無人機(jī)航測(cè)在農(nóng)村土地確權(quán)中的應(yīng)用

索高宇

摘要：農(nóng)村土地確權(quán)是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的任務(wù)，本文利用無人機(jī)對(duì)八百余畝土地進(jìn)行航空攝影測(cè)量，得到數(shù)字地表模型（DSM）以及數(shù)字正射影像（DOM）。通過將地塊矢量文件以及數(shù)字正射影像進(jìn)行疊加，將承包地塊的空間分布及面積大小直觀地展現(xiàn)給承包人，有利于承包人后期針對(duì)土地進(jìn)行抵押貸款以及農(nóng)業(yè)投保。航空攝影測(cè)量中的誤差為0.076m，滿足土地確權(quán)的精度要求。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；土地確權(quán)；航空攝影測(cè)量；正射影像

1.引言

我國(guó)耕地面積較大，但人均耕地面積卻很小，空間分布不均勻，且存在承包不清、位置不明、面積不準(zhǔn)等問題。通過土地確權(quán)登記，可以明確農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)關(guān)系、強(qiáng)化農(nóng)戶對(duì)自身土地經(jīng)營(yíng)權(quán)的保護(hù)。有利于農(nóng)戶對(duì)自身土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)投保及抵押貸款業(yè)務(wù)，促進(jìn)農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。傳統(tǒng)的農(nóng)村土地確權(quán)受到地形、天氣等影響。外業(yè)測(cè)繪及調(diào)繪相當(dāng)困難，效率低、成本高、精度不好控制。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)是一種新興的測(cè)繪技術(shù)，具有快速高效、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)成本低等優(yōu)點(diǎn)[1]。本文通過對(duì)安徽定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)約八百余畝耕地進(jìn)行土地確權(quán)，簡(jiǎn)述無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地確權(quán)中的應(yīng)用。

2.航空攝影測(cè)量

2.1基本原理

航空攝影測(cè)量指的是以飛機(jī)作為飛行平臺(tái)，在上面搭載航攝設(shè)備。飛機(jī)在按照一定的航線進(jìn)行飛行時(shí)，所搭載的航攝設(shè)備進(jìn)行垂直攝影，獲得遙感影像，結(jié)合地面控制點(diǎn)測(cè)量、調(diào)繪及立體測(cè)繪等步驟，產(chǎn)出不同格式地形圖產(chǎn)品的作業(yè)。航空攝影測(cè)量主要包括航測(cè)外野和數(shù)據(jù)處理內(nèi)業(yè)兩部分，外業(yè)主要包含航攝獲取遙感影像、像控點(diǎn)的測(cè)量、航線布置、野外調(diào)繪等。內(nèi)業(yè)包含了影像拼接、空三加密、地形圖編輯等[2-3]。

2.2無人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)流程

本項(xiàng)目利用Phantom 4 RTK無人機(jī)對(duì)耕地進(jìn)行無人機(jī)航測(cè)，后期通過航測(cè)外業(yè)和內(nèi)業(yè)等數(shù)據(jù)處理，最終得到無人機(jī)航測(cè)正射影像，以及相應(yīng)的確權(quán)數(shù)據(jù)，具體的技術(shù)路線見圖1。

3.無人機(jī)航測(cè)

3.1飛行平臺(tái)

池河鎮(zhèn)位于定遠(yuǎn)縣，水稻面積種植較為廣泛。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境及其后特點(diǎn)本次土地確權(quán)采用Phantom 4 RTK無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量，其飛行器主要性能見表1所示，航測(cè)相機(jī)參數(shù)見表2所示。

3.2航測(cè)外業(yè)

本項(xiàng)目完成安徽省定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)約800余畝水稻的航空攝影測(cè)量，航向重疊設(shè)置為70%，旁向重疊設(shè)置為60%，飛行高度設(shè)置為100m，飛行速度約7m/s。航測(cè)面積約800畝，分兩架次進(jìn)行，航測(cè)時(shí)間約40min，平均地面分辨率為2.95cm。

像片控制點(diǎn)位置選?。翰荚O(shè)像控點(diǎn)常用的兩種方法。一種是航飛前預(yù)先放置航射標(biāo)志，尺寸要達(dá)到地面分辨率的5倍～10倍。采用反差大的顏色或者是在現(xiàn)場(chǎng)采用涂抹油漆撒石灰的方法進(jìn)行標(biāo)記。另一種是航拍后布控的方案，在測(cè)區(qū)內(nèi)按照要求均勻選擇點(diǎn)位，這些點(diǎn)位需在影像上特征明顯、紋理清晰處布設(shè)。本次航測(cè)采用先航拍，后布點(diǎn)的方案。像控點(diǎn)的測(cè)量根據(jù)GB 7931-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》，本次航測(cè)共測(cè)量15個(gè)像控點(diǎn)，用RTK對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，平面精度不超過10cm[4]。

3.3航測(cè)數(shù)據(jù)處理

3.3.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

需要準(zhǔn)備無人機(jī)航測(cè)的原始照片，兩次航測(cè)共獲取到航測(cè)330張JPG影像。航測(cè)影像的POS數(shù)據(jù)、地面像控點(diǎn)的位置文件等。

3.3.2 POS技術(shù)輔助空三加密

本次無人機(jī)航測(cè)影像用PIX4D軟件進(jìn)行拼接，簡(jiǎn)歷項(xiàng)目、導(dǎo)入影像以及POS數(shù)據(jù)，利用POS技術(shù)來輔助自動(dòng)空中三角測(cè)量，將航測(cè)空三加密過程中對(duì)外業(yè)控制點(diǎn)的依賴降到了最低，大大減少了人工作業(yè)的步驟和作業(yè)時(shí)間，同時(shí)滿足規(guī)范精度要求，不但提高了內(nèi)業(yè)作業(yè)的效率，降低作業(yè)成本而且縮短了航測(cè)作業(yè)成圖的整個(gè)周期的時(shí)間[5]。

3.3.3 PIX4D mapper數(shù)據(jù)處理

PIX4D mapper是瑞士PIX4D公司研發(fā)出的無人機(jī)處理處理軟件。

其處理數(shù)據(jù)的大致流程為：①建立項(xiàng)目；②導(dǎo)入無人機(jī)航測(cè)影像以及POS數(shù)據(jù)；③導(dǎo)入像控點(diǎn)文件；④按照自身需求設(shè)置相關(guān)參數(shù)；⑤全自動(dòng)處理（包含DSM、DOM、空三加密）；⑥地理信息產(chǎn)品輸出，輸入的地理信息產(chǎn)品均可被主流遙感軟件識(shí)別[6-7]。

3.3.4 DOM和DSM成果

本次項(xiàng)目處理采用PIX4D mapper航測(cè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將兩次航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理后進(jìn)行合并，生成的地理信息成果有數(shù)字正射影像（DOM）如圖2所示、數(shù)字地表模型（DSM）。

數(shù)字地表模型（digital surface model，DSM）是一個(gè)非常重要的地理信息產(chǎn)品品，基于DSM可以進(jìn)一步編輯、處理制作DEM、DOM、DLG等。DSM展示了真實(shí)地表的地面起伏情況，也可直接應(yīng)用于各行各業(yè)，如電力行業(yè)監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)對(duì)電力線的安全影響、軍事上導(dǎo)彈制導(dǎo)障礙物監(jiān)測(cè)、林業(yè)監(jiān)測(cè)森林生長(zhǎng)情況等[8]。

數(shù)字正射影像（DOM）精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點(diǎn)，可作為地圖分析背景控制信息，也可從中提取自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史信息或最新信息，為防治災(zāi)害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)；還可從中提取和派生新的信息，實(shí)現(xiàn)地圖的修測(cè)更新。評(píng)價(jià)其他數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實(shí)性和完整性都很優(yōu)良，見圖2。

3.4確權(quán)底圖制作

此次無人機(jī)航測(cè)獲取到的DOM數(shù)據(jù)平均地面分辨率（GSD）達(dá)到了2.95cm，無需專業(yè)知識(shí)，可通過肉眼觀察判定承包地塊、道路、田埂、水系、居民地等地物。易于判讀和標(biāo)注權(quán)屬界線，可以直接作為工作底圖進(jìn)行承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)權(quán)屬調(diào)查。

利用無人機(jī)航測(cè)得到的DOM，來制作農(nóng)村土承包經(jīng)營(yíng)的工作底圖。

具體的內(nèi)容包括：①地塊界線；②地塊面積；③承包人姓名。利用ArcGIS10.4軟件對(duì)數(shù)字正射影像進(jìn)行矢量化采集[9]，將地塊界限繪制出來并標(biāo)注承包人姓名、地塊面積、地塊編號(hào)，由正射影像與矢量數(shù)據(jù)疊加制作1∶2000比例尺確權(quán)底圖，局部成果示意圖如圖3所示。

3.5無人機(jī)正射影像精度分析

為了便于驗(yàn)證無人機(jī)航空攝影測(cè)量的精度，在布設(shè)像控點(diǎn)的同時(shí)又布設(shè)了15個(gè)檢查點(diǎn)[10-11]，并精準(zhǔn)測(cè)量其坐標(biāo)，在已經(jīng)成圖的基礎(chǔ)上記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。參照《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》中的精度要求，進(jìn)行精度驗(yàn)證，如表3所示。

經(jīng)過計(jì)算分析，無人機(jī)航空攝影測(cè)量平面中誤差為0.076m，滿足農(nóng)村土地確權(quán)的精度要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

此次無人機(jī)航空攝影測(cè)量飛行高度低，速度快，面積廣?？梢垣@取到數(shù)字地表模型（DSM）以及分辨率為2.95cm的數(shù)字正射影像（DOM），可以清晰地分辨地塊邊界及其他地物。滿足精度要求的同時(shí)大大縮短了項(xiàng)目周期，降低了勞動(dòng)成本。在確權(quán)底圖制作當(dāng)中，數(shù)字正射影像與農(nóng)村地塊矢量數(shù)據(jù)相互疊加，能夠?qū)⒋_權(quán)的結(jié)果直觀地展現(xiàn)給承包人。地塊的空間分布、面積大小在圖面就能做出準(zhǔn)確的判定，便于承包人對(duì)確權(quán)法律文件的確認(rèn)工作。對(duì)承包人對(duì)土地進(jìn)行抵押貸款及農(nóng)業(yè)投保有較大的幫助，航空攝影測(cè)量的中誤差為0.076m，完全滿足農(nóng)村土地確權(quán)的精度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉柱，郭增長(zhǎng)，胡華宗. CORS技術(shù)在農(nóng)村集體土地確權(quán)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息， 2013（11）： 101-103.

[2]賈永斌，張雅迪，賈聚勇，等.低空無人機(jī)航空攝影在山區(qū)土地確權(quán)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2018（01）： 160-161.

[3]趙生良.無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在耕地確權(quán)登記中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程， 2017（5）： 101-102.

[4]GB/T7930-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》.國(guó)家測(cè)繪局， 2008.

[5]徐秋艷.無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在大比例尺地形圖制作中的應(yīng)用[D].陜西：長(zhǎng)安大學(xué)， 2017， 20-25.

[6]劉坦. Inpho、PhotoScan及Pix4D無人機(jī)正射影像處理軟件對(duì)比[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)， 2017（11）： 81-83.

[7]武書利，張朋.小型旋翼無人機(jī)在大比例尺地形測(cè)圖中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程， 2018（05）： 87.

[8]田超，陳杰，李能能，等.利用無人機(jī)免像控快速構(gòu)建高精度DSM[J].測(cè)繪通報(bào)， 2017（08）： 158-160.

[9]高學(xué)森.基于ArcGIS的農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)數(shù)據(jù)處理方法研究[J].北京測(cè)繪， 2015（04）： 103-105.

[10]楊德芳，田曉程.低空無人機(jī)影像像控點(diǎn)布設(shè)及精度分析研究[J].青海國(guó)土經(jīng)略， 2015（01）： 158-160.

[11]王妍，孔祥仲，賈世真，等.無人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在農(nóng)村土地確權(quán)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息， 2015（08）： 114-116.