劉福春，朱 微

(1.江蘇星月測(cè)繪科技股份有限公司 江蘇 鹽城 224000;2.常州市測(cè)繪院 江蘇 常州 213002)

1 引言

土地復(fù)墾是指將未利用的土地改造成為可以利用的農(nóng)用地，并加以利用的行為。積極開(kāi)展土地復(fù)墾工作是緩解人地矛盾、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境的有效途徑，是實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡、增加有效土地面積的有力措施，是提高土地質(zhì)量、促進(jìn)土地集約化利用的重要手段。土地復(fù)墾后要求對(duì)被復(fù)墾地重新進(jìn)行測(cè)量以便計(jì)算出新增加的復(fù)墾土地和新增加的農(nóng)業(yè)設(shè)施，例如道路、水渠等。

土地復(fù)墾的常用測(cè)量方法是數(shù)字化測(cè)圖，就是利用RTK 結(jié)合全站儀進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字化測(cè)圖適用于小面積的土地復(fù)墾測(cè)量，但對(duì)大面積的復(fù)墾測(cè)量效率則比較低。數(shù)字化測(cè)圖無(wú)法對(duì)土地復(fù)墾前、后圖形進(jìn)行比較，不能直觀反映復(fù)墾前后的變化。飛機(jī)航空攝影能夠提供直觀的正射影像圖DOM，從圖上就更能夠直觀，但是對(duì)面積僅僅只有十幾平方公里的土地復(fù)墾測(cè)量用大飛機(jī)的航空攝影顯然不是一個(gè)明智的選擇。此時(shí)可以將小型無(wú)人機(jī)的低空攝影測(cè)量有效利用起來(lái)。目前微型無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量具有輕小、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、成本低、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充。

本文以射陽(yáng)鹽場(chǎng)萬(wàn)頃良田建設(shè)一期工程1 ∶2000 土地復(fù)墾項(xiàng)目為例，利用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的方法，通過(guò)對(duì)該工程實(shí)測(cè)后的精度分析得出無(wú)人機(jī)能夠滿足土地復(fù)墾的測(cè)量要求。同時(shí)通過(guò)幾個(gè)方面的比較得出無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在土地復(fù)墾測(cè)量中比數(shù)字化測(cè)圖更為先進(jìn)。

2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量

2.1 任務(wù)概述

射陽(yáng)鹽場(chǎng)萬(wàn)頃良田建設(shè)一期工程土地復(fù)墾已經(jīng)竣工，項(xiàng)目區(qū)約5.7 km2，利用無(wú)人機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行航攝，制作1∶2000 彩色數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字地形圖(DLG)。

2.2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

(1)平面坐標(biāo)系統(tǒng)是1980年西安坐標(biāo)系;

(2)投影方式采用高斯－ 克呂格投影，按3°分帶;

(3)高程基準(zhǔn)采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn);

(4)成圖比例:DOM 和DLG 按1∶2000 進(jìn)行設(shè)計(jì)要求。

2.3 產(chǎn)品規(guī)格

(1)DOM:數(shù)字正射影像為真彩色影像，采樣分辨率為0.2 m，采用雙線性或雙三次卷積內(nèi)插法采樣，圖幅內(nèi)缺少影像數(shù)據(jù)區(qū)域以白色填充。

(2)DLG:按50 cm×50 cm 矩形分幅DLG 編輯生產(chǎn)，比例尺為1∶ 2000，數(shù)據(jù)格式為DWG。

2.4 數(shù)據(jù)格式

(1)DOM 數(shù)據(jù)文件格式:為非壓縮的TIFF 格式，坐標(biāo)信息文件為.tfw。

(2)DLG 數(shù)據(jù)文件格式:為DWG 格式。

2.5 成圖精度

(1)DOM 精度，如表1 所示。

表1 DOM 數(shù)據(jù)中地面明顯地物點(diǎn)對(duì)最近野外控制點(diǎn)的圖上點(diǎn)位中誤差

(2)DLG 精度，如表2 所示。

2.6 測(cè)繪生產(chǎn)

2.6.1 航空攝影

本項(xiàng)目利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝，利用數(shù)碼相機(jī)Canon 5D MarkII(焦距24.378039 mm，像元大小0.00641 mm)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)曝光，根據(jù)CH/Z 3005－2010 要求，像片航向重疊度設(shè)計(jì)一般為60%～80%，最小不少于53%;像片旁向重疊度設(shè)計(jì)一般為15%～60%，最小不少于8%。而數(shù)碼相機(jī)像片每處分辨率均一樣，不存在邊緣模糊圈，只要有重疊能辨清地物均可選點(diǎn)、測(cè)圖。基于本次航攝任務(wù)的實(shí)際情況確定航向重疊度為80%，旁向重疊度為50%。像片傾斜角一般不大于5°，最大不超過(guò)12°，出現(xiàn)超過(guò)8°的片數(shù)不多于總數(shù)的10%。像片旋偏角一般不大于15°，在確保像片航向和旁向重疊度滿足要求的前提下，個(gè)別最大旋角不超過(guò)30°，在同一條航線上旋角超過(guò)20°像片數(shù)不應(yīng)超過(guò)3 片，超過(guò)15°旋偏角的像片數(shù)不得超過(guò)分區(qū)像片總數(shù)的10%。像片傾斜角和像片旋偏角不應(yīng)同時(shí)達(dá)到最大值。航線彎曲度不大于3%。同一條航線上相鄰像片的高差應(yīng)不大于30 m，同一條航線上最大和最小航高差應(yīng)不大于50 米。攝影分區(qū)內(nèi)實(shí)際航高和設(shè)計(jì)航高之差應(yīng)不大于50 m。最終攝區(qū)共8 條航線，飛行方向?yàn)槟媳毕?。航線間結(jié)合良好，重疊符合規(guī)范要求，沒(méi)有絕對(duì)漏洞和相對(duì)漏洞。

2.6.2 像控點(diǎn)測(cè)量

像控點(diǎn)一般應(yīng)布設(shè)在航向及旁向6 片或5 片重疊范圍內(nèi)，使布設(shè)的像控點(diǎn)盡量公用，點(diǎn)位距像片邊緣不應(yīng)小于150 像素?？刂泣c(diǎn)平面精度對(duì)基礎(chǔ)控制點(diǎn)平面位置中誤差不應(yīng)超過(guò)地物點(diǎn)位置中誤差的1/5，高程不超過(guò)基本等高距的1/10，通過(guò)換算可知控制點(diǎn)平高精度為0.1 m。

最終測(cè)區(qū)利用JSCORS 到外業(yè)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)12個(gè)，平面坐標(biāo)為1980 西安坐標(biāo)系，高程為1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，外業(yè)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)分布略圖，如圖1 所示。

圖1 外業(yè)控制點(diǎn)分布略圖

2.6.3 空中三角測(cè)量

本項(xiàng)目采用影像處理系統(tǒng)PixelGrid 對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)碼影像進(jìn)行畸變糾正，然后利用PixelGridAAT +PATB 小數(shù)碼自動(dòng)空三加密模塊，以小數(shù)碼航片作為空三加密的原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用PATB 平差軟件進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差。通過(guò)航測(cè)內(nèi)業(yè)方法(包括內(nèi)定向、相對(duì)定向、公共連接點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺)構(gòu)建空中三角網(wǎng)，并將外業(yè)控制點(diǎn)成果導(dǎo)入系統(tǒng)按嚴(yán)密的數(shù)字模型進(jìn)行區(qū)域整體平差，得到優(yōu)化后的外方位元素和加密點(diǎn)成果。

通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)范圍以及航片數(shù)量分析，項(xiàng)目不需進(jìn)行加密分區(qū)。整個(gè)測(cè)區(qū)作為一個(gè)整體進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)空三加密，在加密過(guò)程中遇到了約9 張航片少點(diǎn)情況，通過(guò)人工在標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位加點(diǎn)的方法進(jìn)行解決。部分自動(dòng)連接點(diǎn)視差較大，通過(guò)輸出相對(duì)定向精度報(bào)告人工找出超限點(diǎn)經(jīng)行改正。通過(guò)對(duì)加密結(jié)果的分析，空三成果能精度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6.4 數(shù)字正射影像圖制作

在空三成果基礎(chǔ)上建立測(cè)區(qū)工程文件，導(dǎo)入作業(yè)生產(chǎn)區(qū)域DEM 數(shù)據(jù)。利用DEM 數(shù)據(jù)對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正，編輯自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的模型正射影像進(jìn)行無(wú)縫拼接，使用PhotoShop軟件對(duì)影像進(jìn)行整飾，并最終完成數(shù)字正射影像圖。最后按矩形圖廓對(duì)影像進(jìn)行分幅裁切，形成DOM 數(shù)據(jù)成果。

本項(xiàng)目測(cè)區(qū)以平地為主，DEM 的制作主要是使用空三加密點(diǎn)做編輯去除明顯非地面點(diǎn)后按區(qū)域插值生成大范圍區(qū)域DEM，按2.5 m ×2.5 m 格網(wǎng)間距建立數(shù)字高程模型即DEM。

使用PixelGrid 系統(tǒng)自帶的勻色模塊對(duì)影像進(jìn)行勻色工作。針對(duì)部分像片顏色不均勻情況本項(xiàng)目主要使用小波低通濾波法進(jìn)行單幅影像內(nèi)勻光，結(jié)果表明像片顏色不均情況得到了很好的抑制。在影像拼接過(guò)程中，為了防止出現(xiàn)房屋、高壓塔等高程等變化較大地物要素出現(xiàn)倒向嚴(yán)重情況，最多只進(jìn)行隔片拼接，而不進(jìn)行隔多張像片拼接。最終檢查影像整體清晰，明暗度、對(duì)比度適中，色調(diào)柔和，影像無(wú)明顯變形。

2.6.5 數(shù)字地形圖繪制

利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站VirtuoZo 測(cè)圖模塊導(dǎo)入空三加密成果恢復(fù)航攝數(shù)字影像的立體模型。采用內(nèi)業(yè)判讀進(jìn)行各地形要素的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)碼、初步編輯后將符號(hào)化的地物數(shù)據(jù)疊加正射影像輸出調(diào)繪片。結(jié)合內(nèi)外業(yè)成果進(jìn)行編輯整理，生成圖形文件。

外業(yè)調(diào)繪時(shí)，在內(nèi)業(yè)采集的基礎(chǔ)上對(duì)調(diào)繪面積范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行野外核實(shí)和補(bǔ)調(diào)。因影像時(shí)效性極好，故實(shí)地區(qū)域幾無(wú)變化。

地形圖內(nèi)業(yè)編輯在基于AutoCAD 及開(kāi)發(fā)的測(cè)圖軟件CASS 7.1 工作環(huán)境中進(jìn)行。

2.7 質(zhì)量檢查

控制點(diǎn)質(zhì)量檢查中誤差為0.17 m，DOM 中誤差為0.37 m，DLG 中誤差為0.31 m，符合質(zhì)量要求。

3 傳統(tǒng)測(cè)量與低空攝影的比較

在土地復(fù)墾測(cè)量中，從精度比較上來(lái)說(shuō)，兩種測(cè)量方法得到的DLG 精度都符合規(guī)范要求，但無(wú)人機(jī)在土地復(fù)墾中的作用明顯比數(shù)字化測(cè)圖具有優(yōu)勢(shì)。

3.1 測(cè)圖效率性

從測(cè)圖效率上來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量明顯快于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，十幾平方公里的土地復(fù)墾項(xiàng)目測(cè)量最多10 幾天就能夠完成，且大部分工作在內(nèi)業(yè)就能夠完成，幾乎很少受天氣因素的影響，外業(yè)調(diào)繪幾乎不需要做什么，這是由復(fù)墾測(cè)量的特點(diǎn)來(lái)決定的。

3.2 用人成本

在整個(gè)測(cè)繪生產(chǎn)中，最大的成本就是人力成本。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量可以將參加測(cè)繪的人員數(shù)量大大降低，使工作的辛苦程度也降低。

3.3 產(chǎn)品的豐富性

在數(shù)字化測(cè)圖中只能夠提供一套最終的DLG圖形，而無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，不但能夠提供DLG，而此能夠提供DOM。雖然DLG 是一個(gè)完備的圖形，但在土地復(fù)墾測(cè)量中DOM 顯的更直觀、直接。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)在土地復(fù)墾中體現(xiàn)出輕便靈活、反應(yīng)迅速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以使測(cè)量工作更加高效、快捷，極大地節(jié)省了人力，縮短了測(cè)量周期。

但需要說(shuō)明的是無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)也有諸多缺陷，例如單幅影像覆蓋面積小，正射影像圖接縫工作量變大;像對(duì)模型變多，增加了模型切換和模型接邊工作量;系統(tǒng)姿態(tài)不穩(wěn)定，使得空中三角形不穩(wěn)定，從而引起高程精度損失，無(wú)法滿足1∶ 500 測(cè)圖精度。

因此，如何將無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，使它更好地為測(cè)量使用是一個(gè)值得探究的問(wèn)題。

［1］國(guó)家測(cè)繪局.CH/Z 3005－2010 低空數(shù)字航空攝影規(guī)范［S］.北京:測(cè)繪出版社，2010.

［2］國(guó)家測(cè)繪局.CH/Z 3003－2010 低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范［S］.北京:測(cè)繪出版社，2010.

［3］吳正鵬.無(wú)人機(jī)載雙相機(jī)低空遙感系統(tǒng)應(yīng)用初探［J］.遙感信息，2010(2):114－118.

［4］谷國(guó)濤，吳良才.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)及其應(yīng)用［J］.科技致富向?qū)В?011(35):57－58.

［5］雷雙友，尹向紅，李軒宇.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011(7):34－36.