基于無人機傾斜攝影及Skyline平臺的自然資源統一確權

邵 飛，王富海

(1.山東省林業保護和發展服務中心，山東 濟南250101； 2.濟南新綠豪設計公司，山東 濟南250101)

1 引言

近年來，隨著遙感及航空攝影技術的快速發展，森林資源監測、森林防火、病蟲害防治、確權登記、自然保護地管理等領域都開展了無人機技術運用。 尤其是自2019年國家啟動自然資源確權登記工作以來，為改變傳統調查登記模式，解決確權登記信息多元化問題，提高外業效率，降低外業強度，特別是地形復雜、人員難以到達地區，很多地區探索開展了自然資源統一確權三維登記。 一方面，可為確權登記提供了基礎影像資料，另一方面，傾斜攝影測量三維重建是當前攝影測量與計算機視覺領域的研究熱點之一，它將現實世界轉變為實景三維大數據。 輕小型無人機在獲取對地光學影像具有輕型、快速的特點優勢，它提供了常規遙感、航攝方式不能給予的多元信息。 借助于Skyline 平臺，能夠將礦產資源登記統計數據、管制關聯信息數據、生態保護紅線、國家審批數據基礎地理信息數據、高精度實景三維模型、傳統不動產權籍等多源數據進行深度融合，將自然資源管理延伸至三維空間、歷史變化、地上地下等多維度。 本文數據主要獲取了2016年濟南市重點礦山確權相關資料。

2 模式比較分析

2.1 傳統礦產資源登記模式

在確權登記外業調查核實方面，傳統登記模式主要是基于二維影像圖，實際工作中常常會遇到登記單元或區域位置偏僻、礦區難以攀爬、人員徒步難以到達、整體宏觀影像不全、資源類型及邊界難以辨識等問題。在數據庫方面，傳統礦產資源登記庫類型比較多，主要采用礦產資源儲量登記庫、儲量統計庫、儲量利用現狀調查數據庫、探礦權數據庫、采礦權數據庫等多個數據庫。 在數據技術基礎及流程方面，傳統礦產資源登記以最新的正射影像及第三次國土調查成果為基礎， 在工作底圖上疊加各類專項調查成果、礦產資源儲量估算范圍、礦產地范圍及探礦權、采礦權、自然保護地邊界范圍線，同時，關聯自然資源登記單元內的公共管制和特殊保護等資料，制作不低于1:10000 比例尺工作底圖； 然后根據工作底圖，按照登記單元劃定原則，合理劃定登記單元，開展內業調查、外業調查核實、數據入庫審核等流程，最終完成登記發薄。

2.2 三維礦產資源登記模式

基于Skyline 的三維登記管理平臺具有強大的分析、管理功能，相信在不久的將來，可以逐漸發展成為自然資源統一確權登記平臺的主要趨勢。 目前，隨著無人機傾斜攝影技術發展及應用，傾斜攝影系統采用仿地飛行等技術手段，保障了礦產資源實景三維模型精度，可以提供相對于傳統虛擬可視化三維模型更加直觀、更加真實的實景三維數據。 調查人員及指界人員可以直觀地通過實景三維模型，對自然資源類型、自然狀況、權屬邊界進行識別分析，進行初步判斷，為進一步核實提供第一手分析資料數據，可以大大減少工作量，實現外業核實工作精準度。 同時，也解決了外業人員爬溝過坎、跋山涉水的問題，并且可以延展對接未來地下三維空間模型。

3 精度分析

調查人員利用無人機在試驗區域進行了多次航攝試驗，基于實景三維進行矢量化，獲取了傾斜影像分辨率和矢量化成果精度對照如下表1 所示。 實際研究表明傾斜實景三維的精度程度，遠遠滿足礦產資源確權圖解法獲取相鄰界址點的間距誤差不大于圖上0.3 mm，圖上允許誤差0.6 mm，實測法界址點相對于臨近控制點的點位中誤差和相鄰界址點的間距誤差不大于±10 cm，允許誤差不大于±20 cm 的要求。

表1 低空傾斜影像分辨率與實景三維成圖精度對照表Table 1 Comparison table between resolution of low-altitude tilt image and accuracy of real-life 3D mapping

4 礦產三維登記系統及應用實例

4.1 系統架構

本文實景三維登記系統采用由數據服務器和調查登記管理登記系統兩部分組成的B/S 架構，數據服務器使用Oracle 11G R1+Skyline 平臺管理后臺數據，采用JavaScript 二次開發。數據源主要包括探明儲量的礦產資源調查成果，傾斜攝影實景三維等多源大數據，數字航空影像數據（DOM）、數字地面高程模型（DEM）以及地名地址、元數據等基礎地理信息數據，永久基本農田劃定成果、生態保護紅線成果、城鎮開發邊界等公共管制信息數據。

4.2 精度檢測

本文利用D2000 傾斜攝影無人機，采用仿地飛行，獲取了礦產資源調查區1.5 cm 分辨率傾斜影像，參考登記單元范圍利用ContextCapture 自動化建模技術制作地表礦產資源實景三維模型。 對模型進行了質量檢查，實測了40 個礦產資源區地物特征點，與實景三維解析同名點進行精度比對，如下表2 所示：

表2 實景三維測圖精度統計表Table 2 Precision Statistics of Real scene 3D

4.3 功能介紹

本文礦產資源三維登記管理調查系統，基于Skyline 平臺采用JavaScript 進行開發。主要功能包括礦產資源登記管理、查詢檢索、空間量測、統計匯總、立面及剖面分析、淹沒分析、開采動態監測等功能，如下圖4、5 所示。

圖4 礦產資源方量分析

圖5 基于Skyline 的實景三維礦山登記管理調查系統

5 結論

自然資源統一確權登記類型涉及水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等多源數據，本文通過高精傾斜實景三維數據探索礦產資源三維登記管理系統，基于Skyline 平臺，建立了融合礦產資源調查、登記、管理等多功能的三維平臺，創新了傳統地表礦產資源登記管理模式，有效解決了數據銜接不統一、不同步、效率不高等問題，構建了數據云大腦，基于后臺多樣算子調用服務的形式，構建三維登記管理系統將是未來三維登記模式探索的方向。