面向农村土地确权的无人机航测系统分析及应用流程研究

李名哲

摘  要：利用无人机航测技术生產土地调查工作底图具有实地调查不可比拟的优势。该文探讨了基于无人机航测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，结果表明。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。

关键词：无人机  航测  土地确权  工作底图

中图分类号：P231                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）01（c）-0015-04

Abstract： Using UAV aerial survey technology to produce land survey work base map has incomparable advantages in field survey. This paper discusses the relevant technical process of land ownership confirmation base map based on UAV aerial survey. Firstly， the paper analyzes the technical basis of UAV aerial survey， and then discusses the performance requirements of UAV aerial photography system suitable for land ownership confirmation. The results show that the production of land survey base map by using UAV aerial survey technology is not only for providing an important basis for the measurement of industrial sites outside the accounting and the workload of ownership investigation， but also the acquired images of rural areas can be stored as basic data， and it can be used as important basic maps for new rural construction， village and town planning， emergency surveying and mapping support work， etc.

Key Words： UAV; Aerial survey; Land ownership confirmation; Working base map

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。该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

采用轻小型无人机航摄系统开展农村土地调查需要根据任务要求快速规划航摄区域，开展航线设计，精确计算摄区内的曝光点坐标、航摄高度和像控点数量，据此估算像控测量、影像处理所需的工期和人员、设备等的投入。到达现场后3 h内完成不小于3 km2范围的影像获取任务，包括：开展优于5～20 cm分辨率的航空遥感影像获取，制订像控点布点方案、实施像控测量，开展航摄影像现场质量检查、影像数据处理、制图整饰与输出，等等。

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90 m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

航空摄影设计的覆盖范围和实际覆盖范围，并根据图像匹配检测航空摄影数据是否重叠。从机载记录的曝光点信息文件中自动提取并同步显示纬度和经度信息，以及拍摄区域的航拍布局的拐点坐标。如有必要，上传航拍图像数据以检测航拍范围;从机上记录的曝光点提取高度信息，计算飞行区域的最大飞行高度差;使用快速图像匹配算法来计算飞行区域和飞行区域之间的最大和最小重叠。

2.3 技术要求

与通过航空摄影获得的图像相比，在保证图像重叠，保持图像旋转角度和保证路线曲率方面仍存在很大差距。与传统航拍对航向和横向重叠的严格技术要求相比，轻小型无人机主要保证了该区域最高点的航向和横向重叠以及该区域最低点的图像分辨率。

2.3.1 保证航向和旁向重叠度

在航空摄影设计中，可以适当增加视野和侧面的重叠程度。视场的重叠度通常设置在70%～80%之间，以确保拍摄区域地面上最高点的路径的重叠度不小于60%;横向重叠度一般设定为45%～50%，以确保地面在射击区域内最高点左右的重叠率不小于30%。

2.3.2 图像分辨率保证

当满足1∶500、1∶1 000和1∶2000比例尺的制图要求时，拍摄区域地面最低点的分辨率不小于0.05 m、0.1 m和0.2 m

2.3.3 保证数码相机校准的准确性

制作正射影像工作底图时，必须对无人机携带的数码相机进行几何校准。校准精度必须满足以下要求：主坐标点的误差不超过10 μm，主距离的误差不超过5 μm。畸变差的方程式和确定。调整系数值后，残留失真差应小于0.3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）。

式中：ms为连接点（空三加密点）的平面中误差;mh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：

（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0.1 mm/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0.02 mm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0.01 m;高程误差不大于0.1 m，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方法是产生数字正射影像，这些步骤与用于正射影像制作的传统航空影像基本相同。不同之处在于，在空三加密链路中，可以进行并行处理以提高效率。在DEM的生产过程中，可以使用空三高精度航拍结果进行自动密集组合，以生成高精度、高密度的数字表面模型（数字表面模型，DSM），然后将处理滤波为获得高精度的DEM，可以使用生产过程高性能的切刀机无需手动收集特征线即可执行分布式处理。在数字正射影像（DOM）的生产过程中，甚至可以同时进行匀色和智能镶嵌，从而提高了工作效率。

4.3 技术要求

表示作业底图满足图像的几何形状和颜色要求。在几何精度方面，尽管不需要很高的精度，但必须确保特征识别，尤其是建筑物识别精度，能够满足任务要求;在图像细节方面，纹理清晰，层次丰富，并且不需要明显的失真。道路和水系统重要特征（例如建筑物，建筑物和其他重要特征）没有马赛克和拼接的痕迹，并且房屋的边缘不会变形。房屋和房屋，地块和地块可以清楚地区分开;在颜色和灰度分布方面，有必要確保图像色调均匀且整体对比度适中，没有明显的颜色拼接痕迹，并且灰度直方图呈正态分布。无人机遥感影像在地图上产生的正射影像工作底图平面位置误差不超过6 mm，相邻影像地图的边距误差不超过2像素。

5  结论

（1）使用无人机空中测量技术制作用于土地测量工作的基础地图具有优于现场测量的无与伦比的优势。首先，它清晰直观，使外业调查人员可以更精确地区分土地类型和边界。其次，在底图上标记该属性，从而大大节省了绘制草图的时间，并提高了现场调查的效率。

（2）使用无人机航测技术制作土地测量工作的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，而且所获取的农村地区图像也可以存储为基本数据。在需要时，它可以用作新农村建设，城镇规划以及支持紧急测绘和测量的重要基础图。

（3）随着无人机航测技术的发展，与RTK或高精度POS系统集成的无人机可以快速生成正射影像工作底图，而无需或仅需要几个测得的地面控制点。这将进一步提高农村土地研究的效率。

（4）使用带有无人机的航测技术制作土地测量工作的基础图不仅可以解决无资料地区农村土地的集体所有权的确权，也可以用于相关区域的不动产登记、土地利用快速执法监测，在生态保护和环境监测以及监测矿产资源开发利用中发挥积极作用。

参考文献

[1] 乔林辉.无人机低空摄影测量在农村土地确权工作中的应用研究[D].长安大学，2018.

[2] 王伟.无人机航摄在农村集体土地确权中的应用研究[D].中国石油大学（华东），2017.

[3] 杨波.基于无人机航测技术的农村土地承包经营权确权研究[J].华北自然资源，2019（5）：90-91.

[4] 王勇，庞蕾，张学东，等.低空无人机航测技术在土地确权中的应用探讨[J].北京测绘，2018，32（3）：298-301.

[5] 伍道林.无人机航测技术在农村土地承包经营权确权中的应用[J].智能城市，2018，4（13）：67-68.

[6] 史经，谢伟秋.无人机航测技术在农村土地承包经营权确权调查底图制作中的应用[J].测绘通报，2017（9）：92-95.