无人机航空摄影测量在土地复垦测量中的应用

刘福春，朱 微

(1.江苏星月测绘科技股份有限公司 江苏 盐城 224000;2.常州市测绘院 江苏 常州 213002)

1 引言

土地复垦是指将未利用的土地改造成为可以利用的农用地，并加以利用的行为。积极开展土地复垦工作是缓解人地矛盾、改善农业生产条件和生态环境的有效途径，是实现耕地总量动态平衡、增加有效土地面积的有力措施，是提高土地质量、促进土地集约化利用的重要手段。土地复垦后要求对被复垦地重新进行测量以便计算出新增加的复垦土地和新增加的农业设施，例如道路、水渠等。

土地复垦的常用测量方法是数字化测图，就是利用RTK 结合全站仪进行测量。数字化测图适用于小面积的土地复垦测量，但对大面积的复垦测量效率则比较低。数字化测图无法对土地复垦前、后图形进行比较，不能直观反映复垦前后的变化。飞机航空摄影能够提供直观的正射影像图DOM，从图上就更能够直观，但是对面积仅仅只有十几平方公里的土地复垦测量用大飞机的航空摄影显然不是一个明智的选择。此时可以将小型无人机的低空摄影测量有效利用起来。目前微型无人机航空摄影测量具有轻小、续航时间长、成本低、机动灵活等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。

本文以射阳盐场万顷良田建设一期工程1 ∶2000 土地复垦项目为例，利用无人机航空摄影测量的方法，通过对该工程实测后的精度分析得出无人机能够满足土地复垦的测量要求。同时通过几个方面的比较得出无人机航空摄影测量在土地复垦测量中比数字化测图更为先进。

2 无人机航空摄影测量

2.1 任务概述

射阳盐场万顷良田建设一期工程土地复垦已经竣工，项目区约5.7 km2，利用无人机对测区进行航摄，制作1∶2000 彩色数字正射影像图(DOM)和数字地形图(DLG)。

2.2 数学基础

(1)平面坐标系统是1980年西安坐标系;

(2)投影方式采用高斯－ 克吕格投影，按3°分带;

(3)高程基准采用1985 国家高程基准;

(4)成图比例:DOM 和DLG 按1∶2000 进行设计要求。

2.3 产品规格

(1)DOM:数字正射影像为真彩色影像，采样分辨率为0.2 m，采用双线性或双三次卷积内插法采样，图幅内缺少影像数据区域以白色填充。

(2)DLG:按50 cm×50 cm 矩形分幅DLG 编辑生产，比例尺为1∶ 2000，数据格式为DWG。

2.4 数据格式

(1)DOM 数据文件格式:为非压缩的TIFF 格式，坐标信息文件为.tfw。

(2)DLG 数据文件格式:为DWG 格式。

2.5 成图精度

(1)DOM 精度，如表1 所示。

表1 DOM 数据中地面明显地物点对最近野外控制点的图上点位中误差

(2)DLG 精度，如表2 所示。

2.6 测绘生产

2.6.1 航空摄影

本项目利用无人机进行航摄，利用数码相机Canon 5D MarkII(焦距24.378039 mm，像元大小0.00641 mm)实现定点曝光，根据CH/Z 3005－2010 要求，像片航向重叠度设计一般为60%～80%，最小不少于53%;像片旁向重叠度设计一般为15%～60%，最小不少于8%。而数码相机像片每处分辨率均一样，不存在边缘模糊圈，只要有重叠能辨清地物均可选点、测图。基于本次航摄任务的实际情况确定航向重叠度为80%，旁向重叠度为50%。像片倾斜角一般不大于5°，最大不超过12°，出现超过8°的片数不多于总数的10%。像片旋偏角一般不大于15°，在确保像片航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大旋角不超过30°，在同一条航线上旋角超过20°像片数不应超过3 片，超过15°旋偏角的像片数不得超过分区像片总数的10%。像片倾斜角和像片旋偏角不应同时达到最大值。航线弯曲度不大于3%。同一条航线上相邻像片的高差应不大于30 m，同一条航线上最大和最小航高差应不大于50 米。摄影分区内实际航高和设计航高之差应不大于50 m。最终摄区共8 条航线，飞行方向为南北向。航线间结合良好，重叠符合规范要求，没有绝对漏洞和相对漏洞。

2.6.2 像控点测量

像控点一般应布设在航向及旁向6 片或5 片重叠范围内，使布设的像控点尽量公用，点位距像片边缘不应小于150 像素。控制点平面精度对基础控制点平面位置中误差不应超过地物点位置中误差的1/5，高程不超过基本等高距的1/10，通过换算可知控制点平高精度为0.1 m。

最终测区利用JSCORS 到外业实测控制点12个，平面坐标为1980 西安坐标系，高程为1985 国家高程基准，外业实测控制点分布略图，如图1 所示。

图1 外业控制点分布略图

2.6.3 空中三角测量

本项目采用影像处理系统PixelGrid 对无人机数码影像进行畸变纠正，然后利用PixelGridAAT +PATB 小数码自动空三加密模块，以小数码航片作为空三加密的原始数据，运用PATB 平差软件进行光束法区域网平差。通过航测内业方法(包括内定向、相对定向、公共连接点的转刺)构建空中三角网，并将外业控制点成果导入系统按严密的数字模型进行区域整体平差，得到优化后的外方位元素和加密点成果。

通过对测区范围以及航片数量分析，项目不需进行加密分区。整个测区作为一个整体进行光束法区域网空三加密，在加密过程中遇到了约9 张航片少点情况，通过人工在标准点位加点的方法进行解决。部分自动连接点视差较大，通过输出相对定向精度报告人工找出超限点经行改正。通过对加密结果的分析，空三成果能精度满足设计要求。

2.6.4 数字正射影像图制作

在空三成果基础上建立测区工程文件，导入作业生产区域DEM 数据。利用DEM 数据对原始影像进行数字微分纠正，编辑自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接，使用PhotoShop软件对影像进行整饰，并最终完成数字正射影像图。最后按矩形图廓对影像进行分幅裁切，形成DOM 数据成果。

本项目测区以平地为主，DEM 的制作主要是使用空三加密点做编辑去除明显非地面点后按区域插值生成大范围区域DEM，按2.5 m ×2.5 m 格网间距建立数字高程模型即DEM。

使用PixelGrid 系统自带的匀色模块对影像进行匀色工作。针对部分像片颜色不均匀情况本项目主要使用小波低通滤波法进行单幅影像内匀光，结果表明像片颜色不均情况得到了很好的抑制。在影像拼接过程中，为了防止出现房屋、高压塔等高程等变化较大地物要素出现倒向严重情况，最多只进行隔片拼接，而不进行隔多张像片拼接。最终检查影像整体清晰，明暗度、对比度适中，色调柔和，影像无明显变形。

2.6.5 数字地形图绘制

利用全数字摄影测量工作站VirtuoZo 测图模块导入空三加密成果恢复航摄数字影像的立体模型。采用内业判读进行各地形要素的数据采集，经过转码、初步编辑后将符号化的地物数据叠加正射影像输出调绘片。结合内外业成果进行编辑整理，生成图形文件。

外业调绘时，在内业采集的基础上对调绘面积范围内的区域进行野外核实和补调。因影像时效性极好，故实地区域几无变化。

地形图内业编辑在基于AutoCAD 及开发的测图软件CASS 7.1 工作环境中进行。

2.7 质量检查

控制点质量检查中误差为0.17 m，DOM 中误差为0.37 m，DLG 中误差为0.31 m，符合质量要求。

3 传统测量与低空摄影的比较

在土地复垦测量中，从精度比较上来说，两种测量方法得到的DLG 精度都符合规范要求，但无人机在土地复垦中的作用明显比数字化测图具有优势。

3.1 测图效率性

从测图效率上来说，无人机摄影测量明显快于传统的测量手段，十几平方公里的土地复垦项目测量最多10 几天就能够完成，且大部分工作在内业就能够完成，几乎很少受天气因素的影响，外业调绘几乎不需要做什么，这是由复垦测量的特点来决定的。

3.2 用人成本

在整个测绘生产中，最大的成本就是人力成本。无人机航空摄影测量可以将参加测绘的人员数量大大降低，使工作的辛苦程度也降低。

3.3 产品的丰富性

在数字化测图中只能够提供一套最终的DLG图形，而无人机摄影测量，不但能够提供DLG，而此能够提供DOM。虽然DLG 是一个完备的图形，但在土地复垦测量中DOM 显的更直观、直接。

4 结束语

无人机在土地复垦中体现出轻便灵活、反应迅速、成本低廉等优点，可以使测量工作更加高效、快捷，极大地节省了人力，缩短了测量周期。

但需要说明的是无人机航摄系统也有诸多缺陷，例如单幅影像覆盖面积小，正射影像图接缝工作量变大;像对模型变多，增加了模型切换和模型接边工作量;系统姿态不稳定，使得空中三角形不稳定，从而引起高程精度损失，无法满足1∶ 500 测图精度。

因此，如何将无人机的优势发挥到极致，使它更好地为测量使用是一个值得探究的问题。

［1］国家测绘局.CH/Z 3005－2010 低空数字航空摄影规范［S］.北京:测绘出版社，2010.

［2］国家测绘局.CH/Z 3003－2010 低空数字航空摄影测量内业规范［S］.北京:测绘出版社，2010.

［3］吴正鹏.无人机载双相机低空遥感系统应用初探［J］.遥感信息，2010(2):114－118.

［4］谷国涛，吴良才.无人机遥感技术数据特点及其应用［J］.科技致富向导，2011(35):57－58.

［5］雷双友，尹向红，李轩宇.无人机遥感技术在城镇土地集约利用监测评价中的应用［J］.测绘通报，2011(7):34－36.