A3数字航空摄影测量系统在土地确权中的优势

韩丹 康冰锋 鲁翔

摘 要：VisionMap A3是集航空摄影和数据处理为一体完全自动化的航空测绘系统。从该系统相机参数及数据处理流程分析，结合实际项目执行结果，该系统具有高效的数据获取，较少的像控布设，一体化航测的生产流程的作业优势。通过精度检验，生产出高精度的数据产品满足农村土地确权对工作底图的要求，为农村土地确权提供时效性强、分辨率高、信息丰富、高精度的工作底图，确保确权发证工作高效进行。

关键词：A3 航空摄影 土地确权 一体化生产 精度

中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（b）-0019-03

Abstract：VisionMap A3 aerial Photogrammetry System is a fully automatic system with aerial photography and data process. We analyzed the system camera parameters、data processing flow and the actual project verification， the system was good at high efficiency acquisition， less GCP， integrated all the processes of production. These advantages lead to the high precision products. After quality inspection， the result showed it can meet the requirements of the land right verification works. It can provide maps with timeliness， high resolution， information-rich， high-precision， ensure to work efficiently of right verification and certification.

Key Words： A3；Aerophotography；Land rightverification；Systematic production；Accuracy

农村土地调查的任务要求查清承包地块的名称、面积、四至、空间位置、土地用途等信息，并建设土地承包数据库和信息系统，建立集影像、圖形、权属为一体的农村土地承包管理信息数据库和管理信息系统[1]。

航空摄影测量技术为农村集体土地确权登记发证工工作提供了便捷的手段，本文根据A3自动化航空测绘和测图系统的特点，结合四川某山区土地确权项目，验证了A3在土地确权中的优势。

1 A3系统介绍

A3数字成像系统是以色列VisionMap公司新推出的一款长焦距数字航摄系统，它包括一个颠覆传统相机设计采用摆动式扫描方式的宽幅航空数码相机与地面自动化数据处理系统（LightSpeed）。从数据获取到数据生产实现全自动化过程，得到一系列产品。

1.1 相机优势

A3数字摄影测量相机比传统的摄影测量相机有着更高效的数据获取能力主要表现在以下几个方面。

（1）旋转步阶框幅式的相机，相机摆幅超过100°，旁向重叠达到56%以上，影像重叠数目越大，前方交会的精度就越高；从平差理论来说，就是多余观测数越多，平差结果的精度和可靠性就越高。所有影像同时进行前方交会，平面和高程方向的交会精度都会达到最高[2]，保证了摄影测量光束法区域平差的精度，使相连两条航线的间距最大化。

（2）300mm的长焦距保证在比较高的飞行高度下，能够获取高分辨率的数据。

根据航高计算公式[3]可以得出为获取同等分辨率的数据，在像元尺寸相差不大的情况下，焦距越大，航高越高。

航高计算公式：

式（1）中：

H为摄影航高，单位为m；

f为镜头焦距，单位为mm；

a为像元尺寸，单位为mm；

GSD为地面分辨率，单位为m。

通过公式（1）和表格可以看出，在同一地区，为获取相同分辨率数据，A3的大焦距使得它可以飞的更高，地面幅宽更大，获取数据的效率越高，同时，在给定条件下A3飞行高度高，对于空域申请、飞行管控也较为有利。

（3）所有的Frame，包括垂直的和倾斜的，作为基本平差单元都参加光束法区域网平差计算，在全区域内统一进行平差处理，解算出每张像片的外方位元素，然后按多片前方交会计算出加密点地面坐标。

（4）相机并不需要任何外部稳定设备，相机内安装了一个轻型精确运动补偿的机械设备-通过安装在设备内部光学器件上可倾斜运动的小镜子，完成了线性和角度的补偿[4]，运动补偿的设计是为了补偿相机的快速的旋转速度，确保在快速飞行器中安装使用。

1.2 数据处理优势

（1）地面处理系统和相机紧密的连在一起，自动化程度很高，航飞数据下载后，运行完数据预处理后，用户指定成果数据和规格，系统自动进行空中三角测量、光束法区域网平差，空三处理过程是纯粹的摄影测量算法[5]。

（2）较大的旁向重叠度以及A3特有的光束法区域网平差算法自动处理计算，每张相片间上百万个连接点，所以仅需少量控制点就可以满足成果精度要求。

（3）通过立体影像的全自动影像匹配生成DSM，进行人工滤波后生DEM和正射影像图[6]。

（4）系统可以完成自校正，相机参数自动计算，减少了由于日常维护所造成的停机所造成的损失。

2 工程概况

2.1 航摄数据获取情况

自2014年01月03日至2014年01月18日总计飞行3个架次，采用塞斯纳208飞机搭载A3相机作业，作业高度为3800m，合计获取航摄面积1742km2。有效测区面积1382.32km?。完成有效面积占项目总要求面积的100%。地面分辨率0.08m，相对航高3243m，绝对航高3800m，航向重叠度73%，旁向重叠度60%，航线间隔为1100m。航摄数据获取效率高。

2.2 像控布设情况

根据以往项目经验，本测区范围均匀布设了16个控制点，平均86m2布设一个像控点。A3仅需少量的控制点就能达到国家测绘标准要求，与传统航摄相比大大减少了内业、外业的工作量，提高了工作效率，节约成本。

2.3 一体化生产DOM

通过A3系统自带的光速地面处理系统（LightSpeed）完成数据预处理、色彩校正、空中三角测量及区域网平差、生产点云数据、人工滤波、正射纠正、镶嵌线自动编辑、镶嵌、裁切等工作。

2.3.1 预处理及空三

航飞数据下载后，对数据进行解压、色彩校正、航带排序、删除黑边等预处理工作，为空三工作做好准备。

本项目采用差分GPS加上控制点的方式（DGPS+GCP），利用多影像匹配自动转点技术得到的影像连接点坐标可用作原始观测值，数以百万计的连接点参与区域网平差计算。同一个地物点在多达数十幅影像上响应，自动连接点匹配精度高[7]。再加上严密的光束法区域网整体平差方法，空三的整体精度得以保证。

自动化空三处理完成后，使用均匀分布整个测区野外实测的36个检查点，对整个Session空三精度检查，满足1∶1000山地空三检查点误差要求。

2.3.2 DEM生产

A3的点云来源于区域网平差，每一个点都是由多张重叠影像采样计算而得，本项目用于纠正DOM的点密度为2m，数据格式为Las。

由于基于影像匹配的局限性，无法穿透树冠、房屋等遮盖，影像匹配点云有时无法获取精确的DEM，而只能获取DSM[7]，再通过TerraSolid软件进行地面点分类，精化匹配点云的高程，生产高精度DEM产品。

2.3.3 生产DOM产品

（1）自动拼接：系统基于影像识别技术，通过独创的软件算法，自动生产镶嵌线，正确率高达90%以上。

（2）生产DOM产品：自动生成的镶嵌线经人工质检合格后，根据项目要求裁切输出1∶1000标准分幅DOM产品，分辨率为成果格式为GeoTiff。

3 成果DOM质检

利用野外实测36个检查点对DOM平面精度进行抽样查，误差情况如下表所示。根据《CH/T 9008.3-2010 基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000数字正射影像图》规范要求，1∶1000 DOM成果中误差为0.6m，最大误差1.2m。A3生产的DOM满足农村土地确权对工作底图的要求。

4 结语

本项目成果经第三方质检合格，并通过甲方的验收。通过对此项目成果分析总结可认为：

（1）利用A3生产的1∶1000 DOM精度符合国家规范要求，农村土地确权工作可以根据DOM成果准确计算出承包地块的面积、四至、空间位置。

（2）A3的高效率、高精度成果产品精度完全符合农村集体土地所有权确权登记发证工作任务重、时间紧的需要，保证确权资料准确、真实、可靠，切实维护农民权益，推进了农村集体土地所有权确权登记发证工作的顺利进行。

参考文献

[1] 中华人民共和国农业部.NY/T 2537—2014农村土地承包经营权调查规程[S].北京：中国农业出版社，2014.

[2] 张永军，张勇.大重叠度影像的相对定向与前方交会精度分析[J].武汉大学学报：信息科学版，2005，30（2）：126-130.

[3] 中华人民共和國国家质量监督检验检疫总局.GB/T 27920.1-2011数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al.Visionmap A3-Super Wide angle Mapping System Basic Principles and Workflow[A].ISPRS Congress[C].2008：1735-1740.

[5] Pechatnikov M，Shor E，Raizman Y，et al. VisionMap A3-The New Digital Aerial Survey and Mapping System[A].Fig Working Week[C].2009.

[6] 李健，刘凤德，赵利平.基于影像特征点、线整体匹配的DSM自动生成[J].测绘科学，2007，32（4）：96-97.

[7] 邓芳，韩丹，康冰锋，等.A3数字成像系统在城市大比例尺测图中的应用研究[J].测绘，2017，40（3）：125-127.

[8] 冯帅.影像匹配点云与机载激光点云的比较[J].地理空间信息，2014，12（6）：82-83.