張慶洪

（浙江華東測繪與工程安全技術(shù)有限公司 浙江杭州 310014）

1 引言

地籍測量是進(jìn)行土地評價(jià)、土地管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，可為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用規(guī)劃以及國家政策決策等提供重要的信息數(shù)據(jù)[1-4]。研究高效、高精度的地籍測量技術(shù)對于土地管理工作具有重要意義。

在土地調(diào)查中，最常用的就是采用衛(wèi)星遙感影像、有人機(jī)航空攝影和野外人工實(shí)測相結(jié)合的方式。但是，衛(wèi)星遙感影像所獲得空間分辨率較低，而且還需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、軌道參數(shù)提取等，同時(shí)對天氣條件的要求較高，因此，造成了傳統(tǒng)土地調(diào)查方法作業(yè)具有效率低下、作業(yè)成本高等問題。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)航測技術(shù)也逐漸應(yīng)用于地籍調(diào)查工作當(dāng)中，無人機(jī)技術(shù)相對于傳統(tǒng)航空攝影具有機(jī)動靈活、快速高效、成本低廉、不需要特殊起降地點(diǎn)和受天氣影響小等諸多優(yōu)勢，同時(shí)能獲得分辨率更高的影像資料，對于土地調(diào)查工作而言具有劃時(shí)代的意義[5-8]。在無人機(jī)上搭載POS 系統(tǒng)，可以大大減少地面像控點(diǎn)的布設(shè)，從而進(jìn)一步提高無人機(jī)航測的工作效率。因此，結(jié)合無人機(jī)攝影和航空測量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更高效的土地權(quán)屬調(diào)查[9-10]，為土地調(diào)查工作提供了新的思路和方向。

本文結(jié)合無人機(jī)攝影測量技術(shù)和機(jī)載POS 輔助航空攝影技術(shù)，建立起基于無人機(jī)航空攝影的土地權(quán)屬調(diào)查分析技術(shù)流程，通過實(shí)際操作，得到高分辨率的土地權(quán)屬調(diào)查工作底圖，并對其調(diào)查精度和效果進(jìn)行了評價(jià)分析，以期能為相關(guān)工作提供借鑒。

2.1 POS 輔助航空攝影技術(shù)

POS 系統(tǒng)包括高精度位置信息GNSS 系統(tǒng)和高精度姿態(tài)信息IMU 系統(tǒng)，通過無人機(jī)上裝備的GPS設(shè)備與架設(shè)在地面已知點(diǎn)的GPS 設(shè)備進(jìn)行信號同步，將解算過后的POS 數(shù)據(jù)與地面像控點(diǎn)數(shù)據(jù)通過后期空三加密處理獲得高精度的影像外方位元素，再通過數(shù)字正射影像制作、矢量圖采集最終得到高分辨率的調(diào)查工作底圖（見圖1）。POS 輔助航空攝影分為直接定向法和輔助定向法，本文采用輔助空中三角測量法進(jìn)行測量，即通過POS 解算出位置和姿態(tài)信息并作為帶權(quán)觀測值，然后與地面少量像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)一并引入?yún)^(qū)域網(wǎng)的平差中，從而獲得每張圖像6個外方位元素值（包括三個線元素（Xs，Ys，Zs）以及三個角元素（φ，ω，κ）），經(jīng)幾何變化過后的共線方程為：

圖1 POS 輔助航空攝影測量原理

其中x，y 表示點(diǎn)M 像的平面坐標(biāo)；vx、vv表示x、y 的修正參數(shù)；ai、bi、ci（i=1、2、3）表示角元素構(gòu)成的9 元素旋轉(zhuǎn)矩陣；x0和y0表示主點(diǎn)S 在像平面的平面坐標(biāo)值；f 表示焦距；dx、dy、df 表示x0、y0和f 修正參數(shù)。路等信息數(shù)據(jù)的獲取。

（6）土地權(quán)屬調(diào)查工作底圖制作。

3 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于浙江某地，整體地勢較為平坦，實(shí)驗(yàn)區(qū)總面積約為80km2，其中耕地面積約為66.67km2，耕地間的道路、池塘、溝渠、田坎、居民區(qū)等在影像圖上均能清晰表達(dá)，耕地農(nóng)作物以小麥為主，實(shí)驗(yàn)時(shí)麥苗不高，實(shí)驗(yàn)區(qū)植被覆蓋率也較低，對航空攝影影像不大。

4 技術(shù)流程和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

4.1 技術(shù)流程

無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)主要分為六個步驟（見圖2）：

圖2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)流程

（1）航空攝影，包括航攝無人機(jī)、航攝儀等的選擇、航線設(shè)計(jì)以及航攝參數(shù)的設(shè)置等。

（2）像片控制測量，包括像片控制點(diǎn)布設(shè)和檢查點(diǎn)的施測等。

（3）空三加密。

（4）正射影像制作。

（5）矢量圖的采集，包括田塊、溝渠、居民地、道

4.2 航空攝影及像片控制點(diǎn)

主要設(shè)備：航攝無人機(jī)（固定翼無人機(jī)），最大航速160 km/h，最大飛行高度6000m，最大起飛重量28 kg，最大航程170km；航攝儀（賓得645D 數(shù)字航攝儀），有效像素4000 萬，最大分辨率7264*5440，鏡頭焦距為35mm；POS 系統(tǒng)及其輔助平臺；數(shù)據(jù)處理軟件。

航線設(shè)計(jì)：東西方向飛行，航向重疊度為65%，旁向重疊度為35%，共包括3 個架次22 條航線以及6 條構(gòu)架航線，比例尺1：2000，地面分辨率0.15m。

航攝飛行及自檢：選擇天氣晴朗的日子進(jìn)行航攝，航攝完成后，及時(shí)將原始POS 數(shù)據(jù)和圖像下載，然后檢查原始影像圖是否飽滿、是否存在航攝漏洞、是否存在云、影等現(xiàn)象。經(jīng)自檢，整個航攝過程未出現(xiàn)航攝漏洞，圖像質(zhì)量滿足后期處理的要求。

像控點(diǎn)布設(shè)：利用航線設(shè)計(jì)圖在航向或者旁向五片或者六片重疊處（且應(yīng)為旁向重疊中線附近）布設(shè)像片控制點(diǎn)，像片控制點(diǎn)均為平高控制點(diǎn)，所有像片控制點(diǎn)均易于觀測，無信號干擾或者遮擋且易便于標(biāo)記，像控點(diǎn)布設(shè)施測完成后，利用檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查時(shí)，看是否滿足空三加密精度要求。

4.3 空三加密

根據(jù)《數(shù)字航空攝影空中三角測量規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，各項(xiàng)位置點(diǎn)和1∶2000 比例尺下的精度要求見表1 和表2。采用Inpho 軟件進(jìn)行空三加密，空三加密具體步驟為：

（1）創(chuàng)建工程。

（2）自動匹配加密點(diǎn)和連接點(diǎn)。

（3）加測控制點(diǎn)。

（4）編輯加密點(diǎn)和連接點(diǎn)。

（5）采用光束法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。

（6）檢查像點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度。

（7）區(qū)域網(wǎng)接邊，然后輸出成果。

對39 個控制點(diǎn)進(jìn)行空三加密，然后進(jìn)行精度檢查，結(jié)果顯示，平面位置最大中誤差為0.668，高程位置最大中誤差為0.211，由于實(shí)驗(yàn)區(qū)主要以平地為主，因此根據(jù)表1 和表2 的誤差允許限值，本次空三加密符合精度要求。

表1 各項(xiàng)位置點(diǎn)的精度要求

表2 連接點(diǎn)對最近控制點(diǎn)精度要求

4.4 正射影像圖

以空三加密成果以及數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，對原始航攝圖像進(jìn)行糾正，首先需要選擇色彩鮮艷、亮度飽滿的像片生成像對正射影像圖，然后進(jìn)行勻光勻色，達(dá)到整體影像圖色調(diào)的一致性，最后通過對糾正后影像圖鑲嵌，拼接制作成最終的正射影像，拼接過程中應(yīng)盡量避開房屋、高差明顯等區(qū)域，拼接完成后的圖像應(yīng)無錯位、扭曲、拉花、變形等現(xiàn)象（見圖3）。

圖3 正射影像圖

4.5 矢量圖采集

在全數(shù)字?jǐn)z影測量軟件系統(tǒng)上進(jìn)行矢量圖數(shù)據(jù)采集，采集過程中為了提高工作效率，主要集中于田塊、溝渠、居民地以及道路等信息，無需進(jìn)行全要素的采集，對于地類相同區(qū)域，需增加外業(yè)實(shí)地采集，最終得到各要素的矢量圖采集結(jié)果（見圖4）。

圖4 矢量圖采集結(jié)果

4.6 調(diào)查工作底圖

對上文采集得到的田塊、溝渠、居民地以及道路等矢量圖進(jìn)行編輯，通過不同特征的線段、符號等將權(quán)屬界進(jìn)行連接，形成最終的權(quán)屬圖，然后按1：2000 的比例尺打印出調(diào)查工作底圖（見圖5）。

圖5 調(diào)查工作底圖

5 精度評價(jià)

采用外業(yè)實(shí)測檢查點(diǎn)法進(jìn)行點(diǎn)位精度誤差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：圖解法和實(shí)測法得到點(diǎn)位位置坐標(biāo)中誤差為0.35m，而無人機(jī)航空攝影方法得到的點(diǎn)位位置中誤差為0.277m，無人機(jī)航空攝影法得到的點(diǎn)位精度不僅高于傳統(tǒng)測量方法，而且遠(yuǎn)低于1∶2000 平原地區(qū)數(shù)字正射影像平面位置中誤差要求的1.2m 上限值，這是因?yàn)槭噶繄D采集是在全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)下完成的，并通過野外實(shí)測法進(jìn)行補(bǔ)充，可以很大程度上避免地?zé)o遮擋或者影像不清晰造成的地類邊界不準(zhǔn)的現(xiàn)象。因此，無人機(jī)航空攝影法相比較而言具有更高的測量精度（見圖6）。

圖6 不同測繪方法平面中誤差對比

6 結(jié)束語

借助于無人機(jī)飛行平臺搭載POS 系統(tǒng)進(jìn)行土地權(quán)屬航空攝影調(diào)查，再通過空三加密等作業(yè)，不僅可以獲得分辨率更高、更加清晰的地類邊界圖像，還大大減少了外控點(diǎn)的布設(shè)，提高了工作效率，降低了調(diào)查工作成本相比于圖解法和實(shí)測法，具有更高的測量精度，點(diǎn)位位置平面中誤差僅為0.277m。相關(guān)研究成果可為土地調(diào)查工作提供參考。