基于傾斜攝影測量技術的茶園數字化確權研究

楊劍秋 程素丹 何沛榮

（杭州市勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

1 引言

近年來，全國各地正在依法有序開展土地確權登記工作[1]，通過土地確權明確相關權利人的合法權益，掌握土地開發利用現狀，為加強土地管理、解決土地承包經營糾紛、維護農民土地承包合法權益提供有力支撐[2]。茶葉是我國重要的經濟作物，其種植種類、范圍、面積和權利人等信息對茶葉產業布局發展和數字化管理具有重要作用，開展茶園數字化確權工作有利于推動茶產業發展和管理。目前，由于土地確權工作主要在農村宅基地和集體農用地等領域開展[3]，在茶園確權方面研究較少。基于茶園地類地形的實際特點，采用先進的測量技術，完成茶園數字化確權工作，具有較強的研究意義和實踐意義。

本文以實際工程項目為依托，采用無人機傾斜攝影測量技術，開展了某縣20 萬畝茶園確權工作，實現了茶園權屬信息數字化，研究內容和結果可為后續茶園智能化監測提供基礎數據支撐，為相關工程應用提供參考。

2 測區概況

某縣是白茶產業的發源地，茶葉已成為該縣主要產業。為加強茶葉產業化管理，需了解該縣20 萬畝茶葉的種植范圍、面積、權利人等信息。該縣下轄14 個鄉鎮街道、214 個行政村（社區），擁有鄉鎮街道和行政村（社區）的地理邊界矢量數據。目前，該縣已完成全縣1∶2000 數字高程模型生產，浙江省連續運行衛星定位系統（ZJCORS）已覆蓋該縣。該縣地形呈三面環山、中間凹陷的輻聚狀盆地地形，包括平原、丘陵和高山地三種地類，縣境最高山海拔1587.4 米，地勢西南高、東北低，地形起伏高差大、垂直氣候較明顯，風向季節變化明顯，夏季盛行東南風，冬季盛行西北風。常年平均氣溫16.1℃，年平均日較差9.8℃，年降水量1423.4 毫米，年雨日152.8 天，年日照時數1771.7 小時。

3 傾斜攝影測量

項目利用無人機傾斜攝影測量技術，獲取測區0.15 米分辨率影像，并制作1∶2000 正射影像圖。

3.1 像控點布設

像控點測量采用區域網布點方案，每平方公里至少布設一個像控點，每個像控點需布設在五片以上重疊范圍內[4]，且全部布設成平高點。像控點應統一、均勻布設[5]，各分區之間不產生裂縫。項目采用ZJCORS 服務系統的網絡RTK 技術測定像控點坐標，觀測像控點時，應在RTK 固定解穩定收斂后進行，RTK 單次觀測的平面收斂精度應不大于2cm，高程收斂精度不大于3cm[6]。像控點觀測2 次，每次觀測之間應重新初始化，每次觀測歷元數為15 個，采樣間隔2s[7]，像控點的平面坐標和高程坐標應精確記錄至0.001m。像控點測量完成后，選擇不少于總數10%的像控點進行檢測。測量完成后，重新均勻布設不少于總數10%的檢查像控點，用于檢測正射影像數據的平面精度和高程精度。

3.2 無人機航空攝影

項目采用大鵬CW-15 固定翼無人機搭載SONY a7R Ⅱ正射航攝相機進行作業。根據現場踏勘情況，作業區包括平原、丘陵和高山地等區域，主要為丘陵和高山地。將作業區劃分為3 個航攝分區，分區內的地形高差不大于1/4 相對航高。在丘陵和高山地采集數據時，采用大重疊度以解決投影差帶來的數字影像自動匹配困難問題[8]，為此設計航向重疊度為60%～70%，旁向重疊度為50%～60%[9]。根據航攝技術參數計算表以及航攝分區的形狀分布，項目航線沿山體走向設計，同時，航向超出攝區邊界2 條基線，旁向覆蓋超出攝區邊界線不少于像幅的50%，相對航高設置為1167m。航線敷設時引入數字高程模型（DEM）數據，能自動根據地形起伏調整曝光點之間的基線長，從而在航攝設計階段杜絕了航攝漏洞的發生，項目航線設計如圖1 所示。

圖1 航線設計

3.3 數據處理

由于大氣對光的折射、吸收和散射直接影響航空影像的色差、色調和清晰度，不同時期的航空影像存在一定程度上的色調差異，因此需要對原始航空影像進行勻光勻色處理。處理時，先通過勻色軟件進行整體勻光，再利用圖像處理軟件進行局部調整，然后采用Wallis 整體勻光和小波濾波法進行整體勻光[10]。勻光勻色處理后，采用Pix 4D 攝影測量軟件進行空中三角測量和平差解算，在該軟件中直接導入航攝相機參數和外業像控點成果，通過自動匹配相關影像產生匹配點，對于點位不足的區域進行人工加點。在像片上量測外業像控點后，通過光束法區域網平差后，輸出加密成果。

3.4 數字正射影像生產

數字正射影像圖生產是利用空三加密成果、影像數據進行單片正射糾正、鑲嵌處理、影像色彩處理等生產標準分幅的數字正射影像圖成果[11]。利用Pix 4D 攝影測量軟件進行鑲嵌線全自動生成，并采用人機交互模式，對自動生成的鑲嵌線走向不合理地方進行編輯和修改，確保地物的完整性、房屋倒向合理性，不增減地物，避免重影、錯位等現象，實現相鄰單片正射影像的無縫鑲嵌。制作的數字正射影像（DOM）如圖2 所示。

圖2 數字正射影像

4 茶園測繪

茶園測繪時，先以數字正射影像（DOM）為底圖，疊加鄉鎮街道、行政村等界線數據，形成調查底圖，然后根據現場權屬調查成果，采用“圖解+實測”相結合的方式制作茶園紅線圖，再利用DOM、DEM 及茶園紅線計算每個茶園地塊的面積。具體流程如下：

4.1 調查底圖制作

利用ArcGIS 軟件制作茶園權屬調查的工作底圖，在ArcGIS 軟件中加載DOM 數據、行政村界線的矢量數據，進行符號化處理，形成統一的調查工作底圖。調查工作底圖可根據工作需要以行政村（社區）為單元打印成紙質圖。

4.2 權屬調查

以行政村（社區）為調查基本單元開展權屬調查，結合調查工作底圖，由該行政村（社區）各茶園權利人現場指界，確認茶園的空間位置、范圍、茶葉品種及權屬等信息，形成調查草圖。

4.3 茶園測繪

基于外業權屬調查成果，內業人員開展茶園測繪工作。茶園測繪主要包括茶園測量和茶園面積計算等內容。參考以往確權工作實踐經驗來看，茶園測量主要采用圖解法和實測法兩種方式進行。圖解法是利用已生產的DOM 數據，基于調查草圖通過圖解量算獲取茶園紅線的一種方法，也是獲取茶園紅線最有效、最便捷的方法。采用圖解法可以精確測定每個茶園的空間位置和形狀等信息。根據界址點測量規范，利用圖解法測量時，相鄰界址點間距中誤差不超過表1 中的規定，兩倍中誤差為其限差，特殊困難地區放寬50%。按照圖解法，對照調查工作底圖，完成測區茶園測繪工作。經計算，本次圖解法界址點精度指標均符合表1 的規定要求。

表1 圖解法界址點精度指標

當茶園間沒有明顯界線，或受樹木遮擋等因素影響，無法在內業通過圖解法測定時，需要采用網絡RTK 技術或全站儀極坐標法，到現場測量茶園范圍的界址點坐標。實測法測量時，相鄰界址點間距中誤差不超過表2 的規定，兩倍中誤差為其限差。通過實測法，完成剩余部分的測繪工作，經計算，實測法界址點精度指標均符合表2 的規定要求。

表2 實測法界址點精度指標

4.4 面積計算

茶園測繪完成后，還需要進行面積計算。茶園面積包括平面投影面積和坡度面積兩類，坡度面積也就是茶園的表面積。根據茶園特性，坡度面積相對于平面投影面積更具有實際意義，因此本文采用坡度面積。每個茶園的平面投影面積由ArcGIS 根據DOM 數據直接計算，坡度面積計算首先將DEM 數據按照茶園紅線進行批量裁切，再利用ArcGIS 軟件的坡度計算工具，計算出每個茶園的坡度面積，并將面積單位由平方米轉為畝。坡度面積計算如圖3 所示。

圖3 坡度面積計算

4.5 成果檢查

項目采用權利人簽字率和隨機面積精度檢測這兩種方式檢驗確權成果。根據茶園權屬調查登記表，項目共完成46492 個茶園地塊20.5 萬畝茶園權屬調查及成果公示工作，茶園地塊和茶園面積的簽字確認率分別為95.18%和93.50%，滿足現場指界確認率不低于90%的要求。隨機抽取326 個茶園地塊進行面積精度檢測，最大面積測量誤差為3.9%，最小面積測量誤差為1.4%，平均3.0%，符合面積測量誤差在5%以內的要求。成果檢查結果表明本次茶園確權結果符合要求。

5 結束語

本文基于茶園地形特征，采用無人機傾斜攝影測量技術進行數字化確權，介紹了傾斜攝影測量和茶園測繪技術流程，成果檢查發現茶園面積測量誤差為3%，表明該技術能滿足茶園確權要求，研究內容可為相關工作提供技術參考。無人機傾斜攝影測量技術具有測量精度高、工作效率高、投入成本低等特點，在茶園地形地貌測繪和智慧化監管中具有較好的應用前景。