段文珺

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253000）

無人機(jī)數(shù)字影像技術(shù)作為一種高效、便捷、快速、成本低、受限少的技術(shù)，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各類土地測量、勘探工作當(dāng)中，并且經(jīng)過實踐證明，該技術(shù)在農(nóng)村土地確權(quán)中也有著較好的應(yīng)用效果，不僅能夠滿足相應(yīng)規(guī)范要求，并且操作簡單、便捷，此外，響應(yīng)速度極快。因此，加強(qiáng)對于無人機(jī)數(shù)字影像技術(shù)的應(yīng)用研究，對于保障農(nóng)村土地確權(quán)工作順利推進(jìn)有著積極作用。

1 無人機(jī)數(shù)字影像技術(shù)的特點

1.1 響應(yīng)速度較快

無人機(jī)的特點，主要是輕便小巧，可為運(yùn)輸作業(yè)提供便利?？稍趯I(yè)人員的操控下，迅速前往指定區(qū)域，通常不會被天氣所影響，對起降場地?zé)o嚴(yán)格要求，不需要有專用跑道提供輔助。起飛方式有地面滑跑和彈射架彈射，其中，地面滑跑場地主要有偏僻道路、草地及空地?？山柚德鋫慊蜻b控滑行的方式，達(dá)到回收的目的，確保所獲得遙感影像滿足實時、可靠且直觀的要求，使地理信息數(shù)據(jù)更具科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

1.2 較高的分辨率

對農(nóng)村土地確權(quán)而言，選擇工作底圖的工作十分重要，有關(guān)人員既要對影像分辨率、質(zhì)量和精度加以考慮，還要對成本進(jìn)行考慮。目前，可滿足土地確權(quán)要求的工作底圖，主要有無人機(jī)影像、衛(wèi)星影像和航空影像，各工作底圖對應(yīng)遙感平臺、優(yōu)勢及不足均有明顯差異存在，具體情況見表1。

表1：土地確權(quán)獲取工作底圖的方式

由此可見，如果條件允許，在開展農(nóng)村土地確權(quán)相關(guān)工作時，首選底圖獲取方式應(yīng)當(dāng)是無人機(jī)影像。無人機(jī)航攝系統(tǒng)所獲取影像的分辨率極高，可配合不同傳感器，對多時相數(shù)據(jù)、多光譜數(shù)據(jù)或多分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。在飛行平臺安裝傳感器，則是確保低空拍攝順利，兼具垂直成像、傾斜成像和面積覆蓋的能力，可將影像分辨率控制在厘米級。另外，該系統(tǒng)的作用，還包括對地理信息產(chǎn)品進(jìn)行制作，例如，DOM、DEM 或DLG 等。

1.3 技術(shù)成本較低

無人機(jī)小巧輕便，通常不需要有專用場所起降，其使用及維護(hù)的成本較低。利用無人機(jī)進(jìn)行攝影的系統(tǒng)，由地面站負(fù)責(zé)對飛行航線進(jìn)行規(guī)劃，而自駕飛控系統(tǒng)的作用，主要是確保無人機(jī)能夠以規(guī)劃航線為依據(jù)，向地面控制系統(tǒng)傳遞相關(guān)影像數(shù)據(jù)，在保證人員安全的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)風(fēng)險系數(shù)降至最低[1]。

2 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)組成

2.1 飛行控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)搭載飛行平臺主要是為攝影相機(jī)、飛控系統(tǒng)提供安裝載體。農(nóng)村土地確權(quán)所用無人機(jī)的性能，通常要滿足以下要求：首先是電池可持續(xù)運(yùn)行90min；其次是巡航速度以60km/h～160km/h 為宜；再次是抗風(fēng)特性達(dá)到4 級；最后是安置航測設(shè)備的空間為0.25m×0.25m×0.25m。其中，飛控系統(tǒng)的核心功能是保證處于運(yùn)行狀態(tài)的無人機(jī)，其飛行器始終為正常姿勢。在飛行過程中，無人機(jī)導(dǎo)航定位所依托的主體，通常是飛控系統(tǒng)提供的GPS 信號，因此，只有保證飛控系統(tǒng)正常工作，才能使飛行平臺沿預(yù)定路線進(jìn)行飛行，通過測量航拍的方式，為土地確權(quán)及相關(guān)工作的開展提供理論依據(jù)。

2.2 地面站控制系統(tǒng)

通過操作電腦對地面站控系統(tǒng)進(jìn)行安裝，經(jīng)由飛控系統(tǒng)、數(shù)傳電臺，達(dá)到數(shù)據(jù)通信的目的。在航測過程中，控制軟件以可視圖形為依托，確保航拍區(qū)域?qū)?yīng)電子圖形可得到直觀顯示，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合控制系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)，對飛行器在姿態(tài)、航向和軌跡方面所具有的特征參數(shù)加以確定。此外，操作人員的職責(zé)，還體現(xiàn)在以下方面：一是對航向規(guī)劃進(jìn)行修改，二是對路徑進(jìn)行調(diào)整，確保航測任務(wù)順利完成。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)以無人機(jī)所拍攝影像資料為依托，借助數(shù)值攝影測量網(wǎng)絡(luò)，通過處理相關(guān)資料的方式，獲得土地確權(quán)作業(yè)所需矢量圖。

2.3 航拍攝像系統(tǒng)

該系統(tǒng)為各類攝像機(jī)提供了安裝平臺。工作人員可結(jié)合分辨率和實際需求，對現(xiàn)有攝像設(shè)備進(jìn)行選擇，例如，高光譜相機(jī)，高分辨相機(jī)，還有多光譜相機(jī)[2]。

3 無人機(jī)數(shù)字影像技術(shù)在農(nóng)村土地確權(quán)中的實際應(yīng)用

3.1 工作流程

以無人機(jī)為載體，在安裝高清相機(jī)的前提下，通過低空飛行的方式，采集土地確權(quán)相關(guān)地物的影像與數(shù)據(jù)，確保采集所得影像圖片兼具準(zhǔn)確性與實時性。由專業(yè)人員借助現(xiàn)有軟件，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)模型，經(jīng)過矢量化的方式，完成大比例尺地形圖的繪制工作，為土地確權(quán)提供便利。

無人機(jī)航攝流程如圖1所示。

圖1：無人機(jī)航攝流程

在航飛前期，有關(guān)人員需要完成以下工作：以農(nóng)村土地確權(quán)需要測量范圍為依據(jù)，結(jié)合地貌和地形特征，在確定航線的基礎(chǔ)上，對航攝內(nèi)容、基準(zhǔn)面高度和航攝分區(qū)加以明確。與此同時，工作人員還要對特征參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置，例如，航向重疊度以及飛行速度，隨后，便可在測量現(xiàn)場布設(shè)像控點。在航測工作正式開始前，還要基于管理要求和法律規(guī)定，前往有關(guān)部門對空域飛行進(jìn)行報備。

3.2 相關(guān)要求

3.2.1 飛行要求

飛行相對航高上限為2000m，通常不得超過1500m。根據(jù)地形海拔確定絕對航高，丘陵及平原地區(qū)絕對航高的下限為3000m，高原與高山地絕對航高的下限為6000m。續(xù)航時間不得短于90min。飛行速度應(yīng)被控制在60km/h～160km/h。任務(wù)荷載下限為2kg。在風(fēng)力氣象條件達(dá)到4 級的情況下，飛行平臺仍然應(yīng)當(dāng)具備安全、穩(wěn)定飛行的能力。數(shù)碼相機(jī)應(yīng)滿足以下要求：鏡頭采用定焦鏡頭，像素應(yīng)達(dá)到2000 萬以上，快門最高速度的下限為1/1000s，經(jīng)過檢校的畸變差殘余值在0.3 像素以下。可存儲500 張以上的照片，電池可持續(xù)運(yùn)行120min。

3.2.2 影像要求

關(guān)于影片重疊度，通常要滿足以下要求：其一，旁向重疊度應(yīng)被控制在15%～60%，下限為8%；航向重疊度以60%～80%為宜，下限為54%。

計算相關(guān)重疊度的公式為：

在上述公式中，A 代表航向重疊度。lx 代表像片沿航向重合長度。Lx 代表航向像片的實際寬度。B 代表旁向重疊度。Ly 代表像片沿旁向航線的重合長度。Ly 代表旁向像片實際高度。測區(qū)高程最高點與最低點的平均值，即為攝影基準(zhǔn)面對應(yīng)高程。

像片旋角需要滿足的要求可被概括如下：像片最大旋角為15°，若航向重疊度、旁向重疊度與工作要求相符，可將旋角允許值放寬至30°，但要保證各航向?qū)?yīng)像片中，僅有3 張像片的旋角達(dá)到20°以上，而旋角達(dá)到15°以上的像片占比，通常應(yīng)被控制在10%左右。

像片傾角以5°較為常見，上限為12°，僅有10%的像片，其傾角可達(dá)到或超過8°。在確權(quán)難度較大的區(qū)域，工作人員可將傾角允許范圍調(diào)整至8°～15°，其中，10°以上像片的占比，同樣不得超過10%。

土地確權(quán)工作所提出要求，同樣涉及影像質(zhì)量方面，可被歸納為以下幾點：一是影像清晰，有理想的色調(diào)、層次及反差，可被用來對立體模型進(jìn)行建立，準(zhǔn)確傳達(dá)細(xì)小地物所具有特征。二是將曝光所形成像點位移控制在1 個像素以內(nèi)，上限為1.5 像素。三是影像無明顯污點、大面積反光或是云影存在，若現(xiàn)場條件有限，獲得影像有缺陷存在，但不會給連接、量測立體模型的工作造成影響，同樣可將其用在制作線劃圖的過程中。四是拼接影像不存在錯位、重影或模糊問題。

3.3 無人機(jī)航攝與數(shù)據(jù)處理

像控點數(shù)和模型精度的關(guān)系為正相關(guān)，對像控點數(shù)進(jìn)行增加，可使模型精度更接近理想水平（如圖2所示）。

圖2：像控點數(shù)和模型精度的關(guān)系

可被用來描述二者關(guān)系的表達(dá)式為：

y=0.0021x2-0.2617x+11.283

航測作業(yè)時機(jī)以光照強(qiáng)度理想、無大面積烏云遮蔽的晴天為宜。由工作人員控制無人機(jī)，沿直線由東向西飛行，若飛行期間有突發(fā)情況出現(xiàn)，要求工作人員視情況對飛行方向進(jìn)行調(diào)整，確保作業(yè)流程與測量規(guī)范相符。在航攝過程中，對影片質(zhì)量進(jìn)行實時檢查，剔除質(zhì)量不達(dá)標(biāo)影像，根據(jù)補(bǔ)飛計劃完成補(bǔ)飛工作，保證采集所得影像底圖，可被用來為數(shù)據(jù)處理及相關(guān)工作的高效開展提供有力支持。在通過戶外作業(yè)得到所需影像底圖的基礎(chǔ)上，基于空三加密測量的方式得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)已掌握數(shù)據(jù)，配合立體測圖工具完成對航測地物特征進(jìn)行收集的工作，待DEM 模型、DOM 模型生成后，由專業(yè)人員利用軟件對DLG 進(jìn)行制作。通過野外實測的方式，對DLG 所具有精度加以確定，如果圖形精度符合要求，便可將其作為工作底圖，為測量土地確權(quán)地籍及后續(xù)工作的開展提供便利[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)主要包括飛行控制系統(tǒng)、地面站控制系統(tǒng)以及航拍攝像系統(tǒng)三個部分，在實際應(yīng)用該技術(shù)的過程中，需要先做好相應(yīng)資料準(zhǔn)備、方案制定以及土地權(quán)屬調(diào)查等工作，然后進(jìn)行地籍測量和相應(yīng)信息系統(tǒng)的建設(shè)，最后對地籍測量結(jié)果進(jìn)行公示并頒發(fā)相應(yīng)土地使用證，做好相應(yīng)歸檔工作。相信隨著對無人機(jī)數(shù)字影像技術(shù)的深入研究和實踐應(yīng)用，我國農(nóng)村土地確權(quán)工作質(zhì)量和效率都會得到進(jìn)一步提升。