傾斜攝影測量在土地確權中的應用研究——以安徽省六安市金寨縣新增耕地為例

寧茜朝 鄭禮全

傾斜攝影測量在土地確權中的應用研究——以安徽省六安市金寨縣新增耕地為例

寧茜朝 鄭禮全

（安徽理工大學空間信息與測繪工程學院，安徽 淮南 232001）

無人機傾斜攝影是近年來興起的測量技術，具備精度高、速度快、周期短的特點，被應用于多個行業。文章以安徽省六安市金寨縣新增耕地為例，將無人機傾斜攝影測量技術運用于土地確權中，介紹了外業數據的獲取、內業數據的處理、繪圖、驗收及注意事項，將其結果與傳統測量方法進行對比，得出了傾斜攝影測量技術應用于土地確權中能極大提高工作效率的結論。

傾斜攝影；土地確權；無人機

引言

無人機傾斜攝影測量技術是近幾十年才逐步發展起來的一門攝影測量技術[1]，它主要包括兩個部分，即無人機和傾斜攝影測量。其中無人機主要起一個航空搭載的作用，主要的攝影測量任務是由傾斜相機獲取的。傳統的測量繪圖技術效率低、周期長，精度難以保障。傳統無人機航測只能獲取正射影像圖，對于遮擋地物無法解決，而傾斜攝影測量能很好地解決這個問題。本文通過對金寨縣新增耕地進行土地確權，簡述無人機傾斜攝影測量在土地確權中的應用。

1 傾斜攝影測量簡介

與傳統的垂直攝影測量相比，傾斜攝影測量觀測的范圍更廣，可以更好地獲取地物側面的影像，因此構建的三維模型精度更高、紋理更清晰。與傳統的單鏡頭垂直影像獲取相比，它獲取的影像更加符合人們雙眼對于世界的認知。垂直攝影測量與傾斜攝影測量獲取影像范圍如圖1所示，圖1中左邊為傳統垂直攝影測量獲取影像的范圍，右邊為傾斜攝影測量獲取影像的范圍。

圖1 垂直攝影測量與傾斜攝影測量獲取影像范圍

傾斜攝影測量系統主要由無人機平臺、航攝儀、地面控制平臺、內業處理軟件組成[2]。

1.1 無人機平臺

無人機平臺主要起搭載的作用，起初多被用于軍事方面，后對民用開放，現已被應用于多種領域。常見的無人機按照其結構可以分為固定翼無人機、單旋翼無人機、多旋翼無人機、垂直起降固定翼無人機[3]。

1.2 航攝儀

航攝儀主要是用來獲取影像的，影像精度很大程度上取決于航攝儀的分辨率。目前常見傾斜相機有兩種：單鏡頭和五鏡頭。其中，單鏡頭航攝儀在工作時需要相機和云臺配合，通常是將云臺設置一定的傾角，然后通過井字或之字飛行的軌跡進行多角度拍攝，適合用于小范圍影像的獲取。五鏡頭航攝儀是由5個相機拼接而成的，可以同時從1個正視和4個斜視共5個視角進行影像的獲取，得到更高的重疊度。因為五鏡頭自重大一些，需要搭載在一些續航能力更強的飛機上，所以成本更高。

1.3 地面控制平臺

地面控制平臺主要是指無人機的遙控器部分。地面控制平臺是無人機的操作部分和拍攝時影像實時顯示的部分。操作可以分為兩種：一種是操作者自己手動控制無人機的飛行，另一種是根據設定的航線進行飛行。地面控制平臺對無人機的監控可以充分保障無人機的安全，使人們可以時刻了解無人機所處的位置，避免因障礙物干擾或天氣因素等丟失無人機。

1.4 內業處理軟件

內業處理軟件主要包括三維建模軟件和修模軟件兩部分。三維建模軟件主要是將無人機搭載航攝儀獲取的影像處理成立體、形象的數據。目前，常用的三維建模軟件有Smart 3D、大疆智圖、inpho、Pix4D Mapper、Photoscan、街景工廠等。修模軟件主要是對三維建模中出現的一些問題（空洞、懸浮物、碎片等）進行處理，常見的有天際航公司的DP-Modeler、杰魔（Geomagic Studio）、3DS Max、大勢魔方等。

2 實驗及結果分析

2.1 區域介紹

金寨縣位于皖西邊陲，大別山腹地，鄂、豫、皖三省交界處，行政隸屬安徽省六安市，總面積3 814 km2，轄13個鎮、10個鄉，是安徽省最大的縣。金寨縣內群山起伏，河流縱橫，大別山山脈由西南向東北貫穿全境。金寨縣地處亞熱帶濕潤性季風氣候區，年平均氣溫為15℃，年平均降雨量為1 300 mm，無霜期為220 d。全縣森林覆蓋率達70.35%，耕地面積極少[4]。本項目涉及金寨縣22個鄉鎮（麻埠鎮除外），地塊數量達3 000多個，地塊面積達335余公頃。

2.2 傾斜攝影測量

2.2.1 傾斜攝影測量作業流程

無人機傾斜攝影測量通常包括研究區域勘測資料收集與分析、像控點布設及測量（本次不進行）、無人機選取、航線航高設計規劃與飛行、數據整理與檢查。無人機傾斜攝影測量技術路線圖如圖2所示。

圖2 傾斜攝影技術路線圖

2.2.2 選擇無人機型號

本項目因為區域比較分散，且每個地塊面積不大，所以選取單鏡頭無人機中的大疆精靈4 RTK。該無人機是一款小型多旋翼高精度航測無人機，具備厘米級導航定位系統和高性能成像系統[5]，便于攜帶、操作簡單，最主要的是它在1∶500大比例尺地形圖測繪中，具備免像控點的功能，全面提升航測效率。該無人機具體參數見表1。

表1 大疆精靈4 RTK參數

2.2.3 飛行設計

（1）航高。相機參數一定時，無人機飛行高度，直接影響著地面分辨率的大小。航高的計算方法為：

式中：為飛行高度，單位m；

為鏡頭主距，單位mm；

為像元尺寸，單位μm；

為地面分辨率，單位mm。

（2）航線。在設計航線時需注意：①傾斜攝影航向重疊度不低于70%～80%，旁向重疊度不低于65%～80%[6]；②為保證測區邊緣區域模型精度，航線規劃時應超出測區范圍至少一個航線寬度的距離，當地面高差突變，地形特征顯著不同時，需考慮分區規劃航線。

按照需求本次項目選取的航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，航高為80 m（對于有高層建筑類的地塊根據實際確定高度）。

（3）飛行作業。本次飛行選取的是大疆精靈4 RTK無人機。它可以用遙控器連接自己的無線熱點，然后采取網絡RTK模式進行采集。具體流程：首先尋找一個平坦空曠的區域組裝并啟動無人機，打開遙控器連接無線；本項目選取的是井字飛行模式，然后開始規劃航線，規劃的航線需要比目標外擴一個航帶（20 m）；規劃好航線開始設置參數，需要根據當前天氣狀況是否需要補光選擇“晴”“水面”“陰”；本次項目采取的是傾斜攝影測量，設置的云臺俯仰角為-60°；輸入規劃好的航向旁向重疊度、航高，最后可以開始起飛。

起飛前注意事項：檢查機翼是否安裝牢固，以免傷人；確定飛行區域是否有禁飛區域，如有禁飛區域需提前申請空域；檢查云臺角度是否為0，不為0則需要重新啟動無人機；檢查RTK是否異常，如果為異常可以稍微等一下，可能為網絡原因，在網絡差的區域可以選取衛星模式（精度會差點）；檢查指南針是否異常，如果異常則可以快速撥動左上角的P、A、F按鈕，直到頁面出現提示，跟著操作轉動，最后恢復P、A、F按鈕到原來的位置；注意電池電量，如果電量過少應更換，盡可能避免出現多個架次；對于上方有高壓線類建筑物無法確定高度時，可以手動操作起飛，當云臺角度為0時看不到建筑物頂部，則此高度為安全高度，此時應單獨記錄此高度。

在飛行作業過程中，需要注意高層的建筑物，關注無人機所在位置、姿態、電池電量等信息；確保無人機在視野范圍內，當遇到突發情況可以及時返航；正常情況下無人機會保留足夠電量保證返航。

（4）數據整理與檢查。在真實飛行過程中存在各種各樣的外界因素，因此在飛行結束后需要對獲取的影像進行檢查。在航攝現場通過瀏覽影像，第一時間對每張影像上是否存在云、霧、大面積云影等問題進行檢查。主要檢查以下內容：數據是否有波段丟失、范圍不全的問題，是否有大面積的空洞；影像是否清晰，層次是否豐富，色調是否均勻，反差是否一致；有無嚴重噪聲；是否存在嚴重扭曲、旋偏角過大的問題；影像邊緣是否均勻；有無云、霧、煙覆蓋和遮擋。

最后對不符合要求的影像區域進行重飛或補飛，確保每張影像都符合項目要求。

2.3 三維建模

對外業獲取的影像經專業的軟件進行影像預處理，空三加密得到地塊的三維圖和正射影像圖。

（1）影像預處理：利用軟件再次進行影像質檢，確保影像質量，無漏拍、損壞等問題；利用圖像處理工具，對影像數據進行去霧、勻光、勻色處理，采用人工目視的方法，將影像分為不同類型，分別制作對應色調模板進行批量勻光處理，避免出現影像紋理細節信息丟失、過度曝光或破壞色彩平衡現象[7]，最終使成果數據達到色調統一、云霧弱化、噪聲弱化、高亮還原的效果。

（2）空三加密：采用PIX4DMapper軟件，將經過預處理的影像導入軟件，軟件將自動讀取影像的pos值和精度。再輸入相機的標定參數，開始空三加密，軟件會自動生成需要的DOM（數字正射影像）和DSM（數字地表模型）。得到的結果為此次無人機飛行地面平均分辨率達到2.65 cm。

2.4 數據采集

數據采集使用的是南方Cass和ArcGis軟件。其中Cass主要進行地形信息的采集，ArcGis進行高程點的采集。將生成的數字正射影像和數字地表模型加入到Cass中，利用Cass的繪圖功能進行dwg（CAD文件格式）圖斑范圍內及外擴20 m的地塊信息采集。尤其是繪出地圖中的標志性地物（如建筑物、電線桿等），有利于實地考察時辨認地塊。利用ArcGis軟件進行高程點的采集，需注意高程點須在地表上；再將其結果導入到Cass軟件加載，最后畫出圖斑內地塊的實際有效范圍，并計算出面積。

2.5 驗收及舉證

驗收過程中發現，在與歷年面積差不多的情況下，今年所使用的時間大大縮減，提前了一個多月完成工作。在實地利用鋼尺及RTK進行面積的復測中，其結果與傾斜攝影測量得出的結果誤差可以忽略。在驗收中遇到地物遺漏時，在查看相對應的影像時，一般為內業漏采，可以立即采集補充；而在以往的測圖方法中，因為沒有影像圖，只能拿著儀器對該地方重新進行測量才能得出結果，浪費人力物力。進行地塊位置的確定時，傾斜攝影方法四至準確，更易確定位置；以往的方法為加快進度，往往忽略四至的測量，易造成地塊找不到的問題。針對大面積尤其是梯田的地塊，利用無人機現場進行高空觀測，可以做到一目了然。在驗收過程中得到了驗收組的一致好評。在舉證入庫時，通過無人機航拍可以清晰了解整個地塊的現狀及地類，可以免去外業人員圍繞地塊轉一圈的麻煩，以及內業不容易分辨出地類的尷尬。傾斜攝影測量與GPS-RTK測量對同一地塊測量對比結果如表2所示。

表2 傾斜攝影測量與GPS-RTK測量對比表

3 結束語

本次金寨縣的無人機傾斜攝影測量土地確權項目對比以往的方法，在確保精度的情況下極大地降低了外業的辛苦程度，降低了勞動成本，提高了效率。其獲取的平均分辨率為2.65 cm的影像，有助于后期對耕地進行規劃利用。傾斜攝影測量相比于傳統攝影測量，精度更高，紋理更清晰，解決了遮擋物下無法測量的問題。與傳統土地確權測量方法相比，其操作簡單，精度高，人力物力消耗更少，效率明顯提高，可成為土地確權中的首選方案。

[1] 胡曉宇. 基于無人機影像匹配點云數據的人工林冠層模型分割方法研究[D]. 哈爾濱: 東北林業大學，2021: 67.

[2] 連蓉，丁憶，羅鼎，等. 傾斜攝影與近景攝影相結合的山地城市實景三維精細化重建與單體化研究[J]. 測繪通報，2017(11): 128-132.

[3] 倪煒. 無人機傾斜攝影測量技術在規劃竣工測量中的應用[J]. 住宅與房地產，2019(28): 172.

[4] 孫鵬飛，趙凱. 社會資本對農戶宅基地退出行為的影響:基于安徽省金寨縣的調研數據[J]. 南京農業大學學報(社會科學版)，2020，20(5): 128-141.

[5] 羅楓. 免像控無人機高清傾斜攝影三維建模精度分析[J]. 鐵道勘察，2020(5) : 9-12.

[6] 蔡振鋒，彭斌，季霞，等. 地市級實景三維城市建設及應用: 以實景三維臨沂建設為例[J]. 測繪通報，2021(11): 115-119，144.

Research on the Application of Oblique Photogrammetry in Land Qwnership Confirmation——Taking the Newly Added Farmland in Jinzhai County, Lu'an City, Anhui Province as an Example

Unmanned aerial vehicle oblique photography is a measurement technology developed in recent decades, which has the characteristics of high accuracy, fast speed, and short cycle, and is applied in multiple industries. The article takes the newly added farmland in Jinzhai county, Lu'an city, Anhui province as an example, and applies unmanned aerial vehicle obliquet photogrammetry technology to land ownership confirmation, mainly introducing the acquisition of field data, processing of indoor data, plotting, acceptance, and precautions. The results are compared with traditional measurement methods, and it is concluded that the application of oblique photogrammetry technology in land ownership confirmation can greatly improve work efficiency.

oblique photography; land ownership confirmation; unmanned aerial vehicle

D922.3; P23

A

1008-1151(2023)11-0032-04

2023-05-17

寧茜朝（1998－），男，安徽理工大學空間信息與測繪工程學院學生，研究方向為實景三維應用。