基于無人機航測技術的土地確權工作的優缺點淺析*

林垚君，馬燦達，蘇秋群

（廣西農業科學院農業科技信息研究所，廣西 南寧 530007）

0 引言

為了全面提升土地資源利用效率，釋放土地經營潛力，推進農村土地確權工作刻不容緩。原始的土地權屬調查方法主要是野外實地測量，不僅工作量大、時間周期長、資金投入大，而且對人身安全也會產生一定的影響；利用衛星遙感影像進行土地權屬調查雖然安全，但是分辨率往往達不到作業要求。

隨著測繪新技術、新方法、新工藝的發展，無人機航測技術是當前測圖生產的最主要方法。無人機航測技術是通過無人機搭載多種遙感設備，如高分辨CCD數碼相機、激光掃描儀、輕型光學相機等獲取信息，并通過相應的軟件對所獲取的圖像信息進行處理，按照一定精度要求制作成圖像的一種技術手段[1]。2008年開始，國家陸續制定出臺了數字航空攝影測量相關標準規范，基于無人機航測的數字測量方法被廣泛應用于測繪和調查工作，如在國家基本比例尺地圖測繪、農村土地承包經營權調查、農村不動產權登記、自然資源統一確權登記、自然災害評估、城市規劃、農作物生產監測等各方面都有著廣泛的應用。

1 無人機航測技術的發展與應用

第一臺無人機誕生于1917 年，此后幾十年里主要應用于軍事作戰[2]，直到20 世紀80 年代民用無人機才剛剛面世。民用無人機的產生，在不同領域都呈現爆發式的趨勢。“十二五”規劃中指出要加強航天運輸系統、應用衛星系統、地面與應用天地一體化系統建設；“十三五”規劃提出要推進民用飛機產業化；《全國基礎測繪中長期規劃綱要（2015—2030 年）》指出要加快推進新型基礎測繪體系建設，不斷提升基礎測繪保障服務能力和水平；2016 年，國家發展改革委、國家測繪地信局印發的《測繪地理信息事業“十三五”規劃》中明確要“構建新型基礎測繪、地理國情監測、應急測繪、航空航天遙感測繪、全球地理信息資源開發等協同發展的公益性保障服務體系”；2019 年印發的《自然資源部信息化建設總體方案》提出要“推進三維實景數據庫建設”。2020 年全國國土測繪工作會議中提出新時期測繪工作“兩服務、兩支撐”的根本定位，明確要求大力推動新型基礎測繪體系建設，構建實景三維中國。2021 年全國自然資源工作電視電話會議要求“加快建設實景三維中國、自然資源一張底圖”。近年來，科技強國、鄉村振興、“五位一體”總體布局以及“碳達峰”“碳中和”戰略的實施更是讓民用無人機發展實現質的飛躍，而無人機在測繪方面的發展也取得了巨大的成就。

胡立等[3]利用無人機航測技術進行丹江口庫區地形測量，不僅算出丹江口水庫的真實庫容，還大大提高了工作效率。廣州市第三次全國國土調查通過最新的無人機正射影像與不同年份的衛星影像作對比[4]，自動提取變化的圖斑，并結合外業舉證分析，得出了土地利用現狀，為國土規劃的編制提供了精準的基礎底圖數據。李萌等[5]以陜西3 個試點區域土地確權為例，將數字正射影像進行空三加密限制誤差的分析，將結果與傳統的土地確權精度相比較，得出無人機在土地確權方面具有較大的可行性和實用性。

本文以無人機航測技術應用于廣西某農場土地確權的項目為例，對從無人機數據采集、高分辨率影像底圖生產到如何進行確權的整個過程進行較為詳細的闡述，并隨機抽取一部分成果與實地調查進行驗證分析，結果表明，無人機航測技術可以用于大比例尺的測繪成圖，能夠滿足實際生產需要。但其中存在的不足也同樣不容忽視，了解無人機航測技術的優缺點，是推動其實現長足發展的根本前提。

2 無人機航測技術在廣西某農場的應用

2.1 概況

該農場位于廣西壯族自治區中部，地形平坦，氣候適宜，雨量充沛，屬亞熱帶季風氣候區，以甘蔗種植為主導產業，發展小規模的柑橘、水稻種植。由于歷史原因，企業體制機制和運營管理不嚴格、不規范，一直以粗放的方式進行土地經營管理，存在經營范圍邊界不清、領導職工私墾亂占、擅自流轉土地以及被鄰村村民侵占土地等情況。這些問題的存在，既浪費了土地資源，又增加了企業運營成本。當前，全面開展資源資產清查，摸清土地資源使用狀況，對促進資源整合、優化資源配置和處理、持續深入推進企業改革發展具有重要意義。

本項目采用0.1 m 空間分辨率的航空正射影像為底圖；影像成果平面坐標采用2000 國家大地坐標系（CGCS2000）；高程基準采用1985 國家高程基準，正常高系統；投影方式采用高斯-克呂格投影，1.5°分帶，確有必要時可按3°分帶。經過內業遙感影像解譯、外業指界調查，理清土地權屬關系，查清土地利用現狀，核清辦公住宅用地、職工承包經營土地等10 大類土地經營管理現狀。土地確權工作流程如圖1所示。

圖1 土地確權工作流程

2.2 飛行與數據處理

無人機航測技術在實際應用中主要包含航飛準備階段、航飛作業階段、影像數據處理和精度分析三個主要過程。

2.2.1 航飛準備階段

采用無人機航測首先要根據農場位置、地形和地貌等情況，收集測區內的衛星影像、地形圖等基礎資料，以便快速了解測區范圍，確定測區內是否存在部隊營區、機場等需要申請和報備的情況；其次對航測作業進行合理規劃設計，明確本次航測的主要任務和內容，精確計算測區內的曝光點坐標、航攝高度和像控點數量，估算像控布設、影像處理所需的工期和人員、設備等的投入。無人機起飛前，要對航攝儀器做基本檢查，提前對無人機電池、電腦、GPS 等設備進行充電，檢查各種設備配件是否佩戴齊全。

在航攝設計時，要對整個測區進行區域劃分，保證各個測區之間無縫銜接，避免出現漏飛的情況。航向重疊度一般設定為70%~80%，保證測區地面最高點的航向重疊度不小于60%；旁向重疊度一般設定為45%~50%，保證測區地面最高點的旁向地面重疊度不小于30%。影像分辨率滿足1∶500、1∶1 000、1∶2 000 比例尺，地面最低點的分辨率不小于0.05 m、0.1 m、0.2 m。

2.2.2 航飛作業階段

在進行無人機航測的過程中，應選擇光照強度較好的晴朗天氣中10 點至16 點這個時間段進行作業，航飛過程需要時刻關注無人機的飛行狀態，拍攝得到的像片控制點的目標影像要清晰，防止出現衛星信號失聯現象。飛行時應選擇遠離高層建筑、電線桿以及水域等區域為起降點，降落可選擇直線或盤旋降落方式，在降落停穩后靜止5 min~10 min，以保證數據的完整性和準確性。

2.2.3 影像數據處理和精度分析

將無人機航測數據進行下載和質量檢查，確保各項數據正常、準確后才能使用該數據。數據的檢查工作主要包含了數據質量的檢查，即檢查數據是否覆蓋整個測區、相片質量是否符合要求等。

將滿足要求的航測數據進行空三加密和數字正射影像制作，生產正射影像工作底圖時，人機搭載的數碼相機必須經過幾何校驗，校驗精度應滿足主點坐標中誤差不大于10 μm，主距中誤差不大于5 μm，經過畸變差方程式及測定的系數值擬合后，殘余畸變差應小于0.3個像素，以此完成測區應用的地圖設計[6]。

本次作業準備的硬件設備主要包括：無人機、GPS、全站儀、外業調查PAD、高性能計算機等外業工作設備。軟件設備包括：ArcGIS、AutoCAD、Photoshop、CC（Context Capture）、Map Matrix、inpho等常用軟件。具體航攝作業流程如圖2所示。

圖2 航攝作業流程

2.3 內業解譯

2.3.1 土地權屬

在我國，所有權和使用權是土地權屬的兩種方式，土地權屬調查主要是對某塊土地的權利人、面積、界址、四至、坐落、界線等相關信息，進行所有權、使用權或經營權狀況調查[7]。本項目土地權屬范圍確定主要是依據現有的土地權屬成果或權屬證明材料繪制權屬界線。已發證的直接根據發證界址點繪制發證邊界，并錄入權屬證號、坐落、面積等信息。未發證的根據歷史權屬來源證明材料的坐標信息繪制邊界，并錄入相關信息。

2.3.2 土地經營管理

本項目中的土地經營管理主要是公民對農場土地的承包經營，其權利內容由合同約定。包括辦公住宅用地、職工承包經營土地、對外租賃土地、自主農業開發用地、自主二三產業開發用地、對外合作項目用地、閑置建設用地、被侵占土地、被回收土地、其他土地共10種類型。

土地經營管理范圍的確定是以現有的土地經營合同、承包及租賃費用收繳財務報表，以土地流轉等管理臺賬等為基礎，以高精度的遙感影像為底圖，土地使用人或委托指界人依次在高精度底圖上指認地塊四至范圍，在現場進行土地經營范圍的繪制，并結合外業指界分類核查經營管理登記信息和經營管理現狀。對于有邊界爭議的承包地塊，應解決爭議后再進行調查，當調查現場不能處理時，應記錄爭議情況，對無法調查的區域，標注“爭議區域”。

2.3.3 土地利用現狀

土地利用是指在權屬界線內的各類用地面積、分布和利用狀況。查清并掌握土地資源現狀和變化[8]，對緩解土地資源緊張，科學合理使用土地資源，促進農場經濟可持續發展具有十分重要的意義和現實價值。本項目基于正射影像底圖，依據三調的土地利用分類標準如耕地、林地、園地、草地、商服用地等進行細化，再逐地塊進行邊界判讀，并錄入地類代碼、地類名稱、種植作物類型等相關信息，如無法判讀的地塊要進行外業舉證調查。

3 無人機航測技術在土地承包經營權確權中的優點淺析

3.1 時效性強

普通的遙感影像從衛星拍攝到成果交付使用往往需要幾個月甚至一年的時間，這就導致了時效性達不到作業要求，而無人機可以在某一天的某個時段進行作業，尤其在小范圍測區優勢更明顯[9]。無人機航空攝影受地理環境和氣候因素影響較小，一天可以飛行多次，有效的拍攝時間較長，工作效率高。并且在進行土地確權工作時能夠將測繪工作中發現的問題及時反饋給相關工作人員，以便能夠進行快速更改，生成被檢區域清晰、詳細的影像資料和各種基礎數據，大大提高了項目總體效率[10]。

3.2 靈活性強

無人機起飛條件簡單，對起飛場地沒有太大的要求，在空地、草地等多種地理環境中均能實現快速起飛，可進行彈射起飛，通過降落傘及滑行方式落回指定地面，實時獲取準確的遙感影像資料，制作的調查底圖數據時效性強、準確度高。同時，無人機可以拆卸裝箱，攜帶比較方便，可迅速到達測區[7]。而采用傳統方法在地形復雜的區域進行土地確權工作，往往需要消耗更多的財力、物力，并且某些區域人工難以到達測量。

3.3 作業精準

傳統的衛星影像如哨兵、Landsat、WorldView、高分系列等等，雖然光譜分辨率高，衛片上地物及植被色彩豐富，但是空間分辨率低，不論是計算機自動分類、人工解譯還是現地對照勾繪都易造成地類分類上的錯誤[11]。而且極易受云、雨、雪、沙塵、霧霾的干擾，在天氣惡劣的情況下衛星影像質量會受到負面影響。

而無人機可以進行超低空飛行，飛行高度可小于100 m，且攜帶的數碼設備覆蓋范圍廣，可搭載普通相機實現垂直成像，搭載兩鏡頭或五鏡頭傾斜相機實現傾斜成像，獲得的影像分辨率可達亞米級的精度，可制作高分辨率數字正射影像（DOM）[7]，能清晰有效識別道路、溝渠、田埂等地物以準確判讀地塊邊界。

本項目在抽樣質檢中，按土地權屬30%、土地經營管理20%和土地利用20%的比例，隨機抽查了10 403個地塊圖斑進行實地核查，其中錯誤地塊圖斑140個，正確率達98.65%，完全符合作業標準。

3.4 成本低、安全性高

與傳統的測繪技術相比，無人機航測的應用具有相對較低的投入成本和較高的安全系數。無人機體型較小、結構簡單，可靈活拆裝，攜帶方便，一定程度上降低了運輸成本，其操作簡單、靈活性強的特點，可以減少作業人員，縮短作業周期，較大程度上降低了實施成本。

同時，在控制飛行的基礎上，操作人員可以提前設計飛行路線，避免飛行過程中發生意外。飛行過程中，還可以很好地進行故障處理和診斷，顯示故障，并在發生故障時自動返航，確保其運行安全。在某些對人的生命安全有危害的環境下（如森林火災、火山噴發、有毒氣體、地震等）能夠直接獲取影像，即便設備出現故障，發生墜機等情況也不會造成人身傷害。有效避免了人員傷亡的危險，具有較強的安全性和廣闊的適用范圍。

4 無人機航測技術在土地承包經營權中確權的缺點淺析

4.1 續航時間短、作業范圍小

目前一般低空無人機續航時間只有短短的幾十分鐘，這其實是一個綜合考慮了續航、成本、便攜性、實用性、穩定性的結果。一方面，電池容量、電壓、放電電流大小是影響無人機續航時間長短的主要因素。受到鋰電池原材料性能和電池技術的限制，如果因為技術升級成本較高，可實現性較難，而增加無人機的電池數量或重量，這會導致機身重量增加，同時無人機的功耗也隨之增加。另一方面，現在的無人機普遍采用的是四軸旋翼的設計，在向前飛行時是依靠尾部兩個旋翼提高轉速增大升力使無人機能向前運動，當無人機整體向前傾時，增大了空氣阻力從而導致消耗更多的電能。除了自身因素以外，外部環境因素和一些可變因素也會影響無人機的續航能力，比如飛行速度和高度、大氣溫度和濕度、飛行中機動動作以及風力環境等等。對于大面積的測區，只能進行多次更換電池反復作業，這無疑增加了工作時間，降低了工作效率。

4.2 像控點布設困難

像控點是攝影測量控制加密和測圖的基礎，像控點目標選擇的好壞和知識點位的準確度，直接影響測量結果的精度[12]。雖然無人機可以靈活拍攝，但是野外像控點的布設仍然是個難題。

常規的要求是平面點位應在影像清晰的面點位選取。高程點位的選取應在局部高程變化小且點位周圍相對平坦的地區進行[13]。平高控制點的點位目標應同時滿足平面和高程控制點對點位目標的要求。像控點在相鄰像片上均清晰可見，并選擇最清晰的一張作為主刺片。但在實際測量工作中，由于一些測量人員的業務知識不扎實，在進行野外對測區像控刺點的測量時，沒有注意到平面點位、高程點位、平高控制點位的選取應滿足哪些要求，導致測量出來的數據不準確，無法滿足工作要求。

此外，野外作業地區一般地形比較復雜，工作時還可能要穿越河流、山谷、沼澤地等等，且有時準備工作不充分，如設備電量不足、物資不足等，都會給野外測量工作者帶來極大的安全隱患。

除了保證像控點布設合理外，還要通過GPS 進行定位[9]。但是在實際應用的時候，GPS 信號容易受到環境的干擾，如飛行器上方有遮擋，或飛行器周圍環境有強磁場或金屬物體、高壓電塔等，會造成GPS信號弱或信號丟失，從而給野外測區像控刺點布設工作帶來了困難。

4.3 受植被覆蓋程度影響

植被覆蓋程度和植物生長過程往往影響地塊邊界的判讀，在作業中，由于該農場主要是種植甘蔗、柑橘等經濟作物，此類植物的枝葉較大，茂密的枝葉會完全覆蓋地塊的邊界，導致地塊邊界的判讀不夠準確，造成一定的模糊和糾紛，只能跟農戶面對面溝通交流，反復修改，甚至要多次到實地進行查看才能得出結果。

4.4 無人機航測技術普及率不夠高

土地確權是一項繁瑣和復雜的工作，涉及多方利益，在考慮不充分的情況下容易引發糾紛，產生不良后果，因此需要多方協調、仔細溝通、及時修改才能得出最終的結果。但由于青壯年的外出，村里只剩下老人和小孩，對于無人機航測技術較為陌生，他們認為基礎的皮尺丈量、手持GPS 測量更準確，這給土地確權工作帶來了不小的壓力，同時也說明無人機航測技術的普及工作任重而道遠。

5 總結

綜上所述，無人機航測技術在小測區范圍內能夠精準調查土地資源承包不清、空間位置不清、面積不準、四至不明等問題，大大縮短項目周期并減少資源消耗，但還存在很多不可抗力的因素制約著無人機航測技術的發展，科技人員應該加大對該項技術的研究力度，以便更好地推進無人機航測技術在我國測繪行業中的廣泛應用。