无人机低空摄影测量在农村土地确权中的应用研究★

贺凯盈 李燕敏 谢忠俍

(陕西铁路工程职业技术学院,陕西 渭南 714099)

0 引言

采用无人机(UAV)低空摄影测量具有成本低廉、现势性强、能适应复杂地形的优点，其对天气和测量范围的依赖性较低，能够快速的获取高分辨率的影像数据。已逐渐应用于地质灾害影像快速获取、征地现状核查、土方量计算复核、地形测量等各种测绘任务中。

本文以贵州省赫章县农村土地经营权确权发证项目无人机航空摄影测量及正射影像生产任务为例，以制作土地经营权为出发点，从通过无人机外业数据采集、像控点的准确采集和DOM的生产制作过程进行详细的阐述，并通过对影像成果坐标和实地采集的坐标进行精度比对，验证基于无人机低空摄影测量成果用来辅助土地产权登记的可行性和实用性。

1 无人机低空摄影测量系统

无人机低空摄影测量系统主要包括：无人机飞行平台、飞行控制系统、获取高精度高分辨率数字影像的航摄仪、地面遥控器以及内业数据处理软件等。本次航飞外业采用的是天宇创通TEZpro,具体参数见表1。

飞控系统是NP-100，它可以采用程控、半自主或者完全自主飞行模式，在飞行过程中能够对飞行姿态、高度和速度实行稳定实时控制，保障无人机能够按照预先规划的航线平稳飞行。在采集照片的同时，能够通过POS系统实时获取曝光时刻摄像机的经纬度、高度和飞行姿态等数。航摄仪是ILCE RX1RM2，机载差分设备是Trimble BD930。具体参数见表2。

表1 固定翼无人机详细参数

2 土地确权实例应用

2.1 测区概况

测区位于贵州省西北部乌江北源六冲河和南源三岔河上游的滇东高原向黔中山地丘陵过渡的乌蒙山区倾斜地带，地处东经104°10′28″～105°01′23″，北纬26°46′12″～27°28′18″，被舍虎梁子、结构梁子、三望坪、韭菜坪等大山分割，地势西北、西南和南部较高，东北部偏低。境内山高坡陡，沟壑纵横，平均海拔1 996 m。属暖温带温凉春干夏湿气候区，无霜期206 d～255 d。气温日差较大，年差较小，光照条件较好，太阳辐射较高。

表2 航摄仪详细参数

2.2 航摄方案设计

考虑到航飞区域由古基乡、哲庄乡、达依乡和财神镇四个乡镇相接壤组成和无人机续航时间限制，东西长约22.53 km，南北长约20 km，对整个航飞区域实施整体航飞路线设计，航线以蛇形航线布设，最小盘旋半径100 m，成图比例尺1∶500，地面分辨率0.140 m，航向重叠率80%，旁向重叠率60%，相对航高1 004.57 m，航线间距412.2 m。像控点首级控制共布设11个GPS点进行静态测量，加密点213个，覆盖整个测区，外业影像采集完成后进行空三加密、内业成图、成果检验与分析，从而生成高分辨率正摄影像图，根据此高分辨率正摄影像图进行土地承包经营权的确权工作。具体技术路线设计见图1。

2.3 航线数据获取

本次航飞采用CGCS2000坐标系，地图投影采用高斯—克吕格投影，按3°分带。飞行质量较好，飞行时间都选在阳光充足、风速较小、风向稳定的时段。各条航带的最终影像数据清晰，旋偏角、翻滚角、俯仰角和航带弯曲度以及航向、重叠度等技术指标满足设计要求，能辨别出地面上最暗处的影像细节。各条航带间没有漏洞，像片有效范围覆盖了全部摄区，可进行立体模型的建立和连接。在航向上超出成图范围的基线均在一条以上，旁向上超出成图范围均为像幅的30%以上，全区无摄影绝对漏洞。

2.4 影像预处理

由于航摄影像质量与无人机自身特点和数码相机自身参数对测量精度的影响较大，测区面积较大，地形复杂、海拔落差较大，飞行时间为冬季，航飞持续时间较长，为保证航摄照片质量统一，在空三测量之前对影像进行匀光匀色、畸变差纠正等处理，保证更高的影像匹配精度和效率。本项目采用EPT软件对照片进行统一匀光处理，匀光处理对比结果见图2。

2.5 空三加密和精度分析

空三加密作为无人机影像处理过程中的关键步骤，其处理精度的优劣对于后续成果有着重要影响。影像匹配的本质是基于各种算法在不同的像片上寻找同名特征点的过程。本文研究中采用INPHO全数字摄影测量工作站，对该测区采取分成两个区域进行加密解算并通过光束法平差后对控制点和检查点的精度进行统计。

表3 控制点残差 m

表4 检查点残差 m

从表3控制点残差可以得出：两个区域的控制点的MX分别是0.006 8,0.007 3，MY分别是0.008 5,0.009 7，MX分别是0.015 0,0.021 1，MX分别是0.010 9，0.012 2，空三加密精度满足无人机低空摄影测量内业规范要求。从表4中可以得出，我们选取的部分地物特征点通过GPS-RTK采集的坐标和DOM影像成果对比，平面和高程的平均中误差分别为0.449 8和0.440 0，最大误差是0.612，满足DOM成果质量规范要求。

此次DOM制作主要基于空三加密完成数据的采集，并经过立体建模进行特征点、线或等视差曲线编辑生产DEM数据，再通过数字微分纠正、影像处理、镶嵌和裁切制作DOM成果。其DOM成果见图3。

3 结语

本文以赫章县土地确权项目为载体，系统阐述了无人机低空影像的获取、像控点的布设采集以及高分辨率数字影像的生产流程。并对像控点精度、数字正射影像底图和实测坐标进行对比，得出了基于无人机影像生成的高精度数字正摄影像底图的精度完全满足国家土地经营权确权和土地利用情况调查任务对精度的要求，相对于传统的全野外测图相比较，具有高分辨率、高效率、低成本、灵活机动受环境影响较小特点。

由于无人机在采集影像过程中姿态易受周围环境因素限制使得影像在加密、匹配、拼接等过程中需要采用精密算法和准确刺点等软件处理技术来保证最终成果的可靠，可以更加有力保证农村土地确权工作的顺利开展。