面向農村土地確權的無人機航測系統分析及應用流程研究

李名哲

摘? 要：利用無人機航測技術生產土地調查工作底圖具有實地調查不可比擬的優勢。該文探討了基于無人機航測的土地確權底圖制作相關技術流程，論文首先分析了當前無人機航測的技術基礎，進而探討了適用于土地確權工作的底圖制作的無人機航攝系統的性能要求，結果表明。利用無人機航測技術生產土地調查工作底圖，不僅為核算外業界址點測量和權屬調查工作量提供了重要依據，獲取的農村地區影像亦能作為基礎資料保存，必要時可將其作為新農村建設、村鎮規劃、應急測繪保障工作等的重要基礎圖件。

關鍵詞：無人機? 航測? 土地確權? 工作底圖

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）01（c）-0015-04

Abstract： Using UAV aerial survey technology to produce land survey work base map has incomparable advantages in field survey. This paper discusses the relevant technical process of land ownership confirmation base map based on UAV aerial survey. Firstly， the paper analyzes the technical basis of UAV aerial survey， and then discusses the performance requirements of UAV aerial photography system suitable for land ownership confirmation. The results show that the production of land survey base map by using UAV aerial survey technology is not only for providing an important basis for the measurement of industrial sites outside the accounting and the workload of ownership investigation， but also the acquired images of rural areas can be stored as basic data， and it can be used as important basic maps for new rural construction， village and town planning， emergency surveying and mapping support work， etc.

Key Words： UAV; Aerial survey; Land ownership confirmation; Working base map

在農村土地承包經營權確權項目中，當地政府部門提供的地方影像圖大都比例尺較小，詳細程度不夠，時效性不足，無法直接作為工作底圖，常常需要重新生成正射影像圖。

無人機測繪技術具有使用成本低、反應速度快、場地限制小、操作簡便靈活的優勢，已成為目前農村土地承包經營權確權登記工作中大比例尺影像圖制作優先使用的測繪手段。該文以粵北山區某縣農村土地承包經營權確權登記項目為例，探討無人機測繪在農村土地承包經營權確權登記地圖制作及后續權屬調查中的應用。

1? 總體工作流程

接收土地調查無人機航攝指令后，基于“天地圖”公眾服務平臺開展航攝規劃，基于DEM開展精確航線設計。選定適合的無人機飛行平臺開展航空攝影，獲取航攝影像。現場檢查數據質量，主要包括航攝數據覆蓋完整性檢查、重疊度檢查以及影像色彩方面的檢查。現場處理航攝數據，形成攝區DEM、鑲嵌影像圖，結合像控測量成果生產攝區正射影像圖等成果，一方面可利用電子版數據成果作為工作底圖開展土地調查;另一方面經制圖整飾后現場輸出成紙質底圖，供現場開展土地調查使用。無人機農村土地調查工作底圖制作工作流程見圖1。

2? 無人機航空攝影

采用輕小型無人機航攝系統開展農村土地調查需要根據任務要求快速規劃航攝區域，開展航線設計，精確計算攝區內的曝光點坐標、航攝高度和像控點數量，據此估算像控測量、影像處理所需的工期和人員、設備等的投入。到達現場后3 h內完成不小于3 km2范圍的影像獲取任務，包括：開展優于5～20 cm分辨率的航空遙感影像獲取，制訂像控點布點方案、實施像控測量，開展航攝影像現場質量檢查、影像數據處理、制圖整飾與輸出，等等。

2.1 航攝規劃與設計

基于“天地圖”在線服務平臺的無人機現場航線快速規劃。在廣域網絡環境下，根據土地調查地名信息或四至坐標等信息，利用遙感影像、地圖和三維數據成果快速摸清農村土地調查區域的基本情況，劃定調查范圍并導出拐點坐標。結合90 m分辨率數學高程模型（DEM）數據信息開發航攝設計軟件，根據地形起伏自動調整曝光點之間的基線長度，避免產生航攝漏洞;生成設計報表，快速了解航攝面積、四至范圍、航攝高度、航線數、影像數、總航程等信息，以便合理規劃航攝時間和數據處理時間。

2.2 影像質量檢查

航空攝影設計的覆蓋范圍和實際覆蓋范圍，并根據圖像匹配檢測航空攝影數據是否重疊。從機載記錄的曝光點信息文件中自動提取并同步顯示緯度和經度信息，以及拍攝區域的航拍布局的拐點坐標。如有必要，上傳航拍圖像數據以檢測航拍范圍;從機上記錄的曝光點提取高度信息，計算飛行區域的最大飛行高度差;使用快速圖像匹配算法來計算飛行區域和飛行區域之間的最大和最小重疊。

2.3 技術要求

與通過航空攝影獲得的圖像相比，在保證圖像重疊，保持圖像旋轉角度和保證路線曲率方面仍存在很大差距。與傳統航拍對航向和橫向重疊的嚴格技術要求相比，輕小型無人機主要保證了該區域最高點的航向和橫向重疊以及該區域最低點的圖像分辨率。

2.3.1 保證航向和旁向重疊度

在航空攝影設計中，可以適當增加視野和側面的重疊程度。視場的重疊度通常設置在70%～80%之間，以確保拍攝區域地面上最高點的路徑的重疊度不小于60%;橫向重疊度一般設定為45%～50%，以確保地面在射擊區域內最高點左右的重疊率不小于30%。

2.3.2 圖像分辨率保證

當滿足1∶500、1∶1 000和1∶2000比例尺的制圖要求時，拍攝區域地面最低點的分辨率不小于0.05 m、0.1 m和0.2 m

2.3.3 保證數碼相機校準的準確性

制作正射影像工作底圖時，必須對無人機攜帶的數碼相機進行幾何校準。校準精度必須滿足以下要求：主坐標點的誤差不超過10 μm，主距離的誤差不超過5 μm。畸變差的方程式和確定。調整系數值后，殘留失真差應小于0.3像素。

3? 基于無人機影像的像控測量

3.1 布點方案

無人機像控測量與傳統航空攝影像控測量的最大不同之處在于像控點的布設方案存在差異。其重要的環節是計算像片控制點航向基線數跨度和旁向相鄰平面控制點的航線跨度，航向基線跨度的計算見公式（1）和（2）。

式中：ms為連接點（空三加密點）的平面中誤差;mh為連接點（空三加密點）的高程中誤差;K為像片放大成圖的倍數;H為相對航高;b為像片基線長度;mq為視差量測的單位權中誤差;n為航線方向相鄰平高控制點的間隔基線數。與傳統航空攝影的像控測量工作相比，其不同之處在于：

（1）正確選擇像片放大成圖倍數，根據相關理論，像片放大成圖的倍數為0.1 mm/單像元尺寸。

（2）正確選擇與地面分辨率和像點量測精度密切相關的視差量測單位權中誤差，傳統膠片式航空攝影按照0.02 mm取值，這在數碼航攝中不再適用;通過統計，無人機數碼航空攝影視差量測的單位權中視差一般設定為1/3～2/3像元。

（3）在顧及高程精度影響時，1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺像控測量高程控制點旁向間隔航線條數為零，即每條航線必須布點。

3.2 技術要求

在像控點精度方面，針對農村地區土地確權登記發證工作實際，實測點相對鄰近國家等級控制點的點位平面位置誤差不大于0.01 m;高程誤差不大于0.1 m，困難地區可放寬1倍。

4 無人機影像數據處理

4.1 示意工作底圖生產

利用無人機獲取的高分辨率影像，在無需控制資料情況下，通過影像快速處理生成高分辨率鑲嵌影像圖，在此基礎上標注宅基地的相關信息，以此作為統計宅基地數量，計算生產地籍圖的工作量、投入調查人數和入戶調查工期的重要參考依據。

4.2 正射影像圖生產

基于無人機遙感影像的正射影像底圖制作方法是產生數字正射影像，這些步驟與用于正射影像制作的傳統航空影像基本相同。不同之處在于，在空三加密鏈路中，可以進行并行處理以提高效率。在DEM的生產過程中，可以使用空三高精度航拍結果進行自動密集組合，以生成高精度、高密度的數字表面模型（數字表面模型，DSM），然后將處理濾波為獲得高精度的DEM，可以使用生產過程高性能的切刀機無需手動收集特征線即可執行分布式處理。在數字正射影像（DOM）的生產過程中，甚至可以同時進行勻色和智能鑲嵌，從而提高了工作效率。

4.3 技術要求

表示作業底圖滿足圖像的幾何形狀和顏色要求。在幾何精度方面，盡管不需要很高的精度，但必須確保特征識別，尤其是建筑物識別精度，能夠滿足任務要求;在圖像細節方面，紋理清晰，層次豐富，并且不需要明顯的失真。道路和水系統重要特征（例如建筑物，建筑物和其他重要特征）沒有馬賽克和拼接的痕跡，并且房屋的邊緣不會變形。房屋和房屋，地塊和地塊可以清楚地區分開;在顏色和灰度分布方面，有必要確保圖像色調均勻且整體對比度適中，沒有明顯的顏色拼接痕跡，并且灰度直方圖呈正態分布。無人機遙感影像在地圖上產生的正射影像工作底圖平面位置誤差不超過6 mm，相鄰影像地圖的邊距誤差不超過2像素。

5? 結論

（1）使用無人機空中測量技術制作用于土地測量工作的基礎地圖具有優于現場測量的無與倫比的優勢。首先，它清晰直觀，使外業調查人員可以更精確地區分土地類型和邊界。其次，在底圖上標記該屬性，從而大大節省了繪制草圖的時間，并提高了現場調查的效率。

（2）使用無人機航測技術制作土地測量工作的底圖不僅為核算外業界址點測量和權屬調查工作量提供了重要依據，而且所獲取的農村地區圖像也可以存儲為基本數據。在需要時，它可以用作新農村建設，城鎮規劃以及支持緊急測繪和測量的重要基礎圖。

（3）隨著無人機航測技術的發展，與RTK或高精度POS系統集成的無人機可以快速生成正射影像工作底圖，而無需或僅需要幾個測得的地面控制點。這將進一步提高農村土地研究的效率。

（4）使用帶有無人機的航測技術制作土地測量工作的基礎圖不僅可以解決無資料地區農村土地的集體所有權的確權，也可以用于相關區域的不動產登記、土地利用快速執法監測，在生態保護和環境監測以及監測礦產資源開發利用中發揮積極作用。

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