基于無人機航攝的土地確權調查研究

關鍵詞： 無人機 DOM 土地確權 矢量圖采集

中圖分類號： P231 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）16-0026-04

為了更好地解決“三農”問題，根據現有的土地承包合同和農村集體土地所有權的登記結果，全國開展了農村土地承包經營權登記證明工作。這次登記工作的主要任務由于過去技術條件落后，農村集體土地所有制范圍內的每戶都屬于農村集體土地所有制范圍，在承包宗地的數量、分布、面積等方面存在邊界和面積不準確等問題，通過頒發農村土地合同登記證書，采用新技術和新方法解決土地分配不明確和合同記錄不充分的問題，農民獲得了合同證書的法律效力，從而進一步改進了現有的土地合同登記制度[1]。編制地塊分布圖和勘察信息公示表，對發包人和承包人進行權屬調查，更正勘誤、調查地圖利用了調查審查結果、公布調查結果和建立數據庫。近年來，隨著全球定位系統技術的迅速發展，全球定位系統測量變得更加精確，飛機變得更輕、更小。這導致在無人駕駛的航空測量中逐步和廣泛地應用全球定位系統。

本文利用無人機低空攝影測量技術制作了測量地圖。無人飛機的飛行對起降環境的要求很低，它可以每天飛行多次，飛行空間很大。根據對基本地形圖的需要，以獲得原始圖像和數字影像，可以確定地面分辨率、高度、空中攝影等，從而為農村地區土地承包合同登記的迅速發展提供良好的基礎。無人機航空攝影技術的使用，并縮短了該項目的運作周期，使這項工作在工作效率方面取得了重大進展。

1 試驗區概況與作業流程

1.1 試驗區概況

試驗項目位于北京市延慶區，總面積約1.8 km²。耕地分布一般為山谷壟田或平原，耕地分布相對分散，整體測區地形與耕地分布情況比較具有代表性，所以選擇該測區作為試驗區，經過測試論證的工作技術方案有利于在全省其他縣市推廣。該試驗區在圖像上可以清晰地區分田埂、田間道路、溝渠、池塘、山脊和居民區的邊界，有利于后期對承包地的識別，為此，在這一進程中，筆者采用將航空攝影測量結合、實地調查及RTK 實測法，確定農村土地包經營權與頒發經營權證書。首先，可以通過使用固定翼飛機獲得真實顏色的原始圖像，制作DOM 數據，以繪制底圖，從而縮短項目周期。

1.2 作業流程

項目利用Pentax 645d 數碼航空相機和采用固定翼無人機機載POS 進行航拍，獲取作業區域內的影像數據和對應的POS 數據，同時得到每張照片的外方位元素坐標。

在空中三角測量作業過程中，筆者利用INPHO 軟件根據少量的地面控制點對其進行空三加密，在空三精度滿足精度要求后，通過密集匹配生成DSM，再對DSM 進行濾波處理[2]，編輯得到的DEM，根據空三加密結果和DEM 進行數字微分糾正，制作數字正射影像（DOM）。獲取土地邊界信息，在室內作業工作中無法分辨出的地方，做出標記，利用GPS 進行現場測量，可以獲得更準確的合同地塊邊界點坐標，即合同地塊邊界點的坐標，這種坐標結合了航空測量和實地測量，將數據聚集在一起[3]。DOM 結合矢量圖、基本農田保護等級的分類，從而出調查底圖，進行權屬調查。作業流程如圖1 所示。

2 影像數據獲取與處理

作為項目的一部分，筆者在試驗區使用固定翼飛機和Pentax 數碼相機進行，以獲得測區的真實原始影像和POS 數據，極個別不連片的小面積復雜地區采用輕小型多旋翼無人機。通過分析POS 數據，可以獲得每個影像的外方位元素。利用北京CORS 和GNSSRTK系統，獲取像控點坐標，與POS 數據進行空三測量作業，最后得到DOM 在疊加其他農田數據，生成調查所需底圖[4]。

2.1 航線設計

在執行飛行任務之前，所收集的大比例尺地形數據是基于現場收集的數據，而地形數據是根據實地需求中的制圖精確度設計的。在此次實驗中，采用75%的航向重疊設計、65% 的旁向重疊設計和0.2 m 的地面分辨率，計算了無人機的旁向間隔、基線長度、飛行高度等相關飛行參數。局部航攝線路設計具體見圖2。

2.2 像片控制點與檢查點的施測

對圖像控制點和控制點的聯合測量是利用由某地參考站連續系統支持的網絡RTK 技術進行的，該技術計算了每個點三項觀測的平均值[5]。在這一項目中，所有已建立的圖像控制點都是平高控制點，部分圖像控制點是在圖像控制點經過測試、圖像控制點被用于檢查和檢查之后建立的，所有測量到的圖像控制點都符合空三加密的精度要求。

在完成圖像定位和圖像控制點測量過程中，從不同角度拍攝測量控制點的照片，并從不同角度拍攝照片。

2.3 空三加密

該項目使用常用的航測數據處理軟件INPHO 進行空三加密。該軟件在自動匹配連接點時即使在沙漠地區，例如森林，也有很強的功能，利用這些功能可以很好地進行連接點匹配。首先是根據地區特點、添加攝像機參數并數據轉換。每一個數據的參數都是通過自動匹配算法確定的，每一項任務都是通過平差程序處理的。在與圖像匹配后，可以得到一份關于空三精度的報告，該位置可分為3 個部分：航帶內的立體相對、航帶內的三度連接與航帶間的連接。

在輸入計算的POS 數據和圖像控制點數據的過程中，首先將測區四角的控制點刺到影像上，進行一次粗略的區域網平差計算，然后在控制點預覽中可直接在對應的影像中將其余像控點準確地刺到相應位置。

2.4 正射影像制作

原始圖像將根據數字高程模型（DEM）數據的結果和空中三角測量結果進行校正，然后選擇具有鮮艷顏色、均勻色調和所有亮度均勻的圖像來生成DOM，然后逐個生成單個DOM。

在鑲嵌之前，首先使圖像的顏色、色調均勻，并且詳細處理鑲嵌線附近的地物和鑲嵌線兩側的顏色的轉變。可以單個圖像處理，也可以整體均等地處理。模糊的圖像結果力求盡可能保持原始圖像的顏色、亮度和對比度，從而使圖像的整體色調保持一致。在實踐中，首先對一張影像進行勻光勻色得到色彩一致，以此作為樣本，在整個測區區域進行均勻的勻光勻色處理，從而確保所有測區區域的處理結果一致。

加載全部單張DOM 后，軟件根據自己相應的模塊能自動生成不交叉的鑲嵌線，最好選擇沿地物邊界或變化緩慢的地區的鑲嵌線，以避免高差劇烈變化的地區和典型的建筑物。

3 矢量圖采集與數據處理

本文中矢量圖的結果質量對整個調查底圖的整體質量與外業實地調查的效率和質量有重大影響。矢量地圖數據采集的工作通常是在全數字攝影測量軟件系統上進行的。在采集過程中，雖然不需要收集勘探區內的所有地物，但只是一些具體的因素，原則上包括農村道路、合同地塊邊界、溝渠、居民區、池塘、陡坎等，三維立體采集是對確定和可以判斷的地物和地貌要素進行的，必須在測量標志的中心正確地切掉物體的外輪廓線，并用規定的圖層和符號正確地繪制。如果三維地物圖像不清晰或位置不確定，應做好標記，供野外工作驗證和補充測量，應精確測量可見為下一步工作提供完整的數據。野外工作收集完成后，移交現場進行實地調查核實[6]。

該項目的立體采集工作采用航天遠景采集工作站來完成，空三加密完成后，將空三成果導入該系統。由于從無人駕駛航空器的空中拍攝中獲得的高分辨率和高清晰度DOM，收集的圖像覆蓋面較低，非常有利于影像的室內判讀工作。在立體視覺狀態下，可以清晰地看到承包地的邊界、道路邊緣、山脊、溝渠和居民區的輪廓線，認清地形的起伏。對于陡坡，給予區分陡坡的上行下行的高路程。田埂清晰可見，承包地的邊界可以直接采集。如果無法區分同一土地類型和山脊，需要在野外進行現場采集。

道路、河流等邊界線可以在立體狀態下精確采集。對內部行業無法準確判斷和繪制的地物，可以進行野外測繪，然后采集數據信息，確定影像圖。

3.1 田塊信息數據

田塊數據是矢量圖的一個重要部分，也是整個項目執行工作的一個關鍵組成部分。這些圖像顯示了每種作物的情況，因此，很容易根據顏色區分不同作物。在平原上，大部分作物是水稻，相同影像特征的可以劃分為一個地塊。當同一土地類型、同一作物、同一生長趨勢在影像圖上無法區分時，只有在現場才能區分，通過實測法來補充和區別。勘測員與村長委派的村民開展指界工作，根據指界工作確定的承包地之間的邊界點進行了現場測量，并將現場測量結果繪制在測量圖中，如圖3 所示。

3.2 調查工作底圖制作

將所得到的結果，也就是權屬圖再按照《國家基本比例尺地圖圖式》（GB/T 20257.1-2017）的要求，進行作圖修剪，形成矢量圖形，一套DOM 數據，農業用地信息按行政區劃收集，并在1∶2 000比例尺的調查圖中打印。

在工作過程中，使用了一個完整的數字攝影測量系統來確定立體區塊的界限。從而獲得了比制圖方法更高的精度。圖4 顯示了采集地塊圖、矢量圖和實地圖像的重疊情況。

3.3 數據接邊與數據入庫

外部調查完成后，數據方面應由另一方匯總外部結果，進行初步匯總，并根據情況進行調整，以便在圖形能夠順利接上邊。內業矢量化后，調整直到確保數據的唯一性和完整性。工作人員應在將修正數據重新輸入登記冊之前公布這些數據。將宗地屬性表、締約方資料單和承包人的數據重新輸入數據庫。

4 土地權屬調查精度分析

本文對無人機攝影測量技術進行了介紹，并對生產測量技術進行了概括，制作調查底圖，精度完全滿足規范要求，無人機航空技術應用于土地勘測技術路線、準確方法是可行的，可大大減少現場作業成本，縮短作業時間。結合目前存在的問題，在日常土地調查工作中，結合不同的條件，采用多旋翼低空攝影和固定翼攝影相結合的方式，可以較高地適應于不同的情況，對于大范圍的航攝還是采用固定翼航攝，對于較小地形復雜的條件則采用多旋翼設備，根據實際情況調整航高，從而更快地完成作業。通過比較幾種常見作業方法，無人機攝影測量技術可以在項目生產中提高3 倍的作業效率。