应用无人机航测的土地确权底图制作技术研究

王国忠 李林聪

摘 要：本文以无人机航测应用于土地确权为研究对象，探讨了基于无人机航測的土地确权底图制作相关技术流程，论文首先分析了当前无人机航测的技术基础，进而探讨了适用于土地确权工作的底图制作的无人机航摄系统的性能要求，在此基础上，论文详细论述了工作底图的制作流程与技术要求，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：无人机 航测 土地确权 工作底图

中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0048-02

在农村土地承包经营权确权项目中，当地政府部门提供的地方影像图大都比例尺较小、详细程度不够，时效性不足，无法直接作为工作底图，常常需要重新生成正射影像图。

无人机测绘技术具有使用成本低、反应速度快、场地限制小、操作简便灵活的优势，已成为目前农村土地承包经营权确权登记工作中大比例尺影像图制作优先使用的测绘手段。本文以粤北山区某县农村土地承包经营权确权登记项目为例，探讨无人机测绘在农村土地承包经营权确权登记地图制作及后续权属调查中的应用。

1 总体工作流程

接收土地调查无人机航摄指令后，基于“天地图”公众服务平台开展航摄规划，基于DEM开展精确航线设计。选定适合的无人机飞行平台开展航空摄影，获取航摄影像。现场检查数据质量，主要包括航摄数据覆盖完整性检查、重叠度检查以及影像色彩方面的检查。现场处理航摄数据，形成摄区DEM、镶嵌影像图，结合像控测量成果生产摄区正射影像图等成果，一方面可利用电子版数据成果作为工作底图开展土地调查；另一方面经制图整饰后现场输出成纸质底图，供现场开展土地调查使用。无人机农村土地调查工作底图制作工作流程见图1。

2 无人机航空摄影

2.1 航摄规划与设计

基于“天地图”在线服务平台的无人机现场航线快速规划。在广域网络环境下，根据土地调查地名信息或四至坐标等信息，利用遥感影像、地图和三维数据成果快速摸清农村土地调查区域的基本情况，划定调查范围并导出拐点坐标。结合90m分辨率数学高程模型（DEM）数据信息开发航摄设计软件，根据地形起伏自动调整曝光点之间的基线长度，避免产生航摄漏洞；生成设计报表，快速了解航摄面积、四至范围、航摄高度、航线数、影像数、总航程等信息，以便合理规划航摄时间和数据处理时间。

2.2 影像质量检查

航摄设计覆盖范围与实际覆盖范围的快速可视化检测和基于影像匹配的航摄数据重叠度检测。自动提取和同步显示机载记录的曝光点信息文件经纬度信息、摄区航摄设计拐点坐标信息，必要时加载航摄影像数据，可视化检测航摄覆盖情况；提取机载记录的曝光点高度信息，计算航带内最大航高差；利用影像快速匹配算法，统计摄区航带内与航带间的最大、最小重叠度等。

2.3 技术要求与传统

航空摄影获取的影像相比，轻小型无人机在影像重叠度的保证、影像旋偏角的保持、航线弯曲度的保证等方面还有不小的差距。相比传统航空摄影在航向和旁向重叠度上的严格的技术要求，轻小型无人机主要以保证最高点航向和旁向重叠度，以及摄区最低点影像分辨率。

（1）航向和旁向重叠度保证。在航摄设计时，可适当增加航向和旁向重叠度，航向重叠度一般设定为70%～80%，保证摄区地面最高点的航向重叠不小于60%；旁向重叠度一般设定为45%～50%，保证摄区地面最高点的旁向地面重叠不小于30%。

（2）影像分辨率保证。满足1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺成图要求时，摄区地面最低点的分辨率不小于0.05m、0.1m和0.2m。

（3）数码相机检校精度保证。生产正射影像工作底图时，无人机搭载的数码相机必须经过几何检校，检校精度应满足主点坐标中误差不大于10μm，主距中误差不大于5μm，经过畸变差方程式及测定的系数值拟合后，残余畸变差应小于0.3个像素。

3 基于无人机影像的像控测量

3.1 布点方案

无人机像控测量与传统航空摄影像控测量的最大不同之处在于像控点的布设方案存在差异。其重要的环节是计算像片控制点航向基线数跨度和旁向相邻平面控制点的航线跨度，航向基线跨度的计算见公式（1）和（2）。

（1）

（2）

式中：s为连接点（空三加密点）的平面中误差；h为连接点（空三加密点）的高程中误差；K为像片放大成图的倍数；H为相对航高；b为像片基线长度，mq为视差量测的单位权中误差；n为航线方向相邻平高控制点的间隔基线数。与传统航空摄影的像控测量工作相比，其不同之处在于以下几个方面。

（1）正确选择像片放大成图倍数，根据相关理论，像片放大成图的倍数为0.1mm/单像元尺寸。

（2）正确选择与地面分辨率和像点量测精度密切相关的视差量测单位权中误差，传统胶片式航空摄影按照0.02mm取值，这在数码航摄中不再适用；通过统计，无人机数码航空摄影视差量测的单位权中视差一般设定为1/3～2/3像元。

（3）在顾及高程精度影响时，1∶500、1∶1000和1∶2000比例尺像控测量高程控制点旁向间隔航线条数为零，即每条航线必须布点。

3.2 技术要求

在像控点精度方面，针对农村地区土地确权登记发证工作实际，实测点相对邻近国家等级控制点的点位平面位置误差不大于0.01m；高程误差不大于0.1m，困难地区可放宽1倍。

4 无人机影像数据处理

4.1 示意工作底图生产

利用无人机获取的高分辨率影像，在无需控制资料情况下，通过影像快速处理生成高分辨率镶嵌影像图，在此基础上标注宅基地的相关信息，以此作为统计宅基地数量，计算生产地籍图的工作量、投入调查人数和入户调查工期的重要参考依据。

4.2 正射影像图生产

基于无人机遥感影像的正射影像底图制作的重点是生产数字正射影像，这与传统航空影像制作正射影像的步骤基本相同。所不同的是，在空三加密环节，可实现并行处理，以提高效率。在DEM制作环节，可利用高精度空三成果进行全自动密集匹配，生成高密度、高精度的数字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM），再进行滤波处理即可得到高精度的DEM，生产过程可采用高性能刀片机进行分布式处理，无需人工采集特征线。在数字正摄影像（DigitalOrthophotoMap，DOM）制作环节，匀光匀色和智能镶嵌实现并行处理，提高了工作效率。

4.3 技术要求

示意工作底图满足影像几何和色彩的相关要求。在几何精度方面，虽不强求高精度，但需要保证对地物识别，尤其是对建筑物的识别精度能满足任务要求；影像细节方面，要求纹理清晰、层次丰富、无明显失真，道路、水系、建筑物等重要地物无镶嵌拼接痕迹，房屋边线无变形，房屋与房屋、地块与地块之间能清晰辨别；在灰度分布和色彩方面，需要保证影像色调均匀一致、整体反差适中，无明显的色彩拼接痕迹，灰度直方图呈正态分布。利用无人机遥感影像制作的正射影像工作底图的平面位置中误差不大于图上6mm，与相邻影像图接边误差不大于2个像素。

5 结论

（1）利用无人机航测技术生产土地调查工作底图具有实地调查不可比拟的优势。一是清晰直观，外业调查人员能更加准确地判别地类及边界；二是在底图上标注权属，大大节省了草图的绘制时间，提高了外业调查的工作效率。

（2）利用无人机航测技术生产土地调查工作底图，不仅为核算外业界址点测量和权属调查工作量提供了重要依据，获取的农村地区影像亦能作为基础资料保存，必要时可将其作为新农村建设、村镇规划、应急测绘保障工作等的重要基础图件。

（3）随着无人机航测技术的发展，集成RTK或高精度POS系统的无人机可在无需或仅需极少量实测的地面控制点的情况下快速制作正射影像工作底图，这将进一步提高农村土地调查的工作效率。

（4）利用无人机航测技术生产土地调查工作底图不仅是解决无资料地区农村集体土地所有权确权登记发证工作的有效手段，亦能在有关地区的不动产登记、土地利用快速执法监测、生态保护与环境监测、矿产资源开展与利用监测等方面发挥积极作用。

参考文献

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