小型无人机在土地整治项目核查验收中的应用研究

曹森林 袁路祥 王淑玲 张璟涛 张斌

摘  要：土地整治项目的核查验收是有关部门为了检测竣工后的土地整治项目能否达到预期的工程标准和国家相关规定要求，而开展的第三方核查工作。该文以苏州市三优三保土地拆旧复垦验收项目为依托，利用小型无人机采集测区影像数据，内业进行数据处理，获取测区正射影像，并进行矢量化核查。研究结果表明：使用小型无人机进行土地整治项目的核查验收工作可以灵活、方便、快捷、高效地获取测区高精度和高分辨率的正射影像，其测量结果直观、准确、可靠，完全满足验收要求。

关键词：小型无人机  土地整治项目  核查验收  正射影像

中图分类号：P231                               文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）12（c）-0062-04

Research on the Application of Small UNMANNED Aerial Vehicle in the Verification and Acceptance of Land Remediation Project

CAO Senlin1  YUAN Luxiang2  WANG Shuling1  ZHANG Jingtao1  ZHANG Bin2

（1.School of Geomatics and Marine Information， Jiangsu Ocean University， Lianyungang， Jiangsu Province， 222005 China; 2.Suzhou Industrial Park Surveying and Mapping Geographic Information Co.， Ltd.，

Suzhou， Jiangsu Province， 215000  China）

Abstract： The verification and acceptance of land reclamation project is a third-party verification work carried out by the relevant departments in order to test whether the completed land reclamation project can meet the expected engineering standards and relevant national requirements. In the article based on the Suzhou Sanyou Sanbao land reclamation and acceptance project， a small UAV is used to collect the image data of the survey area， and the internal industry carries out data processing to obtain the orthophoto image of the survey area and carry out vector verification. The results show that the use of small unmanned aerial vehicle in the verification and acceptance of land reclamation project can flexibly， conveniently， quickly and efficiently obtain the orthographic images with high precision and resolution in the survey area， and the measurement results are intuitively， accurate and reliable， which fully meet the acceptance requirements.

Key Words： Small UAV; Land reclamation project; Verification acceptance; Orthophoto image

目前土地整治驗收项目一般采用全野外数字化测量和地理信息化系统以及全球定位系统等现代化测量手段进行工程的实施，具有测量精度高实用性强的特点，但也存在着工程周期长，易受测区外部环境条件影响，生产成本高等限制[1]。随着我国摄影测量技术和全球定位技术的发展，利用无人机平台搭载传感器，通过高精度的定位系统进行数字化测量不仅可以保障测量数据的精度而且还极大地缩短了外业测量的时间，减少了人员投入，降低生产成本。该文基于苏州市三优三保土地拆旧复垦验收项目，研究利用小型无人机进行土地整治项目验收工作的可行性，以期为土地整治验收工作解决部分问题。

1  无人机航测概述

无人机出现于20世纪，最早被应用于军事侦察活动，随着科学技术的进步以及社会生产力的发展，无人机技术逐步走向平民化、大众化，从而推动了测绘技术的新发展。在现代测绘技术中如何实现自动化、智能化、高效率、高精度的数据采集是现代测绘行业研究发展的必然趋势。随着无人机技术、通信技术、定位导航技术以及相关技术的发展，无人机测绘正在逐步代替传统测绘仪器成为测绘行业新的宠儿。无人机航测作为一种新型的数字化测量手段，具有其他传统测绘仪器不可比拟的优势，它起降场地小，机动灵活，高效便捷，反应迅速，运输方便，环境适应能力强，经济合理成本低，成果影像高分辨率、高精度，成图快速便捷等特点，自出现以来逐渐受到众多从业者的广泛青睐，在测绘行业中具有其他测绘技术无法代替的地位[2]。目前无人机测绘技术被广泛应用于地形测量、地籍调查、房地产测量、土方测量、三维建模等工作。

2  数据获取方法

根据测区实际情况，外业影像数据采集使用大疆精灵4RTK无人机进行测量工作，同时为了较大程度上保证成果精度，我们对每个航测地块使用RTK采集1～2个像控点进行精度控制。

（1）准备工作。为了保证无人机安全和测量作业的顺利实施，无人机起飞之前必须对现场外部环境进行实地观察以及对无人机状况进行检查，确保作业安全[3]。

（2）航线规划与数据获取。该次飞行使用大疆自带的航线规划软件，根据《低空数字航空摄影规范》的要求航向重叠度一般设定为60%～80%，最小不少于53%;旁向重叠度一般设定为15%～60%，最小不少于8%[4]。为了保证数据的质量，飞行设置旁向重叠度和航向重叠度均为80%，避免了后期因重叠度问题而产生的成果质量问题，该次航测面积0.5 km2，航高110 m，共拍摄影像1 656张，分辨率为3 cm。

3  影像数据处理

3.1 空中三角测量

为了提高和检验成果精度，我们通过刺入1个控制点和3个检查点进行精度控制及检验（见图1）。刺点之后对影像进行空中三角运算，获得每张影像精确的外方位元素和待定点的地面坐标，同时生成测区稀疏的点云数据（见图2）。

3.2 影像密集匹配

3.2.1 影像密集匹配

为了获得测区密集的高精度点云数据生成数字表面模型，需要通过算法对影像进行密集匹配。以运动恢复结构算法（SFM）对多幅连续影像中的地物信息进行相机标定，获得相机摄影瞬间的位置信息来解算物体的三维结构[5]。采用多视图聚簇算法对具有精确外方位元素的影像进行聚簇分类，最后使用密集匹配（PMVS）算法对聚簇后的分类结果进行匹配获得高密度点云。

3.2.2 正射影像生成

影像通过空中三角运算之后得到地物精确的三维坐标信息进而生成数字表面模（DSM）（见图3）。利用测区的（DSM）通过数字微分纠正技术对整个测区的影像进行重采样，把影像的视角纠正到垂直视角，从而避免其他地物被遮挡以及建筑物被重投影到地表，形成错误的正射影像。通过（DSM）数据、遮蔽区域检测技术、高重叠度的无人机影像可以制作出正确、无变形的正射影像[6]，具体见图4。

4  精度评析

空中三角测量是摄影测量中的关键步骤，空三的精度直接影响后期成果的质量，因此对空三精度的控制和检查是评价测量质量的重要标准[7]。这里我们利用RTK-GPS在地面实测的3个检查点，通过Pix4dmapper处理生成的质量检查报告对成果数据进行精度分析，报告中我们主要衡量的指标有区域空三误差、检查点误差。其中对检查点我们使用中误差进行精度分析，中误差是一种衡量观测精度的数学标准，可以很好地反映误差精度，在工程中应用十分广泛[8]。公式如下：

（1）

报告中光束法区域网平差的2D特征点观测数为997 561个，3D点观测数为337 939个，计算得到区域网空三误差即平均重投影误差为0.834 μm符合精度要求，在检查点误差分析中X坐标中误差为0.007 7 m、Y坐标中误差为0.007 8 m，Z坐标中误差为0.008 6 m，平面中误差为0.011 m，最终正射影像图精度能够达到1∶500平面中误差限差。具体见表1。

5  数据矢量化

影像制作完成之后把生产的正射影像导入arcmap中进行数据的矢量化，具体见图5。内业人员以高分辨率的正射影像为底图，根据测区整改现状依据第三次国土调查地类认定办法进行测图。该次共计核查32个子项目，核查总面积0.465 075 km2，其中无人机核查面积0.268 430 km2，核查农用地面积0.453 613 km2，耕地面积0.413 731 km2。最终32个子项目中耕地和农用地面积扣减比例均小于15%的限值，全部认定为合格项目。

6  结语

该文以苏州市三优三保土地拆旧复垦验收项目为依据，介绍小型无人机在土地整治项目核查验收中的应用以及正射影像制作的关键技术和方法。无人机航测在外业核查中不仅能够克服外部环境条件的限制，还可以提供测区清晰、正确、全面的图文数据文件，在一定程度上避免了因土地面积问题产生的人员纠纷;在影像处理方面，由于单个测区面积小，影像数据少，因此数据处理快速便捷;在影像数据矢量化方面，无人机正射影像具有高分辨率、高精度的特点，可以清晰准确地获取测区实际的地物类型和面积，保障核查成果的可靠性;整体来说利用小型无人机进行土地整治核查验收工作可以快速方便地获取测区高精度的正射影像，提高了工作效率，缩短作业周期，具有极大的推广应用价值。

参考文献

[1] 江炎園，赵红艳，刘均龙.无人机航测在土地整治项目核查验收中的应用[J].江西建材，2015（22）：225，234.

[2] 解文武.土地整治工程中无人机航测技术的应用探讨[J].科技创新与应用，2019（36）：174-175.

[3] 雷雨.无人机航测技术及其在土地整治项目中的应用[J].西部资源，2019（6）：137-138.

[4] 陈行，郭广猛.基于小型多旋翼无人机的快速正射影像获取[J].南阳师范学院学报，2019，18（1）：44-47.

[5] 曹琳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[D].西安科技大学，2016.

[6] 成李博，段平，李佳，等.基于无人机实景三维模型的真数字正射影像生成方法[J].全球定位系统，2019，44（4）：25-32.

[7] 陈行，郭广猛.基于小型多旋翼无人机的快速正射影像获取[J].南阳师范学院学报，2019，18（1）：44-47.

[8] 郑盼.基于Smart3D软件的无人机倾斜摄影三维建模及精度评价[D].成都理工大学，2018.