低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)在山區(qū)林地確權(quán)中的應(yīng)用

喻常景 吳明憲

摘?要：隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)測(cè)量方式正逐步被新型測(cè)繪科技及測(cè)繪方法替代。近年來，無人機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，并已廣泛運(yùn)用于工程測(cè)繪、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、線路巡視、自然資源調(diào)查等領(lǐng)域。本文從當(dāng)前自然資源確權(quán)工作應(yīng)用出發(fā)，研究了低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)在林地確權(quán)中的需求與應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)其在林地確權(quán)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討與總結(jié)，為林地等自然確權(quán)工作開展提供參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航空攝影；林地確權(quán)

中圖分類號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.17.088

0?引言

受林地覆蓋、山區(qū)地形等因素影響，傳統(tǒng)權(quán)籍調(diào)查在山區(qū)林地確權(quán)工作開展過程中十分困難。低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)，具有作業(yè)效率高、投入成本低、獲取數(shù)據(jù)精細(xì)等特點(diǎn)，在難以開展外業(yè)調(diào)查測(cè)量的山區(qū)林地區(qū)域具有明顯的數(shù)據(jù)獲取優(yōu)勢(shì)。本文以山區(qū)林地確權(quán)工作為研究對(duì)象，采用低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)，獲取并生產(chǎn)林地的數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM），通過對(duì)數(shù)據(jù)、圖形的綜合判讀及現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充調(diào)查，高效地完成了林地確權(quán)的權(quán)籍調(diào)查工作。結(jié)合山區(qū)林地的特點(diǎn)，進(jìn)一步研究探討了低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)在林地確權(quán)工作中的應(yīng)用。

1?低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)的原理

采用低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)獲取正射影像或?qū)嵕叭S模型，依賴于攝影測(cè)量的共線方程，其基本原理是建立影像獲取瞬間像點(diǎn)與對(duì)應(yīng)物點(diǎn)之間所存在的幾何關(guān)系。通過后方交會(huì)恢復(fù)相片拍攝的位置和姿態(tài)，利用前方交會(huì)獲得相片的同名地面點(diǎn)坐標(biāo)，其原理見式（1）中。通過制定低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量方案、相片控制測(cè)量、低空無人機(jī)航空攝影、空中三角測(cè)量、正射影像及實(shí)景三維模型生產(chǎn)等流程，實(shí)現(xiàn)高分辨率正射影像及模型的生產(chǎn)。

x-x0=-fa1（X-XS）+b1（Y-YS）+c1（Z-ZS）a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）y-y0=-fa2（X-XS）+b2（Y-YS）+c2（Z-ZS）a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）

式（1）中，x、y為像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)；x0、y0、f為相片的內(nèi)方位元素；X、Y、Z為對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的地面坐標(biāo)；XS、YS、ZS為投影中心的地面坐標(biāo)；ai，bi，ci（i=1，2，3）為相片旋轉(zhuǎn)矩陣的方向余弦。

2?低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

作為近年來蓬勃發(fā)展的測(cè)繪科技新技術(shù)，無人機(jī)不但能夠快速地開展森林資源的調(diào)查、及時(shí)幫助調(diào)查人員快速地掌握林地的分布、林分等信息，而且還能通過使用遠(yuǎn)程操控飛行進(jìn)行拍攝的方式在短時(shí)間內(nèi)快速獲取林地的相關(guān)信息，極大地提高了調(diào)查作業(yè)效率、縮減了調(diào)查工作時(shí)間，為林地等自然資源確權(quán)工作的順利開展提供了強(qiáng)有力的支持。

低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)，以獲取清晰、高分辨率的影像為基礎(chǔ)，以建立實(shí)景三維模型為目標(biāo)，以無人機(jī)作為飛行的載體，通過搭載高分辨率的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行低空航空攝影測(cè)量，最終獲取目標(biāo)區(qū)域的高分辨率影像數(shù)據(jù)。

在生產(chǎn)正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）及基于影像的區(qū)域測(cè)繪工作開展中，低空無人機(jī)航空攝影可以快速、準(zhǔn)確地提供簡(jiǎn)捷、可靠、直觀的應(yīng)用數(shù)據(jù)，有效地彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感與普通航空攝影的精度不夠、分辨率低等缺點(diǎn)，主要有以下明顯優(yōu)點(diǎn)。

2.1?機(jī)動(dòng)性、靈活性和安全性

低空無人機(jī)具有操作靈活、使用機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，在用其開展工作時(shí)受空中管制以及氣候等因素的影響較小，即便多云天氣、只要飛行高度在云層之下，也能不受干擾地直接獲取高分辨率的清晰影像，而且即使是設(shè)備出現(xiàn)故障需要進(jìn)行維修，其檢修、維護(hù)時(shí)間效率相較于傳統(tǒng)航空攝影設(shè)備而言也較高。

2.2?低空作業(yè)，獲取高分辨率影像

低空無人機(jī)可以在云下超低空飛行，飛行高度在50～1000m，受云層遮擋而獲取不到影像的情況較少，可獲取相較于傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和普通航空而言更高分辨率的影像。同時(shí)，因?yàn)榈涂兆鳂I(yè)，無人機(jī)攜帶的相機(jī)可以多角度進(jìn)行攝影，從而獲取更多的側(cè)面高分辨率紋理影像，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量方式獲取地面物體影像時(shí)遇到的因高差較大而出現(xiàn)的遮擋問題。

2.3?精度高

低空無人機(jī)航空攝影屬于近景航空攝影測(cè)量，其攝影測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)。在飛行高度、航線規(guī)劃及重疊度等參數(shù)計(jì)算并設(shè)置正確的情況下，通過后處理建立的模型精度能夠達(dá)到1∶500的測(cè)圖精度要求，從而完全能夠滿足山區(qū)林地測(cè)繪工作開展的需要。

2.4?成本較低、操作簡(jiǎn)單

低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量相對(duì)于有人機(jī)系統(tǒng)而言體積比較小，重量也比較輕，造價(jià)成本很低；由于重量輕，油耗也低，與有人機(jī)相比，運(yùn)行成本大大降低。在飛行方面，有人機(jī)必須有飛行員進(jìn)行駕駛，飛行員培養(yǎng)周期長(zhǎng)、成本高，飛機(jī)起降必須有專業(yè)場(chǎng)地，飛行一次需要要耗掉大量費(fèi)用；而無人機(jī)可以通過操控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，飛行操作人員培養(yǎng)周期相對(duì)于有人機(jī)而言較短，起降場(chǎng)地?zé)o需專業(yè)場(chǎng)地，系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修簡(jiǎn)便，因此，無人機(jī)的飛行的費(fèi)用大大減少。

2.5?安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小

由于無人機(jī)是通過操作人員在地面進(jìn)行遙控或利用程序進(jìn)行飛行，所以不需要駕駛?cè)藛T升空進(jìn)行操作飛行，因此，無人機(jī)的飛行操控特點(diǎn)有效地避免了有人機(jī)一旦發(fā)生事故就極有可能會(huì)造成機(jī)毀人亡的事件發(fā)生，而無人機(jī)及時(shí)發(fā)生故障、發(fā)生意外無法回收，其對(duì)人員安全造成的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)于有人機(jī)而言較低。

2.6?周期短、效率高

在需要開展面積小、大比例尺的地形圖測(cè)繪任務(wù)時(shí)，受天氣和空域管制的影響，有人機(jī)很難及時(shí)有效地開展航空攝影工作，用其開展小面積的區(qū)域測(cè)繪工作的成本也非常高，完全不能提現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。傳統(tǒng)的先控制、后測(cè)量的全野外數(shù)據(jù)采集方法，由于山區(qū)林地地形條件及林木遮擋嚴(yán)重，外業(yè)測(cè)量作業(yè)強(qiáng)度大、效率低、人力、設(shè)備等資源投入多等特點(diǎn)也注定了其測(cè)量成本也比較高。采用低空無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量，可以充分利用它機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、作業(yè)速度快及效率高、作業(yè)成本費(fèi)用低、飛行高度低等優(yōu)勢(shì)，在陰天、多云及輕霧天也能及時(shí)有效地開展攝影測(cè)量并獲取高分辨率的影像，將大量的野外測(cè)量工作轉(zhuǎn)移到室內(nèi)進(jìn)行后處理，既能減少成本投入、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，又能在保障測(cè)繪精度的同時(shí)極大地提高作業(yè)效率。

3?低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)在林地確權(quán)中的應(yīng)用

采用低空無人機(jī)航空攝影技術(shù)，獲取待開展林地確權(quán)的區(qū)域高分辨率影像，通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，生產(chǎn)該區(qū)域的數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）及數(shù)字線劃圖（DLG）；然后根據(jù)生產(chǎn)出的影像及圖形制作權(quán)籍調(diào)查工作底圖，并開展權(quán)籍調(diào)查及后續(xù)的確權(quán)登記工作。主要作業(yè)流程如圖1所示。

3.1?低空無人機(jī)航空攝影

確定項(xiàng)目工作任務(wù)，制定明確的航空攝影測(cè)量方案及計(jì)劃后，在待開展調(diào)查確權(quán)的山區(qū)林地范圍內(nèi)按照方案及計(jì)劃進(jìn)行低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量。

（1）相片控制測(cè)量。

由于山區(qū)地形坡度變化大、林地區(qū)域林木覆蓋度高的特點(diǎn)，綜合考慮反光因素影像，采用石灰粉按照十字線進(jìn)行相片控制點(diǎn)布設(shè)，相片控制點(diǎn)嚴(yán)格按照《工程攝影測(cè)量規(guī)范》中相片控制測(cè)量的規(guī)定進(jìn)行布設(shè)。相片控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)，利用CORS網(wǎng)絡(luò)，采用GNSS-RTK測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量。

（2）低空無人機(jī)航空攝影。

相片控制點(diǎn)測(cè)量完成后，利用衛(wèi)星影像圖及測(cè)區(qū)30m精度的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，在相關(guān)權(quán)利人指定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行航攝區(qū)域確定并規(guī)劃布設(shè)航線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)高差，計(jì)算航向重疊度、旁向重疊度、相對(duì)航高等參數(shù)。參數(shù)設(shè)定完成后，進(jìn)行低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量外業(yè)工作。

3.2?內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)

（1）空三加密。

低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量外業(yè)影像數(shù)據(jù)采集及相片控制測(cè)量工作完成后，應(yīng)進(jìn)行空三加密處理。首先，采用影像數(shù)據(jù)處理軟件導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)、相片控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)及飛行過程中的POS數(shù)據(jù)；然后，根據(jù)攝影測(cè)量采用的相機(jī)參數(shù)，輸入對(duì)應(yīng)的相機(jī)參數(shù)信息；各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定完成后，對(duì)影相上的相片控制點(diǎn)進(jìn)行刺點(diǎn)，直至所有相片控制點(diǎn)均刺點(diǎn)完成，保存刺點(diǎn)結(jié)果；最后，采用軟件的空中三角測(cè)量功能，對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行空三加密。

（2）數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖生產(chǎn)。

空三加密完成后，使用軟件的模型重建功能，生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖（DOM）及數(shù)字高程模型（DEM），然后利用南方Cass軟件進(jìn)行測(cè)區(qū)的數(shù)字線劃圖（DLG）生產(chǎn)。

3.3?林地權(quán)籍調(diào)查

（1）調(diào)查工作底圖制作。

低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量及測(cè)區(qū)的數(shù)字正射影像圖（DOM）及數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）生產(chǎn)完成后，采用GIS軟件進(jìn)行調(diào)查工作底圖制作。首先，以待開展確權(quán)的林地范圍高分辨率數(shù)字正射影像圖（DOM）為基礎(chǔ)，疊加內(nèi)業(yè)繪制完成的數(shù)字線劃圖（DLG）的等高線等地物、地貌內(nèi)容，制作調(diào)查工作底圖。

（2）權(quán)籍調(diào)查。

調(diào)查工作底圖制作完成后，調(diào)查人員與林地相關(guān)權(quán)屬單位、人員進(jìn)行溝通，通過對(duì)疊加等高線等地物、地貌的調(diào)查工作底圖進(jìn)行綜合判讀，根據(jù)正射影像圖及等高線等信息判別林地邊界范圍及地形走向；然后，根據(jù)權(quán)利人指界，在工作底圖上確定林地界址范圍線，并按照確定的林地界址范圍線填寫制作權(quán)籍調(diào)查表；最后，林地權(quán)利人及相鄰地塊權(quán)利人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指界確認(rèn)的調(diào)查工作底圖及權(quán)籍調(diào)查表進(jìn)行簽字、蓋手印或加蓋公章確認(rèn)。

（3）調(diào)查成果公示。

權(quán)籍調(diào)查工作結(jié)束后，作業(yè)人員對(duì)調(diào)查成果進(jìn)行整理，制作調(diào)查成果公示圖及公示表，通過村（社區(qū)）、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)/街道）政府部門及自然資源主管部門三級(jí)審核蓋章后，在林地所屬的村（社區(qū)）進(jìn)行張貼公示，向群眾公示調(diào)查的林地坐落、面積、權(quán)利人信息等內(nèi)容。

3.4?精度驗(yàn)證

在本項(xiàng)目林地確權(quán)調(diào)查精度驗(yàn)證工作中，采用解析法進(jìn)行人工測(cè)量復(fù)核的方式對(duì)通過低空無人機(jī)航空攝影獲取的圖解界址點(diǎn)進(jìn)行精度復(fù)核，界址點(diǎn)精度及圖形面積計(jì)算的復(fù)核結(jié)果均滿足不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查規(guī)范規(guī)定的界址點(diǎn)及圖形面積計(jì)算的精度要求。

3.5?確權(quán)登記

權(quán)籍調(diào)查完成，公示結(jié)束，公示成果經(jīng)權(quán)利人簽字確認(rèn)并無異議后，調(diào)查單位將各方簽字、蓋手印及加蓋公章確認(rèn)并經(jīng)公示無異議的權(quán)籍調(diào)查表、宗地圖、不動(dòng)產(chǎn)登記申請(qǐng)書等資料提交自然資源主管部門審核，審核通過后，自然資源主管部門按流程將權(quán)籍資料導(dǎo)入不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍系統(tǒng)及登記系統(tǒng)，對(duì)林地進(jìn)行確權(quán)登記。

4?結(jié)語

林地確權(quán)是自然資源確權(quán)工作的重要內(nèi)容，權(quán)籍調(diào)查十分重要。若是采用傳統(tǒng)人工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行界址測(cè)量，然后再進(jìn)行權(quán)籍調(diào)查的方式來開展實(shí)地調(diào)查工作，所投入的人力、設(shè)備、時(shí)間、費(fèi)用等成本都十分巨大，在實(shí)施的過程中也會(huì)出現(xiàn)較為難以解決的問題。利用低空無人機(jī)航空攝影生產(chǎn)的成果為基礎(chǔ)，輔助進(jìn)行林地確權(quán)權(quán)籍調(diào)查工作，可以在保證調(diào)查成果精度的前提下，直觀地向調(diào)查工作涉及的單位、個(gè)人進(jìn)行林地信息展示，減少糾紛，極大地提高作業(yè)效率并降低作業(yè)成本，該方法不僅可以在林地確權(quán)工作中進(jìn)行推廣使用，也可以在近年來持續(xù)開展的其他自然資源確權(quán)工作中提供借鑒參考。

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