配點云的高程，生產高精度DEM產品。

2.3.3 生產DOM產品

（1）自動拼接：系統基于影像識別技術，通過獨創的軟件算法，自動生產鑲嵌線，正確率高達90%以上。

（2）生產DOM產品：自動生成的鑲嵌線經人工質檢合格后，根據項目要求裁切輸出1∶1000標準分幅DOM產品，分辨率為成果格式為GeoTiff。

3 成果DOM質檢

利用野外實測36個檢查點對DOM平面精度進行抽樣查，誤差情況如下表所示。根據《CH/T 9008.3-2010 基礎地理信息數字成果1∶500、1∶1000、1∶2000數字正射影像圖》規范要求，1∶1000 DOM成果中誤差為0.6m，最大誤差1.2m。A3生產的DOM滿足農村土地確權對工作底圖的要求。

4 結語

本項目成果經第三方質檢合格，并通過甲方的驗收。通過對此項目成果分析總結可認為：

（1）利用A3生產的1∶1000 DOM精度符合國家規范要求，農村土地確權工作可以根據DOM成果準確計算出承包地塊的面積、四至、空間位置。

（2）A3的高效率、高精度成果產品精度完全符合農村集體土地所有權確權登記發證工作任務重、時間緊的需要，保證確權資料準確、真實、可靠，切實維護農民權益，推進了農村集體土地所有權確權登記發證工作的順利進行。

參考文獻

[1] 中華人民共和國農業部.NY/T 2537—2014農村土地承包經營權調查規程[S].北京：中國農業出版社，2014.

[2] 張永軍，張勇.大重疊度影像的相對定向與前方交會精度分析[J].武漢大學學報：信息科學版，2005，30（2）：126-130.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 27920.1-2011數字航空攝影規范第1部分：框幅式數字航空攝影[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al.Visionmap A3-Super Wide angle Mapping System Basic Principles and Workflow[A].ISPRS Congress[C].2008：1735-1740.

[5] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al. VisionMap A3-The New Digital Aerial Survey and Mapping System[A].Fig Working Week[C].2009.

[6] 李健，劉鳳德，趙利平.基于影像特征點、線整體匹配的DSM自動生成[J].測繪科學，2007，32（4）：96-97.

[7] 鄧芳，韓丹，康冰鋒，等.A3數字成像系統在城市大比例尺測圖中的應用研究[J].測繪，2017，40（3）：125-127.

[8] 馮帥.影像匹配點云與機載激光點云的比較[J].地理空間信息，2014，12（6）：82-83.