無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量在農(nóng)村土地確權(quán)中的應(yīng)用研究★

賀凱盈 李燕敏 謝忠俍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南 714099)

0 引言

采用無(wú)人機(jī)(UAV)低空攝影測(cè)量具有成本低廉、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、能適應(yīng)復(fù)雜地形的優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)天氣和測(cè)量范圍的依賴(lài)性較低，能夠快速的獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)。已逐漸應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害影像快速獲取、征地現(xiàn)狀核查、土方量計(jì)算復(fù)核、地形測(cè)量等各種測(cè)繪任務(wù)中。

本文以貴州省赫章縣農(nóng)村土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)發(fā)證項(xiàng)目無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量及正射影像生產(chǎn)任務(wù)為例，以制作土地經(jīng)營(yíng)權(quán)為出發(fā)點(diǎn)，從通過(guò)無(wú)人機(jī)外業(yè)數(shù)據(jù)采集、像控點(diǎn)的準(zhǔn)確采集和DOM的生產(chǎn)制作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并通過(guò)對(duì)影像成果坐標(biāo)和實(shí)地采集的坐標(biāo)進(jìn)行精度比對(duì)，驗(yàn)證基于無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量成果用來(lái)輔助土地產(chǎn)權(quán)登記的可行性和實(shí)用性。

1 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)主要包括：無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、獲取高精度高分辨率數(shù)字影像的航攝儀、地面遙控器以及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件等。本次航飛外業(yè)采用的是天宇創(chuàng)通TEZpro,具體參數(shù)見(jiàn)表1。

飛控系統(tǒng)是NP-100，它可以采用程控、半自主或者完全自主飛行模式，在飛行過(guò)程中能夠?qū)︼w行姿態(tài)、高度和速度實(shí)行穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制，保障無(wú)人機(jī)能夠按照預(yù)先規(guī)劃的航線(xiàn)平穩(wěn)飛行。在采集照片的同時(shí)，能夠通過(guò)POS系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取曝光時(shí)刻攝像機(jī)的經(jīng)緯度、高度和飛行姿態(tài)等數(shù)。航攝儀是ILCE RX1RM2，機(jī)載差分設(shè)備是Trimble BD930。具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 固定翼無(wú)人機(jī)詳細(xì)參數(shù)

2 土地確權(quán)實(shí)例應(yīng)用

2.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于貴州省西北部烏江北源六沖河和南源三岔河上游的滇東高原向黔中山地丘陵過(guò)渡的烏蒙山區(qū)傾斜地帶，地處東經(jīng)104°10′28″～105°01′23″，北緯26°46′12″～27°28′18″，被舍虎梁子、結(jié)構(gòu)梁子、三望坪、韭菜坪等大山分割，地勢(shì)西北、西南和南部較高，東北部偏低。境內(nèi)山高坡陡，溝壑縱橫，平均海拔1 996 m。屬暖溫帶溫涼春干夏濕氣候區(qū)，無(wú)霜期206 d～255 d。氣溫日差較大，年差較小，光照條件較好，太陽(yáng)輻射較高。

表2 航攝儀詳細(xì)參數(shù)

2.2 航攝方案設(shè)計(jì)

考慮到航飛區(qū)域由古基鄉(xiāng)、哲莊鄉(xiāng)、達(dá)依鄉(xiāng)和財(cái)神鎮(zhèn)四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)相接壤組成和無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間限制，東西長(zhǎng)約22.53 km，南北長(zhǎng)約20 km，對(duì)整個(gè)航飛區(qū)域?qū)嵤┱w航飛路線(xiàn)設(shè)計(jì)，航線(xiàn)以蛇形航線(xiàn)布設(shè)，最小盤(pán)旋半徑100 m，成圖比例尺1∶500，地面分辨率0.140 m，航向重疊率80%，旁向重疊率60%，相對(duì)航高1 004.57 m，航線(xiàn)間距412.2 m。像控點(diǎn)首級(jí)控制共布設(shè)11個(gè)GPS點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，加密點(diǎn)213個(gè)，覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，外業(yè)影像采集完成后進(jìn)行空三加密、內(nèi)業(yè)成圖、成果檢驗(yàn)與分析，從而生成高分辨率正攝影像圖，根據(jù)此高分辨率正攝影像圖進(jìn)行土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)的確權(quán)工作。具體技術(shù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.3 航線(xiàn)數(shù)據(jù)獲取

本次航飛采用CGCS2000坐標(biāo)系，地圖投影采用高斯—克呂格投影，按3°分帶。飛行質(zhì)量較好，飛行時(shí)間都選在陽(yáng)光充足、風(fēng)速較小、風(fēng)向穩(wěn)定的時(shí)段。各條航帶的最終影像數(shù)據(jù)清晰，旋偏角、翻滾角、俯仰角和航帶彎曲度以及航向、重疊度等技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，能辨別出地面上最暗處的影像細(xì)節(jié)。各條航帶間沒(méi)有漏洞，像片有效范圍覆蓋了全部攝區(qū)，可進(jìn)行立體模型的建立和連接。在航向上超出成圖范圍的基線(xiàn)均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區(qū)無(wú)攝影絕對(duì)漏洞。

2.4 影像預(yù)處理

由于航攝影像質(zhì)量與無(wú)人機(jī)自身特點(diǎn)和數(shù)碼相機(jī)自身參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響較大，測(cè)區(qū)面積較大，地形復(fù)雜、海拔落差較大，飛行時(shí)間為冬季，航飛持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為保證航攝照片質(zhì)量統(tǒng)一，在空三測(cè)量之前對(duì)影像進(jìn)行勻光勻色、畸變差糾正等處理，保證更高的影像匹配精度和效率。本項(xiàng)目采用EPT軟件對(duì)照片進(jìn)行統(tǒng)一勻光處理，勻光處理對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖2。

2.5 空三加密和精度分析

空三加密作為無(wú)人機(jī)影像處理過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，其處理精度的優(yōu)劣對(duì)于后續(xù)成果有著重要影響。影像匹配的本質(zhì)是基于各種算法在不同的像片上尋找同名特征點(diǎn)的過(guò)程。本文研究中采用INPHO全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站，對(duì)該測(cè)區(qū)采取分成兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行加密解算并通過(guò)光束法平差后對(duì)控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)的精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表3 控制點(diǎn)殘差 m

表4 檢查點(diǎn)殘差 m

從表3控制點(diǎn)殘差可以得出：兩個(gè)區(qū)域的控制點(diǎn)的MX分別是0.006 8,0.007 3，MY分別是0.008 5,0.009 7，MX分別是0.015 0,0.021 1，MX分別是0.010 9，0.012 2，空三加密精度滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范要求。從表4中可以得出，我們選取的部分地物特征點(diǎn)通過(guò)GPS-RTK采集的坐標(biāo)和DOM影像成果對(duì)比，平面和高程的平均中誤差分別為0.449 8和0.440 0，最大誤差是0.612，滿(mǎn)足DOM成果質(zhì)量規(guī)范要求。

此次DOM制作主要基于空三加密完成數(shù)據(jù)的采集，并經(jīng)過(guò)立體建模進(jìn)行特征點(diǎn)、線(xiàn)或等視差曲線(xiàn)編輯生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)，再通過(guò)數(shù)字微分糾正、影像處理、鑲嵌和裁切制作DOM成果。其DOM成果見(jiàn)圖3。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以赫章縣土地確權(quán)項(xiàng)目為載體，系統(tǒng)闡述了無(wú)人機(jī)低空影像的獲取、像控點(diǎn)的布設(shè)采集以及高分辨率數(shù)字影像的生產(chǎn)流程。并對(duì)像控點(diǎn)精度、數(shù)字正射影像底圖和實(shí)測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，得出了基于無(wú)人機(jī)影像生成的高精度數(shù)字正攝影像底圖的精度完全滿(mǎn)足國(guó)家土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)和土地利用情況調(diào)查任務(wù)對(duì)精度的要求，相對(duì)于傳統(tǒng)的全野外測(cè)圖相比較，具有高分辨率、高效率、低成本、靈活機(jī)動(dòng)受環(huán)境影響較小特點(diǎn)。

由于無(wú)人機(jī)在采集影像過(guò)程中姿態(tài)易受周?chē)h(huán)境因素限制使得影像在加密、匹配、拼接等過(guò)程中需要采用精密算法和準(zhǔn)確刺點(diǎn)等軟件處理技術(shù)來(lái)保證最終成果的可靠，可以更加有力保證農(nóng)村土地確權(quán)工作的順利開(kāi)展。