王岳

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南　250013)

菏澤市利用無人機(jī)航空攝影測(cè)量進(jìn)行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作的可行性研究

王岳

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南250013)

利用無人機(jī)對(duì)選定的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行低空航空攝影測(cè)量，制作數(shù)字正射影像和數(shù)字地形圖并利用野外實(shí)測(cè)的界址數(shù)據(jù)進(jìn)行線性糾正，取得試驗(yàn)區(qū)1∶500地籍圖，再通過與已有的外業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和精度檢核，驗(yàn)證在該地區(qū)利用無人機(jī)航空攝影測(cè)量進(jìn)行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的可行性。

無人機(jī)；航空攝影測(cè)量；農(nóng)村集體土地使用權(quán)；菏澤市

引文格式：王岳.菏澤市利用無人機(jī)航空攝影測(cè)量進(jìn)行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作的可行性研究[J].山東國土資源，2015，31(5)：82-85.WANG Yue. The Feasibility Study on Verification of Rural Collective Land Use by Using UAV Areophotogrammetry in Heze City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：82-85.

0　引言

農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作通常采用野外實(shí)測(cè)的作業(yè)方案，工作量大，需要投入大量的作業(yè)人員，且成圖周期長、資金投入大[1]。菏澤市大部分地區(qū)村莊建設(shè)缺乏科學(xué)的規(guī)劃指導(dǎo)，農(nóng)村集體土地管理存在缺失，導(dǎo)致該地區(qū)普遍存在村莊“散、亂、小”的現(xiàn)象，土地利用比較粗放，因此作業(yè)人員在采集地形要素和權(quán)屬要素時(shí)非常困難，傳統(tǒng)作業(yè)方法的缺點(diǎn)更加突出。

結(jié)合工作實(shí)際，選擇菏澤市東明縣東明集鎮(zhèn)的城子村和胡莊村進(jìn)行小區(qū)域試驗(yàn)，對(duì)利用無人機(jī)航空攝影測(cè)量進(jìn)行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的技術(shù)方案進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)其成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)?zāi)康募爸饕蝿?wù)

該次試驗(yàn)采用低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)來完成農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測(cè)量的工作，并從成圖精度、作業(yè)方法、作業(yè)效率、時(shí)間安排和作業(yè)成本等多個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證，探索采用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在菏澤市進(jìn)行農(nóng)村集體土地確權(quán)的應(yīng)用方式、方法及流程。試驗(yàn)以無人機(jī)航空影像為主要信息源，采用全數(shù)字立體測(cè)量方法結(jié)合野外調(diào)繪制作數(shù)字線劃圖成果，再與全野外測(cè)量獲取的地籍圖進(jìn)行對(duì)比，以全野外測(cè)圖成果為真值，對(duì)采用航測(cè)法取得的成果進(jìn)行精度分析，為農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的地籍圖測(cè)量探索新的途徑。

1.2試驗(yàn)區(qū)概況及現(xiàn)有資料

試驗(yàn)區(qū)選擇位于東明縣城南16km，東明集鎮(zhèn)政府駐地西側(cè)0.5km處的城子村和東明集鎮(zhèn)南約1.8km處的胡莊村，屬于黃河沖積平原，地勢(shì)平坦，有利于航測(cè)工作的進(jìn)行。目前已有通過外業(yè)實(shí)測(cè)取得的城子村和胡莊村1∶500比例尺地籍圖和界址點(diǎn)、界址線成果。

2　技術(shù)指標(biāo)

2.1數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)：1980西安坐標(biāo)系，高斯-克呂格投影，任意分帶，中央經(jīng)線為115°；高程系統(tǒng)：1985國家高程基準(zhǔn)。

2.2精度要求

(1)像控點(diǎn)精度：要求符合《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》GB/T7931-2008中6.1精度要求的規(guī)定：平面控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)相對(duì)鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)超過地物點(diǎn)平面位置中誤差的1/5。高程控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)相對(duì)鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差不應(yīng)超過基本等高距的1/10[2]。

(2)地物點(diǎn)精度：誤差要求符合《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中5.3.3表5的規(guī)定：相鄰界址點(diǎn)間、界址點(diǎn)與鄰近地物點(diǎn)間距的圖上中誤差為±0.3mm，限差為±0.6mm；鄰近地物點(diǎn)間距的圖上中誤差為±0.4mm，限差為±0.8mm；界址點(diǎn)與鄰近控制點(diǎn)的圖上點(diǎn)位中誤差為±0.3mm，限差為±0.6mm；地物點(diǎn)與鄰近控制點(diǎn)的圖上點(diǎn)位中誤差為±0.5mm，限差為±1.0mm[3]。

(3)界址點(diǎn)精度：界址點(diǎn)相對(duì)鄰近控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差，相鄰界址點(diǎn)間距誤差要求符合《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中5.3.2.2表3的規(guī)定：一級(jí)界址點(diǎn)中誤差為±5cm，限差為±10cm；二級(jí)界址點(diǎn)中誤差為±7.5cm，限差為±15cm；三級(jí)界址點(diǎn)中誤差為±10cm，限差為±20cm[3]。

3　技術(shù)方法

3.1工作流程

該次無人機(jī)低空攝影測(cè)量試驗(yàn)工作流程如圖1所示：

圖1　作業(yè)流程圖(當(dāng)?shù)匚稂c(diǎn)與界址點(diǎn)在實(shí)地是同一位置時(shí)，以野外實(shí)測(cè)界址點(diǎn)的坐標(biāo)替換航測(cè)采集坐標(biāo))

3.2無人機(jī)航空攝影

(1)無人機(jī)的選擇：采用固定翼無人機(jī)，設(shè)備性能見表1：

表1　試驗(yàn)設(shè)備性能指標(biāo)

(2)相機(jī)選擇：采用佳能 EOS 5D Mark II型數(shù)碼相機(jī)。

(3)航攝參數(shù)選擇：像元大小為6.4um，像幅大小為5616×3744。采用35mm定焦鏡頭。地面分辨率、焦距、航高及比例尺的選擇見表2：

(4)航攝時(shí)間選擇：航空攝影選在能見度較高的晴朗天氣，風(fēng)速3級(jí)以內(nèi)的時(shí)間段進(jìn)行，該次航攝時(shí)間在2013年3月11號(hào)上午12點(diǎn)40分至13點(diǎn)進(jìn)行，太陽高度角大于50°；陰影倍數(shù)小于1；航空成果符合《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》CH/Z3005-2010的要求[2]。

表2　 航攝參數(shù)

航空攝影航線設(shè)定：該次航飛方向?yàn)槟媳毕蝻w行，經(jīng)計(jì)算確定基線長度為60m，航線間距為130m，按照試驗(yàn)區(qū)域設(shè)定飛行航線，城子村為8條航線；胡莊村為7條航線；航跡坐標(biāo)采用GPS導(dǎo)航。

(5)攝影質(zhì)量：攝區(qū)邊界線覆蓋試驗(yàn)區(qū)域，沒有航攝漏洞。航向重疊度60%，旁向重疊40%；旋偏角小于5°；影像質(zhì)量較好，影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調(diào)一致，滿足外業(yè)精確調(diào)繪和室內(nèi)判讀的要求。

采用德國Inpho航空攝影測(cè)量專業(yè)軟件對(duì)重疊度、旋偏角、航攝漏洞等進(jìn)行檢查。

由于該次無人機(jī)航飛采用了先進(jìn)的GPS衛(wèi)星定位+慣導(dǎo)自主飛行、航跡高度和姿態(tài)高精度自動(dòng)控制等一系列先進(jìn)技術(shù)，航飛成果滿足該次試驗(yàn)要求。

3.3影像圖制作

利用航飛參數(shù)，在Inpho全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站下，快速建立自由網(wǎng)模型連接影像，按照1∶500比例尺圖幅裁切，形成地籍調(diào)查影像工作底圖，用于像控點(diǎn)和界址點(diǎn)的布設(shè)量測(cè)、地籍要素屬性信息的調(diào)查等。

3.4像控點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量

像控點(diǎn)要求村莊外圍控制點(diǎn)的連線要包住整個(gè)村莊。每個(gè)村莊內(nèi)要均勻測(cè)量5個(gè)以上檢查點(diǎn)，以便衡量空三加密和測(cè)圖精度。

(1)像控點(diǎn)布設(shè)：兩試驗(yàn)區(qū)均采用每條航線間隔2個(gè)基線布設(shè)1個(gè)像控點(diǎn)的方法進(jìn)行像控點(diǎn)的布控。城子村布設(shè)像控點(diǎn)42個(gè)，其中平高點(diǎn)30個(gè)；胡莊村布設(shè)像控點(diǎn)44個(gè)，其中平高點(diǎn)37個(gè)。

(2)像控點(diǎn)量測(cè)：利用基于SDCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK方法進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，觀測(cè)過程中嚴(yán)格控制人為誤差。該次試驗(yàn)區(qū)像控布設(shè)及量測(cè)成果，滿足《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》GB/T 7930-2008的要求。

3.5數(shù)字空三加密

數(shù)字空中三角測(cè)量使用基于Inpho的Match-AT空三平差軟件進(jìn)行平差，分為城子村和胡莊村2個(gè)區(qū)域網(wǎng)。

試驗(yàn)區(qū)空三加密前，使用PixcelGrid系統(tǒng)進(jìn)行航攝影像畸變差校正，然后采用Match-AT軟件，建立局域網(wǎng)工程、自動(dòng)連接點(diǎn)、手動(dòng)添加連接點(diǎn)及像控點(diǎn)、粗差剔除、區(qū)域網(wǎng)平差等一系列工作，完成數(shù)字空三加密工作。連接點(diǎn)中誤差在1.5um左右，在1/4～1/5個(gè)像素之間，與大飛機(jī)搭載的常規(guī)數(shù)碼航攝相機(jī)能達(dá)到的精度相當(dāng)[4]。區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果：

(1)城子村。使用了77張影像。城子村整個(gè)區(qū)域共計(jì)6條航線，經(jīng)過加密計(jì)算，最終得到像控點(diǎn)平面中誤差為0.073m，高程中誤差為0.035m。在解算報(bào)告中，連接點(diǎn)中誤差為0.0013mm。以上數(shù)據(jù)均滿足低空航空攝影測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

(2)胡莊村。使用了60張影像。胡莊整個(gè)區(qū)域共計(jì)6條航線，經(jīng)過加密計(jì)算，最終得到像控點(diǎn)平面中誤差為0.072m，高程中誤差為0.031m。在解算報(bào)告中連接點(diǎn)的中誤差為0.0015mm, 以上數(shù)據(jù)均滿足低空航空攝影測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.6數(shù)字化采集

在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站Mapmatrix上進(jìn)行立體采集地籍要素。內(nèi)業(yè)測(cè)繪時(shí)根據(jù)影像上地物的構(gòu)像所形成的各自的幾何特性和物理特性如形狀、大小、色調(diào)、陰影和相互關(guān)系等來識(shí)別地物內(nèi)容，確定所有地物的輪廓特征。對(duì)立體判讀有疑問的影像加注說明，盡量為下道工序提供準(zhǔn)確、可靠、完整的數(shù)據(jù)。

數(shù)字化采集以“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”為原則，采集時(shí)每個(gè)宗地單元盡量在同一個(gè)立體像對(duì)下完成。鑒于該次成圖精度要求較高，立體采集時(shí)要求影像放大倍數(shù)不小于3倍，采集嚴(yán)格切準(zhǔn)建筑物的邊線，像對(duì)間接邊差超過0.1m時(shí)，反饋到空三加密工序，由加密人員確定是否存在像片連接點(diǎn)或像控點(diǎn)誤差。分辨不明或無法準(zhǔn)確定位的地物做出標(biāo)注，留待外業(yè)補(bǔ)測(cè)處理。

3.7外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪采用航測(cè)立體采集的數(shù)字線劃圖作為工作底圖，主要針對(duì)居民地及附屬設(shè)施、道路、河流、名稱等涉及地籍圖表示的要素，主要工作為地物修補(bǔ)測(cè)、房檐改正和精度檢查。

檢查基于無人機(jī)低空航測(cè)的成圖精度是該次試驗(yàn)的主要目的之一，而房屋精度是衡量成圖精度的重要指標(biāo)。航空攝影測(cè)量為正射投影，數(shù)字線劃圖表示的房屋為房頂邊線，而實(shí)測(cè)地籍圖上表示的房屋為房基線，故房檐改正對(duì)房屋的精度有很大的影響，其準(zhǔn)確程度將直接影響到該次試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，因此，要求所有房檐都必須實(shí)地調(diào)查標(biāo)注。房檐改正精度應(yīng)控制在實(shí)地3cm以內(nèi)。

3.8數(shù)據(jù)編輯

數(shù)據(jù)編輯采用南方CASS軟件進(jìn)行，以村莊為單位進(jìn)行編輯。其主要工作包括：

(1)利用外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)對(duì)航測(cè)采集的線劃圖進(jìn)行修改，包括：房檐改正，圖面整理、文字注記和要素屬性修改。

(2)根據(jù)權(quán)屬調(diào)查資料和外業(yè)實(shí)測(cè)的界址點(diǎn)、界址線對(duì)航測(cè)采集的地籍要素進(jìn)行核實(shí)、校正。

(3)按照《地籍圖圖式》要求對(duì)村莊地籍圖進(jìn)行分幅及整飾。

4　精度統(tǒng)計(jì)

精度統(tǒng)計(jì)分為平面點(diǎn)位中誤差的計(jì)算和間距中誤差的計(jì)算，城子村和胡莊村分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

平面中誤差的計(jì)算是以全外業(yè)實(shí)測(cè)1∶500地籍圖數(shù)據(jù)作為真值，與無人機(jī)航測(cè)法1∶500地籍圖數(shù)據(jù)比較。其中胡莊村選取102對(duì)數(shù)據(jù)，最大較差為△X=0.33m,△Y=0.315m,△S=0.335m；城子村選取60對(duì)數(shù)據(jù)，最大較差為△X=0.285m,△Y=0.252m,△S=0.312m(表3)。

表3　平面點(diǎn)位精度

間距中誤差的計(jì)算以全外業(yè)實(shí)測(cè)1∶500地籍圖數(shù)據(jù)要素邊長或要素間距作為真值，與無人機(jī)航測(cè)法1∶500地籍圖數(shù)據(jù)要素邊長或要素間距比較。兩試驗(yàn)區(qū)各選取30對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算，其中胡莊村最大較差為0.28m，間距中誤差為0.12m；城子村最大較差為0.17m，間距中誤差為0.1m。

5　試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)全野外測(cè)圖和利用無人機(jī)航測(cè)法2種成圖方法比較作出的精度統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的中誤差和最大誤差在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)，完全滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中的要求，因此，采用低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，在各項(xiàng)測(cè)量工作中，嚴(yán)格控制各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，能滿足農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測(cè)繪工作的精度要求。

試驗(yàn)過程證明，利用無人機(jī)航測(cè)法能夠大大加快工作速度、減少人員投入，并能獲取正射影像圖和數(shù)字線劃圖2種成果。其中正射影像圖可以直接作為權(quán)屬調(diào)查的工作底圖使用，所以權(quán)屬調(diào)查工作可以與線劃圖成圖工作同步進(jìn)行。通過優(yōu)化技術(shù)路線，可以有效地縮短工作周期，從而降低作業(yè)成本。

無人機(jī)航測(cè)法難以達(dá)到界址測(cè)量所要求的界址點(diǎn)的精度，因此，界址點(diǎn)需要全野外測(cè)量。此外地物要素測(cè)量受飛行季節(jié)影響，夏季植被茂密時(shí)，部分地物點(diǎn)會(huì)受到遮擋，內(nèi)業(yè)判讀會(huì)受影響，需野外補(bǔ)測(cè)。

為提高成果精度，可以加大航向重疊度，一般航向重疊度在70%～80%，旁向重疊度在40%為宜；還可以增加校正點(diǎn)的數(shù)量。

該次利用低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)用于農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測(cè)量的試驗(yàn)，是在地勢(shì)平坦地區(qū)進(jìn)行的，試驗(yàn)成果達(dá)到了預(yù)期的精度，但在用于丘陵、山地的地籍圖測(cè)量，還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證[5]。

[1]呂長廣.航測(cè)技術(shù)在土地調(diào)查工作中的應(yīng)用研究[J].山東國土資源，2007，23(12):1-2.

[2]1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖規(guī)范 GB/T15967-2008[S].

[3]地籍調(diào)查規(guī)程 TD 1001-2012[S].

[4]高文革，范永杰，宋倩，等.空三加密在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的精度分析[J].山東國土資源，2010,26,(12):26-29.

[5]陳華剛，王昌翰.低空數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)在山地區(qū)域制作1∶500數(shù)字線劃圖的試驗(yàn)研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2008,31(2):157-166.

The Feasibility Study on Verification of Rural Collective Land Use by Using UAV Areophotogrammetry in Heze City

WANG Yue

(Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute，Shandong Jinan 250013，China)

By using UAV, low-altitude aerophotogrammetry of selected studying area has been carried out, digital orthophoto map and digital topographic map have been made. Cadastral map with the scale of 1∶500 is generated with linear rectification of field observed boundary data. Comparing with existing field observed data and checking the accuracy, it is showed that the feasibility of issuing certificates for rural collective land by using UAV areophotogrammetry is verified.

UAV; aerophotogrammetry; rural collective land using right; Heze city

2014-12-09；

2015-02-02；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王岳(1985—)，男，山東德州人，工程師，主要從事測(cè)繪和地理信息系統(tǒng)建設(shè)工作；E-mail:wangyue_no1@sina.com

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