低空无人机航空摄影技术在山区林地确权中的应用

喻常景 吴明宪

摘 要：随着测绘科学技术的发展，传统测量方式正逐步被新型测绘科技及测绘方法替代。近年来，无人机技术不断发展，并已广泛运用于工程测绘、自然灾害监测、线路巡视、自然资源调查等领域。本文从当前自然资源确权工作应用出发，研究了低空无人机航空摄影技术在林地确权中的需求与应用特点，并对其在林地确权中的应用进行了探讨与总结，为林地等自然确权工作开展提供参考。

关键词：无人机；航空摄影；林地确权

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.17.088

0 引言

受林地覆盖、山区地形等因素影响，传统权籍调查在山区林地确权工作开展过程中十分困难。低空无人机航空摄影技术，具有作业效率高、投入成本低、获取数据精细等特点，在难以开展外业调查测量的山区林地区域具有明显的数据获取优势。本文以山区林地确权工作为研究对象，采用低空无人机航空摄影技术，获取并生产林地的数字线划图（DLG）、数字正射影像图（DOM）、数字表面模型（DSM），通过对数据、图形的综合判读及现场补充调查，高效地完成了林地确权的权籍调查工作。结合山区林地的特点，进一步研究探讨了低空无人机航空摄影技术在林地确权工作中的應用。

1 低空无人机航空摄影技术的原理

采用低空无人机航空摄影技术获取正射影像或实景三维模型，依赖于摄影测量的共线方程，其基本原理是建立影像获取瞬间像点与对应物点之间所存在的几何关系。通过后方交会恢复相片拍摄的位置和姿态，利用前方交会获得相片的同名地面点坐标，其原理见式（1）中。通过制定低空无人机航空摄影测量方案、相片控制测量、低空无人机航空摄影、空中三角测量、正射影像及实景三维模型生产等流程，实现高分辨率正射影像及模型的生产。

x-x0=-fa1（X-XS）+b1（Y-YS）+c1（Z-ZS）a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）y-y0=-fa2（X-XS）+b2（Y-YS）+c2（Z-ZS）a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）

式（1）中，x、y为像点的像平面坐标；x0、y0、f为相片的内方位元素；X、Y、Z为对应地面点的地面坐标；XS、YS、ZS为投影中心的地面坐标；ai，bi，ci（i=1，2，3）为相片旋转矩阵的方向余弦。

2 低空无人机航空摄影技术的特点和优势

作为近年来蓬勃发展的测绘科技新技术，无人机不但能够快速地开展森林资源的调查、及时帮助调查人员快速地掌握林地的分布、林分等信息，而且还能通过使用远程操控飞行进行拍摄的方式在短时间内快速获取林地的相关信息，极大地提高了调查作业效率、缩减了调查工作时间，为林地等自然资源确权工作的顺利开展提供了强有力的支持。

低空无人机航空摄影技术，以获取清晰、高分辨率的影像为基础，以建立实景三维模型为目标，以无人机作为飞行的载体，通过搭载高分辨率的数码相机进行低空航空摄影测量，最终获取目标区域的高分辨率影像数据。

在生产正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）及基于影像的区域测绘工作开展中，低空无人机航空摄影可以快速、准确地提供简捷、可靠、直观的应用数据，有效地弥补了卫星遥感与普通航空摄影的精度不够、分辨率低等缺点，主要有以下明显优点。

2.1 机动性、灵活性和安全性

低空无人机具有操作灵活、使用机动的特点，在用其开展工作时受空中管制以及气候等因素的影响较小，即便多云天气、只要飞行高度在云层之下，也能不受干扰地直接获取高分辨率的清晰影像，而且即使是设备出现故障需要进行维修，其检修、维护时间效率相较于传统航空摄影设备而言也较高。

2.2 低空作业，获取高分辨率影像

低空无人机可以在云下超低空飞行，飞行高度在50～1000m，受云层遮挡而获取不到影像的情况较少，可获取相较于传统的卫星遥感和普通航空而言更高分辨率的影像。同时，因为低空作业，无人机携带的相机可以多角度进行摄影，从而获取更多的侧面高分辨率纹理影像，有效地弥补了传统航空摄影测量方式获取地面物体影像时遇到的因高差较大而出现的遮挡问题。

2.3 精度高

低空无人机航空摄影属于近景航空摄影测量，其摄影测量精度可以达到厘米级。在飞行高度、航线规划及重叠度等参数计算并设置正确的情况下，通过后处理建立的模型精度能够达到1∶500的测图精度要求，从而完全能够满足山区林地测绘工作开展的需要。

2.4 成本较低、操作简单

低空无人机航空摄影测量相对于有人机系统而言体积比较小，重量也比较轻，造价成本很低；由于重量轻，油耗也低，与有人机相比，运行成本大大降低。在飞行方面，有人机必须有飞行员进行驾驶，飞行员培养周期长、成本高，飞机起降必须有专业场地，飞行一次需要要耗掉大量费用；而无人机可以通过操控设备进行远程遥控，飞行操作人员培养周期相对于有人机而言较短，起降场地无需专业场地，系统的保养和维修简便，因此，无人机的飞行的费用大大减少。

2.5 安全风险系数小

由于无人机是通过操作人员在地面进行遥控或利用程序进行飞行，所以不需要驾驶人员升空进行操作飞行，因此，无人机的飞行操控特点有效地避免了有人机一旦发生事故就极有可能会造成机毁人亡的事件发生，而无人机及时发生故障、发生意外无法回收，其对人员安全造成的风险系数相对于有人机而言较低。

2.6 周期短、效率高

在需要开展面积小、大比例尺的地形图测绘任务时，受天气和空域管制的影响，有人机很难及时有效地开展航空摄影工作，用其开展小面积的区域测绘工作的成本也非常高，完全不能提现其经济价值。传统的先控制、后测量的全野外数据采集方法，由于山区林地地形条件及林木遮挡严重，外业测量作业强度大、效率低、人力、设备等资源投入多等特点也注定了其测量成本也比较高。采用低空无人机进行航空摄影测量，可以充分利用它机动性强、作业速度快及效率高、作业成本费用低、飞行高度低等优势，在阴天、多云及轻雾天也能及时有效地开展摄影测量并獲取高分辨率的影像，将大量的野外测量工作转移到室内进行后处理，既能减少成本投入、降低劳动强度，又能在保障测绘精度的同时极大地提高作业效率。

3 低空无人机航空摄影技术在林地确权中的应用

采用低空无人机航空摄影技术，获取待开展林地确权的区域高分辨率影像，通过内业数据处理，生产该区域的数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）及数字线划图（DLG）；然后根据生产出的影像及图形制作权籍调查工作底图，并开展权籍调查及后续的确权登记工作。主要作业流程如图1所示。

3.1 低空无人机航空摄影

确定项目工作任务，制定明确的航空摄影测量方案及计划后，在待开展调查确权的山区林地范围内按照方案及计划进行低空无人机航空摄影测量。

（1）相片控制测量。

由于山区地形坡度变化大、林地区域林木覆盖度高的特点，综合考虑反光因素影像，采用石灰粉按照十字线进行相片控制点布设，相片控制点严格按照《工程摄影测量规范》中相片控制测量的规定进行布设。相片控制点测量时，利用CORS网络，采用GNSS-RTK测量方式进行测量。

（2）低空无人机航空摄影。

相片控制点测量完成后，利用卫星影像图及测区30m精度的数字高程模型（DEM）数据，在相关权利人指定的区域内进行航摄区域确定并规划布设航线。根据现场相对高差，计算航向重叠度、旁向重叠度、相对航高等参数。参数设定完成后，进行低空无人机航空摄影测量外业工作。

3.2 内业数据生产

（1）空三加密。

低空无人机航空摄影测量外业影像数据采集及相片控制测量工作完成后，应进行空三加密处理。首先，采用影像数据处理软件导入影像数据、相片控制点坐标数据及飞行过程中的POS数据；然后，根据摄影测量采用的相机参数，输入对应的相机参数信息；各项参数设定完成后，对影相上的相片控制点进行刺点，直至所有相片控制点均刺点完成，保存刺点结果；最后，采用软件的空中三角测量功能，对控制点进行空三加密。

（2）数字正射影像图、数字高程模型、数字线划图生产。

空三加密完成后，使用软件的模型重建功能，生产数字正射影像图（DOM）及数字高程模型（DEM），然后利用南方Cass软件进行测区的数字线划图（DLG）生产。

3.3 林地权籍调查

（1）调查工作底图制作。

低空无人机航空摄影测量及测区的数字正射影像图（DOM）及数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）生产完成后，采用GIS软件进行调查工作底图制作。首先，以待开展确权的林地范围高分辨率数字正射影像图（DOM）为基础，叠加内业绘制完成的数字线划图（DLG）的等高线等地物、地貌内容，制作调查工作底图。

（2）权籍调查。

调查工作底图制作完成后，调查人员与林地相关权属单位、人员进行沟通，通过对叠加等高线等地物、地貌的调查工作底图进行综合判读，根据正射影像图及等高线等信息判别林地边界范围及地形走向；然后，根据权利人指界，在工作底图上确定林地界址范围线，并按照确定的林地界址范围线填写制作权籍调查表；最后，林地权利人及相邻地块权利人对现场指界确认的调查工作底图及权籍调查表进行签字、盖手印或加盖公章确认。

（3）调查成果公示。

权籍调查工作结束后，作业人员对调查成果进行整理，制作调查成果公示图及公示表，通过村（社区）、乡（镇/街道）政府部门及自然资源主管部门三级审核盖章后，在林地所属的村（社区）进行张贴公示，向群众公示调查的林地坐落、面积、权利人信息等内容。

3.4 精度验证

在本项目林地确权调查精度验证工作中，采用解析法进行人工测量复核的方式对通过低空无人机航空摄影获取的图解界址点进行精度复核，界址点精度及图形面积计算的复核结果均满足不动产权籍调查规范规定的界址点及图形面积计算的精度要求。

3.5 确权登记

权籍调查完成，公示结束，公示成果经权利人签字确认并无异议后，调查单位将各方签字、盖手印及加盖公章确认并经公示无异议的权籍调查表、宗地图、不动产登记申请书等资料提交自然资源主管部门审核，审核通过后，自然资源主管部门按流程将权籍资料导入不动产权籍系统及登记系统，对林地进行确权登记。

4 结语

林地确权是自然资源确权工作的重要内容，权籍调查十分重要。若是采用传统人工现场进行界址测量，然后再进行权籍调查的方式来开展实地调查工作，所投入的人力、设备、时间、费用等成本都十分巨大，在实施的过程中也会出现较为难以解决的问题。利用低空无人机航空摄影生产的成果为基础，辅助进行林地确权权籍调查工作，可以在保证调查成果精度的前提下，直观地向调查工作涉及的单位、个人进行林地信息展示，减少纠纷，极大地提高作业效率并降低作业成本，该方法不仅可以在林地确权工作中进行推广使用，也可以在近年来持续开展的其他自然资源确权工作中提供借鉴参考。

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