無人機(jī)攝影測量技術(shù)在農(nóng)村土地的應(yīng)用研究

引言近年來，我國經(jīng)歷了快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，隨著城市化的不斷發(fā)展和建筑用地的大量增加，可耕地越來越稀少，需要管理的土地越來越多樣化，土地管理工作非常重要，地籍調(diào)查工作為土地管理工作的基礎(chǔ)也尤其重要。土地調(diào)查屬于國家統(tǒng)一調(diào)查，由國務(wù)院部署，目的是全面了解土地使用狀況，建立土地資源數(shù)據(jù)庫，改善土地保有制度，以促進(jìn)國家土地管理，為社會(huì)服務(wù)。地籍調(diào)查是我國進(jìn)行國土資源情況摸底的一個(gè)重要組成部分，地籍調(diào)查的主要目的是對國有、集體建設(shè)用地進(jìn)行判定，并且在采集基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的過程中，以地籍調(diào)查為主要目的，對農(nóng)村集體建設(shè)用地和國有土地，進(jìn)行其用途、面積、界址、位置和權(quán)屬方面的調(diào)查，并對地上建筑物和構(gòu)造物進(jìn)行基本情況的調(diào)查。建立了一個(gè)關(guān)于農(nóng)村地區(qū)集體土地使用權(quán)、承包經(jīng)營權(quán)及其他權(quán)屬的數(shù)據(jù)庫，并為符合登記要求的農(nóng)村地區(qū)集體建設(shè)建立了土地使用權(quán)或承包經(jīng)營權(quán)的認(rèn)證工作，為統(tǒng)一登記奠定基礎(chǔ)[1]。在全國土地調(diào)查中，研究發(fā)現(xiàn)一些農(nóng)村地區(qū)和山區(qū)缺少土地調(diào)查的基本底圖。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不平衡，傳統(tǒng)方法的收集和生產(chǎn)效率較低。在調(diào)查中，我們還注意到，在農(nóng)村和山區(qū)的一些礦區(qū)或空礦區(qū)，現(xiàn)有的一些測圖工具，如RTK(載波相位差分)技術(shù)在面對復(fù)雜地形時(shí)無法正常工作，并且十分容易受到信號(hào)干擾，導(dǎo)致測量效率不佳。在這種情況下，隨著無人駕駛航空器的技術(shù)日益完善，并且對無人機(jī)搭載設(shè)備進(jìn)行了更新?lián)Q代，這些為無人機(jī)在土地調(diào)查中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持[2]。無人機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中具有一定的靈活性，并且對著陸區(qū)域要求不高，在無人機(jī)進(jìn)行工作的過程中幾乎不受天氣條件影響?？梢匝杆佾@得高分辨率圖像，同時(shí)保持較低的人工成本。以滿足調(diào)查的需要，與以往衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，可以獲得較高數(shù)據(jù)分辨率影像，也可以根據(jù)測量要求確定無人駕駛航空器飛行的高度。與此同時(shí)，無人駕駛航空器覆蓋的區(qū)域有限，更適合為大規(guī)模的土地測量項(xiàng)目建立一個(gè)測試平臺(tái)。數(shù)據(jù)相對較少，然后以相對簡單的方式處理，無人駕駛航空器對天氣條件的影響較小，因此不使用指定的機(jī)場，不需要機(jī)場的許可。與此同時(shí)，無人機(jī)可根據(jù)需要靈活選擇降落方式，而無需特定的起飛和降落區(qū)域，并可在極其復(fù)雜環(huán)境條件下起飛，因此，應(yīng)用到范圍小、時(shí)間緊湊的土地調(diào)查中具有比較顯著的優(yōu)勢，特別是在作業(yè)效率上尤為突出。2農(nóng)村土地調(diào)查的內(nèi)容與方法土地調(diào)查是為了摸清土地的具體類別、位置和相關(guān)屬性信息。相對過去而言，傳統(tǒng)方法耗時(shí)長，而社會(huì)發(fā)展的速度較快，土地利用情況變化快，故國土調(diào)查的成果現(xiàn)勢性相對低。近年來，無人機(jī)攝影測量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)RS、全球定位系統(tǒng)和3S集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在一定程度上更新較快，并已開始利用新技術(shù)進(jìn)行土地確權(quán)。在全國土地利用現(xiàn)狀調(diào)查工作中，國家標(biāo)準(zhǔn)化交付的遙感衛(wèi)星圖像在國家制圖調(diào)查中進(jìn)行了運(yùn)用，但在小范圍項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，由于受到圖像分辯率、衛(wèi)星軌道參數(shù)和數(shù)據(jù)格式及其它問題的影響，想要獲得滿足項(xiàng)目要求的高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)周期較長。飛機(jī)由于起飛地點(diǎn)要求嚴(yán)格，只能繪制了大比例尺的小區(qū)域圖，而無人駕駛飛機(jī)的移動(dòng)能力強(qiáng)、響應(yīng)快速和圖像成像質(zhì)量高，因此在較小規(guī)模和相對比例的土地確權(quán)中具有很大的優(yōu)勢。2.1我國土地利用現(xiàn)狀調(diào)查土地主要任務(wù)是確定土地的位置、邊界，地表面積、土地使用的地表類型、地塊的性質(zhì)等進(jìn)行調(diào)查。為了保證調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性，一般通過對圖像數(shù)據(jù)的解析，使用無人駕駛航空器攝影測量技術(shù)獲取影像制作基礎(chǔ)底圖，并采用內(nèi)業(yè)圖像解讀與實(shí)地核查相結(jié)合推進(jìn)項(xiàng)目開展[3]。2.1.1調(diào)查種類對線狀建筑物的調(diào)查主要包括鐵路、公路、路障、壕溝、道路和其他特征地物。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格的要求，根據(jù)線狀物的實(shí)際寬度，以單線或面狀圖形的形式繪制。2)地塊圖斑調(diào)查是根據(jù)圖像形狀、色調(diào)、紋理來區(qū)分了不同的土地利用類別，并記錄相地類信息及界址線，后期通過外業(yè)核查修正解譯成果。3)基本農(nóng)田調(diào)查收集土地劃界信息以及土地使用的現(xiàn)狀和變化，進(jìn)行現(xiàn)場勘察，將是保護(hù)農(nóng)業(yè)用地和土地利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行疊加分析。確定耕地保護(hù)范圍和位置，核實(shí)相關(guān)信息，確認(rèn)各種資料數(shù)據(jù)是否存在矛盾。2.1.2實(shí)地核查調(diào)繪在完成內(nèi)部測繪之后，調(diào)查員對內(nèi)部測繪結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場檢查，包括檢查地類的范圍，更新已經(jīng)變化的地形。使用底圖及圖斑數(shù)據(jù)對現(xiàn)場進(jìn)行進(jìn)一步的檢查，收集所有核查數(shù)據(jù)等。圖斑核實(shí)確認(rèn)根據(jù)圖斑的內(nèi)業(yè)矢量化結(jié)果，外業(yè)核查地塊的界址線，確認(rèn)土地利用類別，當(dāng)指界結(jié)果和內(nèi)業(yè)矢量化結(jié)果相同時(shí)，直接記錄使用矢量化結(jié)果并調(diào)查補(bǔ)錄權(quán)利人等其它數(shù)據(jù)，對外業(yè)指界測繪成果與內(nèi)業(yè)矢量化結(jié)果不一致的，以現(xiàn)場調(diào)繪為準(zhǔn)。變化地物更新、新增地物補(bǔ)測根據(jù)相對位置和定向關(guān)系，根據(jù)實(shí)地情況，更新變化的地物數(shù)據(jù)，可采用調(diào)繪或?qū)崪y的方法進(jìn)行地物更新；實(shí)測方法可通過諸如全站等儀器或者利用GPS-RTK進(jìn)行全野外數(shù)字化測圖進(jìn)行。數(shù)據(jù)整理在實(shí)地調(diào)查之后，在內(nèi)業(yè)矢量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行修正，補(bǔ)充外業(yè)調(diào)查信息，錄入屬性數(shù)據(jù)，并填寫好相應(yīng)的表格。2.2土地權(quán)屬調(diào)查和條件調(diào)查土地權(quán)屬調(diào)查在我國，土地使用權(quán)和所有權(quán)是兩種不同的保有權(quán)形式。這些權(quán)利通常是統(tǒng)一的。雖然農(nóng)村土地所有權(quán)通常體現(xiàn)在使用建筑用地的權(quán)利、獲得住房土地的權(quán)利和集體擁有農(nóng)村土地的權(quán)利上，土地使用權(quán)和土地所有權(quán)調(diào)查工作中主要包括:財(cái)產(chǎn)調(diào)查的內(nèi)容調(diào)查土地所有權(quán)主要是根據(jù)有關(guān)資料，如面積、邊界、地區(qū)、地點(diǎn)和界限，核實(shí)土地的所有權(quán)、使用權(quán)或管理情況[4]。)土地確權(quán)的工作方法行政村一般用作土地調(diào)查的基本單位，對整個(gè)村內(nèi)所有集體土地或建筑用地的界址線進(jìn)行調(diào)查及測繪，同時(shí)收集權(quán)利人相關(guān)信息，由自然資源管理部門及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門組織開展確權(quán)工作，相關(guān)部門應(yīng)允許權(quán)利代表和調(diào)查員參與調(diào)查工作。土地條件調(diào)查土地狀況調(diào)查是一項(xiàng)關(guān)于影響土壤使用的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)性質(zhì)的研究。在完成調(diào)查之后，根據(jù)國家數(shù)據(jù)建設(shè)規(guī)定，在省和市一級建立土地?cái)?shù)據(jù)結(jié)果，在省和市一級逐步合并和建立各級數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行調(diào)查，繪制地圖，關(guān)于土地變化的矢量數(shù)據(jù)、土地使用綜合評估、規(guī)劃、數(shù)據(jù)的建造。3農(nóng)村土地調(diào)查中無人機(jī)的應(yīng)用技術(shù)流程分析3.1無人機(jī)航攝原理UAV空中攝影測量是根據(jù)項(xiàng)目要求，根據(jù)測量區(qū)域的飛行路線，獲取高分辨率圖像信息，通過攝影測量原理，使用數(shù)據(jù)處理技術(shù)及軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得具有準(zhǔn)確地理信息的數(shù)字影像資料，提供人們所需的人們需要一些現(xiàn)場信息[11]，為隨后的應(yīng)用提供基本數(shù)據(jù)。3.1.1攝影測量系統(tǒng)構(gòu)成測量時(shí)的無人駕駛航空器的航空攝影系統(tǒng)構(gòu)成見圖3.1，其中包括一個(gè)硬件和軟件系統(tǒng)、一套無人駕駛航空器的所有硬件(高效數(shù)碼相機(jī)、紅外激光掃描儀等)。通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面監(jiān)視設(shè)備都是極其重要的，這些系統(tǒng)以及航線軟件等確定了整個(gè)系統(tǒng)的精度[12]。根據(jù)項(xiàng)目所需的精度、分辨率、攝影設(shè)備的參數(shù)等綜合考慮，設(shè)定飛行的航高、航線、重疊度、基線長等參數(shù)，確保航飛的數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足項(xiàng)目需求。圖3.1無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)完整的UAV航空攝影測量系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成：(1)飛行控制系統(tǒng)該系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：飛行控制系統(tǒng)、通信設(shè)備和飛行平臺(tái)。如IMU陀螺儀系統(tǒng)和參數(shù)平臺(tái)加速，根據(jù)GPS算法和數(shù)據(jù)及時(shí)切換以及地面控制系統(tǒng)計(jì)算，無人機(jī)的CPU是計(jì)算的核心，是飛行路線預(yù)先設(shè)計(jì)控制的基礎(chǔ)。 (2)地面監(jiān)測系統(tǒng)利用地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行道路設(shè)計(jì)、空中攝影前地面控制和監(jiān)視系統(tǒng)、飛行路線設(shè)計(jì)、無人駕駛航空飛行器設(shè)計(jì)的飛行路線、飛行數(shù)據(jù)和參數(shù)的記錄和儲(chǔ)存。工作人員根據(jù)飛行參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制無人駕駛航空飛行器的飛行狀況。(3)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)該系統(tǒng)由空中數(shù)據(jù)傳輸和地面數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)主要部分組成，地面和空中數(shù)據(jù)傳輸包括傳輸天線、數(shù)據(jù)接口、數(shù)字傳輸站等；主要用于飛行控制系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測中心的相互傳輸。(4)地面保證系統(tǒng)地面支助系統(tǒng)通常包括航空攝影支助設(shè)備和運(yùn)輸支助設(shè)備。航空攝影輔助設(shè)備是指通常在戶外進(jìn)行UAV空中攝影所需的設(shè)備和材料。運(yùn)輸管制設(shè)備是用于運(yùn)載無人駕駛航空飛行器的包裝和空中攝影系統(tǒng)部件的保護(hù)箱，必須提供特殊的運(yùn)輸包裝，以保證飛行設(shè)備的安全防護(hù)。(5)發(fā)射和回收系統(tǒng)該系統(tǒng)包括兩個(gè)，即發(fā)射部分旨在將無人駕駛航空器的在一段時(shí)間內(nèi)將速度提高到起飛速度；回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于確保無人駕駛飛機(jī)的安全著陸；主要有滑動(dòng)和噴射兩種方式，滑動(dòng)模式通常在跑道上完成，并且要求較高。在復(fù)雜的陸地環(huán)境中滑動(dòng)是不可能的，通常使用強(qiáng)制降落和回收傘。噴射模式是一種新的推進(jìn)手段，在軍事和工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。3.1.2無人機(jī)航空攝影測量無人駕駛航空飛行器飛行時(shí)的空中攝影測量，作為高效遙感設(shè)備上的一個(gè)平臺(tái)，根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的既定精確要求和飛行路線，在空中攝影區(qū)域內(nèi)，從任務(wù)區(qū)獲取圖像數(shù)據(jù)，配合軟件進(jìn)行數(shù)字圖像處理，獲取項(xiàng)目必要的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。無人駕駛航空器遙感平臺(tái)在實(shí)踐中的大規(guī)模使用，所獲得的經(jīng)驗(yàn)是對國家遙感技術(shù)的有效補(bǔ)充，無人駕駛航空器是作為低空拍攝的一種航空攝影測量技術(shù)服務(wù)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展提供有力的幫助。土地調(diào)查擁有多樣化的調(diào)查方法，隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是3S集成技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)作為土地調(diào)查的手段，越來越受到人們的歡迎，衛(wèi)星遙感、航空遙感、無人機(jī)遙感技術(shù)等在土地調(diào)查中得到了應(yīng)用，特別是在小范圍的土地調(diào)查中，無人駕駛航空攝影測量技術(shù)在市場上具有領(lǐng)先地位。3.2農(nóng)村土地調(diào)查中無人機(jī)測量數(shù)據(jù)獲取無人駕駛飛行器的穩(wěn)定性則決定著飛行和圖像的質(zhì)量，從無人駕駛飛機(jī)獲得遙感數(shù)據(jù)對于試點(diǎn)項(xiàng)目的成功至關(guān)重要，而飛行和圖像的質(zhì)量在整個(gè)項(xiàng)目中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在項(xiàng)目開始之前，必須了解任務(wù)區(qū)基礎(chǔ)條件。收集的地形圖可作為設(shè)計(jì)航空攝影飛行航帶，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的氣候條件、公開衛(wèi)星影像或DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行起飛降落場地的選擇，并進(jìn)行踏勘，確認(rèn)是否滿足飛行要求。本文使用固定翼無人機(jī)，采用大載荷的機(jī)翼設(shè)計(jì)，可降低無人機(jī)的顛簸，提高了抗風(fēng)能力，增加無人機(jī)的有效航程，減少偏航的發(fā)生。同時(shí)采用中置油箱的設(shè)計(jì)，也會(huì)減輕飛機(jī)重量，將油箱重心靠后，飛行穩(wěn)定性更強(qiáng)，在飛行前，按照既定的設(shè)計(jì)航線飛行，獲取數(shù)據(jù)流程如下圖所示。圖3.2無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取流程圖3.3農(nóng)村土地調(diào)查中無人機(jī)測量數(shù)據(jù)處理以數(shù)字正射影像為疊加底圖，加上地塊、溝渠、生產(chǎn)路、農(nóng)村道路、居民點(diǎn)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，航拍完成后，主要獲取POS數(shù)據(jù)等，后期數(shù)據(jù)處理，還需要加入現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)作為控制點(diǎn)，用POS數(shù)據(jù)對后期三次加密和DOM生成，而數(shù)碼航拍儀像一張小圖片圖像失真較大，所以在后期空三加密操作之前，首先對圖像進(jìn)行失真處理，使用POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量操作，采用空三結(jié)果對航攝影像圖像校正、拼接、裁剪，可以使用較少的外業(yè)控制點(diǎn)，生產(chǎn)效率高。在實(shí)驗(yàn)中，選用Inpho軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括三個(gè)加密模塊可以自動(dòng)對點(diǎn)，效率高，該軟件甚至在沙漠中或森林肌理較弱的地區(qū)也能很好的匹配，提高了工作效率，采用Inpho軟件進(jìn)行數(shù)字正射投影作為生產(chǎn)流程圖，如下圖所示。圖3.3數(shù)據(jù)處理流程圖3.4空中三角測量3.4.1空三加密基本流程空中三角測量它是根據(jù)航空攝影與拍攝的空間表面目標(biāo)之間的幾何關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理加密控制點(diǎn)的方法，又稱空三加密，在航拍中，結(jié)合野外幾個(gè)攝影控制點(diǎn)，同一路線與航拍相鄰的方法線路所有設(shè)計(jì)都有一定的重疊，在沒有航空空白的情況下，基準(zhǔn)要求選擇地圖控制點(diǎn)和現(xiàn)場測量，計(jì)算加密點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)。下面介紹幾種三角測量方法。目前，空中三角主要模式根據(jù)自動(dòng)化程度分為半自動(dòng)模式和全自動(dòng)模式兩種模式，即它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是顯而易見的：完全自動(dòng)化的模式是使用自動(dòng)圖像對準(zhǔn)技術(shù)使計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配所有標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，從而對圖像質(zhì)量和性能提出嚴(yán)格的要求。地表物體和測量區(qū)內(nèi)的地形類型。與完全自動(dòng)化模式相比，半自動(dòng)模式要求手動(dòng)測量，選擇標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，然后映射圖像以獲得同一名稱的大點(diǎn)，然后與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)參與平差。該模式的特征在于會(huì)創(chuàng)建大量的連接點(diǎn)，因此非常適合于復(fù)雜的項(xiàng)目測區(qū)。市場上也很多類似軟件，如國內(nèi)的Helava系統(tǒng)、Virtuo-Zo、JX-4等，雖然這些系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢和特點(diǎn)，圖像點(diǎn)坐標(biāo)采用多圖像匹配和模式識(shí)別技術(shù)其理論的核心過程是：自動(dòng)匹配連接點(diǎn)、平差計(jì)算和地面坐標(biāo)。使用Inpho軟件進(jìn)行空三加密，其操作流程如下圖所示。圖3.4空三加密作業(yè)流程圖3.5.1POS輔助航空攝影主要有以下兩種定向方法(1)直接定向法作為航空攝影的一部分，觀察到的飛機(jī)上有一個(gè)慣性測量裝置(IMU)是指差分全球定位系統(tǒng)裝置(DGPS)，該攝影數(shù)據(jù)是圖像拍攝時(shí)的姿態(tài)和定位數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)處理和GPS差分定位的處理，將航空攝影的瞬時(shí)照片消除系統(tǒng)誤差，進(jìn)行糾正處理，直接由高精度的外方位元素進(jìn)行成像處理，這種攝影測量方法不需要地面像控點(diǎn)進(jìn)行校正，也不需要空三操作過程。(2)輔助定向法與直接定向法不同的是，在空中拍攝POS的過程中，POS的數(shù)據(jù)得到解算后，用于每張影像的外方位元素計(jì)算，通過POS數(shù)據(jù)聯(lián)合少數(shù)的像控點(diǎn)進(jìn)行檢查加密，一并聯(lián)合平差，利用該平差方法獲得的外方位元素，進(jìn)行航空攝影測量的方法。POS定位系統(tǒng)，包含DGPS高精度定位信息和IMU高精度姿勢信息系統(tǒng)，通過無人機(jī)上的GPS設(shè)備與已知點(diǎn)地球觀測衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)同步觀測，通過連續(xù)觀測，得到高精度的地理坐標(biāo)信息，通過POS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)，可以簡化攝影測量作業(yè)流程，航攝圖像處理周期大幅縮短，降低了作業(yè)成本，從而制作數(shù)字正射影像，收集土地?cái)?shù)據(jù)，制作測量底圖，完成調(diào)查和勾繪土地權(quán)屬界址線工作。3.5.2免地面像控點(diǎn)背景針對無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定性差和飛行中圖像質(zhì)量差的問題，因此需要有足夠數(shù)量的具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的地面圖像檢測點(diǎn)，以確保測量區(qū)結(jié)果的操作準(zhǔn)確性。然而，在湖泊的情況下進(jìn)行，湖泊是一條帶狀水道，其形成的植被上部和裸露土壤較少，因此，在某種程度上，在精確測繪結(jié)束時(shí)，無法建立結(jié)構(gòu)和數(shù)量的點(diǎn)。近年來，隨著全球定位系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，全球定位系統(tǒng)測量越來越準(zhǔn)確，飛機(jī)越來越輕，而且越來越小，這導(dǎo)致在無人駕駛的航空測量中逐步和廣泛地應(yīng)用全球定位系統(tǒng)。結(jié)合使用全球定位系統(tǒng)輔助的空中三角測量，可以有效地減少或圖像檢測點(diǎn)從未使用過，無人駕駛航空飛行器的運(yùn)行效率大大提高。無人駕駛航空攝影系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)地面控制點(diǎn)的精確測量技術(shù)結(jié)合起來，因?yàn)楦呔榷ㄎ患夹g(shù)提供了與地面信息相同的控制特性。無人駕駛航空飛行器拍攝的圖像無需進(jìn)行三邊掃描和空中編碼，可以通過特定的圖像處理軟件從點(diǎn)云中取出。因此，減少了在危險(xiǎn)地區(qū)建立圖像控制點(diǎn)的困難，沒有地面圖像控制點(diǎn)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了實(shí)地工作的成本。3.6農(nóng)村土地調(diào)查中地塊信息采集根據(jù)《農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)調(diào)查規(guī)程》要求，有關(guān)土地?cái)?shù)據(jù)的信息主要是通過圖判讀、航空測量和實(shí)際調(diào)查，或通過兩種或三種方法收集的。區(qū)塊信息數(shù)據(jù)是農(nóng)村承包土地上最重要的數(shù)據(jù)之一，實(shí)測法是村里人和雙方在實(shí)際現(xiàn)場進(jìn)行RTK測量設(shè)備，但比較起來，實(shí)測法精度最高，當(dāng)然工作的成本也很高。測量溝渠、邊界等能節(jié)省很多勞動(dòng)力，效率高。由于調(diào)查工作底圖的質(zhì)量和分辨率的關(guān)系，即使在航測法精度最低的情況下，在野外檢測時(shí)和實(shí)測界的誤差標(biāo)準(zhǔn)容許的范圍內(nèi)，根據(jù)利用全站儀、根據(jù)村民實(shí)地指界的坐標(biāo)，這也是將圖解法和實(shí)測法結(jié)合起來的技術(shù)。首先，采集地塊邊界，采用數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)再實(shí)地調(diào)查界址點(diǎn)坐標(biāo)，在調(diào)查范圍內(nèi)時(shí)，選定坐標(biāo)；現(xiàn)場工作和邊界點(diǎn)坐標(biāo)如果存在問題，航測法達(dá)不到要求時(shí)，可以使用全站儀或GPS設(shè)備進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)采集，實(shí)測的方式和圖像解譯的方法得到的數(shù)據(jù)結(jié)果是相同的，實(shí)測法相對精度更高，圖像解譯方法獲得的坐標(biāo)精度取決于航攝分辨率及空三加密精度，如果指界人對于圖像解譯方法獲得的界指點(diǎn)有疑議，應(yīng)按現(xiàn)場實(shí)測界址點(diǎn)為準(zhǔn)。3.7農(nóng)村土地調(diào)查中的無人機(jī)航空攝影無人駕駛飛機(jī)的空中攝影完成后，可以通過POS數(shù)據(jù)、每張照片的外部部分和外地?cái)z影觀察站獲得原始照片和無人駕駛飛行器數(shù)據(jù)，在空中三角測量算法中，基于DEM和空三加密結(jié)果為基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和校正，像正射影像一樣，可以用一種模式制作，選擇色彩鮮艷、顏色一致的圖像，通過收集和制作數(shù)字圖像，對高質(zhì)量圖像進(jìn)行分級組合。根據(jù)現(xiàn)有土地合同、第二輪數(shù)據(jù)或現(xiàn)有土地登記卡等進(jìn)行調(diào)查，將地塊圖斑數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)等結(jié)合起來。在調(diào)查再生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)地調(diào)查土地面積及權(quán)利人等，承包地基本權(quán)屬、承包人等有關(guān)發(fā)包人信息，操作員與邊界小組工作人員和農(nóng)民一起接受工作地圖和調(diào)查問卷，并按照工作地圖上的地塊位置順序?qū)Ω鹘M內(nèi)的每塊土地進(jìn)行調(diào)查。測量完成后，所有關(guān)于測量結(jié)果的資料都應(yīng)放在測繪底圖上，并填寫相關(guān)表格。在絕大多數(shù)農(nóng)村土地權(quán)屬調(diào)查中，要按照相應(yīng)的比例尺，經(jīng)過確權(quán)、登記、發(fā)證等工作。以村為單位的整體平面圖，使用這些1:500農(nóng)村集體建設(shè)用地示意圖等圖進(jìn)行相應(yīng)的土地權(quán)屬信息核查，然后登記調(diào)查結(jié)果，發(fā)行相應(yīng)證書。無人駕駛飛機(jī)是采集地面信息，獲取高分辨率信息的坐標(biāo)，然后通過處理、坐標(biāo)數(shù)據(jù)圖像、快速繪圖和模型化，從而獲得地形圖。這對于土地測量非常有用，并發(fā)揮著重要作用。利用無人機(jī)航空攝影測量生成的數(shù)字正射影像圖，可以清晰地識(shí)別出地塊邊界、土地類型、山脊、道路、溝渠和居民區(qū)。結(jié)合航測成果，調(diào)查人員通過軟件提取土地邊界和面積信息，承包人進(jìn)行確認(rèn)，從而提高了工作效率，縮短了作業(yè)工期。4農(nóng)村土地調(diào)查中無人機(jī)的應(yīng)用為了更好地解決“三農(nóng)”問題，根據(jù)現(xiàn)有的土地承包合同和農(nóng)村集體土地所有權(quán)的登記結(jié)果，全國開展了農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記證明工作。這次登記工作的主要任務(wù)由于過去技術(shù)條件落后，農(nóng)村集體土地所有制范圍內(nèi)的每戶都屬于農(nóng)村集體土地所有制范圍，在承包宗地的數(shù)量、分布、面積等方面存在邊界和面積不準(zhǔn)確等問題，通過頒發(fā)農(nóng)村土地合同登記證書，采用新技術(shù)和新方法解決土地分配不明確和合同記錄不充分的問題，農(nóng)民獲得了合同證書的法律效力，從而進(jìn)一步改進(jìn)了現(xiàn)有的土地合同登記制度。編制地塊分布圖和勘察信息公示表，對發(fā)包人和承包人進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查，更正勘誤、調(diào)查地圖利用了調(diào)查審查結(jié)果、公布調(diào)查結(jié)果和建立數(shù)據(jù)庫。近年來，隨著全球定位系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，全球定位系統(tǒng)測量變得更加精確，飛機(jī)變得更輕、更小。這導(dǎo)致在無人駕駛的航空測量中逐步和廣泛地應(yīng)用全球定位系統(tǒng)。本文利用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)制作了測量地圖。無人飛機(jī)的飛行對起降環(huán)境的要求很低，它可以每天飛行多次，飛行空間很大。根據(jù)對基本地形圖的需要，以獲得原始圖像和數(shù)字影像，可以確定地面分辨率、高度、空中攝影等，從而為農(nóng)村地區(qū)土地承包合同登記的迅速發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。無人機(jī)航空攝影技術(shù)的使用，并縮短了該項(xiàng)目的運(yùn)作周期，使這項(xiàng)工作在工作效率方面取得了重大進(jìn)展。4.1試驗(yàn)區(qū)概況及作業(yè)流程試驗(yàn)項(xiàng)目位于江西撫州市崇仁測區(qū)，總面積約1.8平方公里。崇仁縣地形為丘陵地帶，耕地分布一般為山谷壟田或平原，耕地分布相對分散，整體測區(qū)地形及耕地分布情況比較具有代表性，所以選擇該測區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過測試論證的工作技術(shù)方案有利于在全省其它縣市推廣。該試驗(yàn)區(qū)在圖像上可以清晰地區(qū)分田埂、田間道路、溝渠、池塘、山脊和居民區(qū)的邊界，有利于后期對承包地的識(shí)別，為此，在這一進(jìn)程中，我們采用將航空攝影測量結(jié)合、實(shí)地調(diào)查及RTK實(shí)測法，確定農(nóng)村土地包經(jīng)營權(quán)及頒發(fā)經(jīng)營權(quán)證書。首先，可以通過使用固定翼飛機(jī)獲得真實(shí)顏色的原始圖像，制作DOM數(shù)據(jù)，以繪制底圖，從而縮短項(xiàng)目周期。以下是我們獲取到的測區(qū)圖。圖4.1測區(qū)圖作業(yè)流程項(xiàng)目利用Pentax645d數(shù)碼航空相機(jī)和采用固定翼無人機(jī)機(jī)載POS進(jìn)行航拍，獲取作業(yè)區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)和對應(yīng)的POS數(shù)據(jù)，同時(shí)得到每張照片的外方位元素坐標(biāo)。在空中三角測量作業(yè)過程中，我們利用INPHO軟件根據(jù)少量的地面控制點(diǎn)對其進(jìn)行空三加密，空三精度滿足精度要求后，通過密集匹配生成DSM，再對DSM進(jìn)行濾波處理，編輯得到DEM，再根據(jù)空三加密結(jié)果和DEM進(jìn)行數(shù)字微分糾正，制作數(shù)字正射影像(DOM)。獲取土地邊界信息，在室內(nèi)作業(yè)工作中無法分辨出的地方，做出標(biāo)記，利用GPS進(jìn)行現(xiàn)場測量，可以獲得更準(zhǔn)確的合同地塊邊界點(diǎn)坐標(biāo)，即合同地塊邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，這種坐標(biāo)結(jié)合了航空測量和實(shí)地測量，將數(shù)據(jù)聚集在一起。DOM結(jié)合矢量圖、基本農(nóng)田保護(hù)等級的分類，從而出調(diào)查底圖，進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查。4.2航空攝影作為項(xiàng)目的一部分，我們在試驗(yàn)區(qū)使用固定翼飛機(jī)和Pentax數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行，以獲得測區(qū)的真實(shí)原始影像和POS數(shù)據(jù)，極個(gè)別不連片的小面積復(fù)雜地區(qū)采用輕小型多旋翼無人機(jī)。通過分析POS數(shù)據(jù)，可以獲得每個(gè)影像的外方位元素。利用江西省CORS和GNSS-RTK系統(tǒng)，獲取像控點(diǎn)坐標(biāo)，與POS數(shù)據(jù)進(jìn)行空三測量作業(yè)，最后得到DOM在疊加其它農(nóng)田數(shù)據(jù)，生成調(diào)查所需底圖。4.2.1航攝飛機(jī)此無人機(jī)把燃料罐放在重心后面，一架由某家公司研制的高度穩(wěn)定的無人駕駛飛機(jī)被用于試飛。燃料量減少的話，重心會(huì)稍微向前移動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?？煽朔斤w行升力0°上反角翼，風(fēng)力、無人機(jī)飛行的總體穩(wěn)定性提高、沿設(shè)計(jì)路線飛行時(shí)抗風(fēng)能力增強(qiáng)、無人機(jī)圖像質(zhì)量提高等因素都有影響。使用UP30的飛行控制系統(tǒng)能夠?qū)o人駕駛飛行器進(jìn)行穩(wěn)定和準(zhǔn)確的控制。飛行前，對航路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使無人機(jī)能夠自主飛行。無人機(jī)是硬件系統(tǒng)的重要部分，航空攝影測量系統(tǒng)主要包括硬件與軟件系統(tǒng)。Pentax作為機(jī)載遙感設(shè)備，是不可缺少的監(jiān)測設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸不能孤立于通信系統(tǒng)之外。路徑設(shè)計(jì)軟件直接決定了系統(tǒng)的方向和準(zhǔn)確性。在指定范圍內(nèi)，航路設(shè)計(jì)軟件不能脫離數(shù)據(jù)傳輸，例如根據(jù)機(jī)載設(shè)備參數(shù)計(jì)算飛行高度，檢查計(jì)算飛行的質(zhì)量。表4.1列出了飛機(jī)的具體參數(shù)。表4.1航攝飛機(jī)具體參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)巡航巡航空速m6300轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)/分鐘108Km/li舵機(jī)控氣動(dòng)外形Km0通前拉式燃油儲(chǔ)量動(dòng)力系統(tǒng)gLDA4.2.2航攝儀與傳統(tǒng)航空相機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：圖像尺寸大，照片數(shù)量相對較少，降低后期數(shù)據(jù)處理工作量，使操作更加容易和靈活。與此同時(shí)，它們可以在不扭曲負(fù)面圖像的情況下改變各種尺寸的透鏡。在執(zhí)行空中攝影任務(wù)之前，應(yīng)仔細(xì)校準(zhǔn)數(shù)字航空攝像機(jī)。在進(jìn)行空中攝影之前，對航空數(shù)字儀器進(jìn)行了必要的檢查，以獲得有關(guān)參數(shù)。數(shù)字航攝儀需要檢校的內(nèi)容主要包括：光學(xué)畸變系數(shù)的測定；主距(f)的測定；主點(diǎn)位置(x0，y0)的測定。(1)4000萬有效像素。(2)傳感器類型是44*33毫米的CCD。(3)鏡頭的焦長為35mm，最大分辨率為7264*5440。在對項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行空中攝影之前，先進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，以確定相關(guān)參數(shù)。4.2.3航線設(shè)計(jì)在執(zhí)行飛行任務(wù)之前，所收集的大比例尺地形數(shù)據(jù)是基于現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)，而地形數(shù)據(jù)是根據(jù)實(shí)地需求中的制圖精確度設(shè)計(jì)的。在此次實(shí)驗(yàn)中，采用75%的航向重疊設(shè)計(jì)、65%的旁向重疊設(shè)計(jì)和0.2米的地面分辨率，計(jì)算了無人機(jī)的旁向間隔、基線長度、飛行高度等相關(guān)飛行參數(shù)。局部航攝線路設(shè)計(jì)圖見圖4.5。(1)采用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)測試區(qū)的形狀，進(jìn)行航空攝影飛行，覆蓋整個(gè)測試區(qū)。(2)測量圖采用1:2000比例尺，0.2米地面分辨率旨在確保路徑設(shè)計(jì)中的影像圖像質(zhì)量。(3)航向重疊度設(shè)計(jì)為75%，旁向重疊度設(shè)計(jì)為65%，旨在滿足后續(xù)的空三加密要求。(4)測試區(qū)共設(shè)計(jì)16條飛行航線。4.2.4航空攝影實(shí)施(1)航攝前準(zhǔn)備起飛前，檢查機(jī)身、設(shè)備電源是否正常。起飛前，POS系統(tǒng)應(yīng)保持靜止5-10分鐘，以完成初始對準(zhǔn)檢查。首先，打開基站的GPS設(shè)備。航拍任務(wù)完成后，先關(guān)閉機(jī)載GPS設(shè)備，再關(guān)閉基站的GPS設(shè)備。初始對準(zhǔn)檢查完成后，攝像設(shè)備應(yīng)準(zhǔn)備好前期工作。(2)航攝飛行根據(jù)預(yù)先確定的路線安排，在所有空中攝影準(zhǔn)備工作完成后，選定了一個(gè)晴天進(jìn)行攝影。在飛行期間，以防止全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)的鎖定，地面站系統(tǒng)對無人駕駛飛機(jī)的飛行應(yīng)保持警惕，在飛行任務(wù)結(jié)束和飛機(jī)著陸停止后，為確保POS數(shù)據(jù)記錄的完整性需要保持5至10分鐘的穩(wěn)定。(3)航空攝影成果的自檢航空攝影飛行完成后，下載并檢查POS數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量，包括全球定位系統(tǒng)地面基準(zhǔn)站、機(jī)載全球定位系統(tǒng)接收器和國際監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以確保對所有數(shù)據(jù)參數(shù)沒有異議，并下載和保存原始數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，對圖像數(shù)據(jù)，特別是飛行質(zhì)量和圖像質(zhì)量進(jìn)行了初步審查。是否存在航攝漏洞，航線與側(cè)邊重疊，航線曲率、高度保持和偏航角是否滿足要求。對圖像的檢查主要包括圖像顏色是否有云或陰影，是否填充等，以及是否存在航攝空中攝影漏洞。調(diào)查區(qū)內(nèi)沒有空中攝影漏洞，在進(jìn)行實(shí)地地物檢查后，飛行質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖4.3無人機(jī)航空攝影原始影像4.3像片控制測量4.3.1像片控制點(diǎn)布設(shè)崇仁農(nóng)經(jīng)權(quán)項(xiàng)目以方案為基礎(chǔ)，使用路線圖選擇像片控制點(diǎn)，并滿足以下目標(biāo)要求:照片控制點(diǎn)位于航向和旁向重疊中線的位置，一般是六片或者五片重疊度附近，并且位于側(cè)向重疊的中線附近。如下圖所示，控制點(diǎn)的目標(biāo)圖像清晰可見，位置和圖像上清晰可標(biāo)識(shí)，易于觀察，信號(hào)不被遮蔽，也不重疊。圖4.4選取控制點(diǎn)圖4.5局部控制點(diǎn)布設(shè)示意圖4.3.2像片控制點(diǎn)及檢查點(diǎn)的施測對圖像控制點(diǎn)和控制點(diǎn)的聯(lián)合測量是利用由某地參考站連續(xù)系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行的，該技術(shù)計(jì)算了每個(gè)點(diǎn)三項(xiàng)觀測的平均值。在這一項(xiàng)目中，所有已建立的圖像控制點(diǎn)都是平高控制點(diǎn)，部分圖像控制點(diǎn)是在圖像控制點(diǎn)經(jīng)過測試、圖像控制點(diǎn)被用于檢查和檢查之后建立的，所有測量到的圖像控制點(diǎn)都符合空三加密的精度要求。在完成圖像定位和圖像控制點(diǎn)測量過程中，從不同角度拍攝測量控制點(diǎn)的照片，并從不同角度拍攝照片。5結(jié)論隨著國家的土地管理越來越精細(xì)化管理，無人駕駛飛行器在土地調(diào)查的優(yōu)勢越來越明顯。本文在國內(nèi)外無人機(jī)研究的大背景下，研究了使用無人駕駛飛行器攝影測量技術(shù)進(jìn)行土地調(diào)查，同時(shí)闡述了利用無人機(jī)制作測區(qū)調(diào)查底圖的整體流程并對成果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：(1)與傳統(tǒng)的人機(jī)航拍相比，無人機(jī)具有效率高、成本低、低空的優(yōu)勢，可以獲得高精度的數(shù)據(jù)信息，快速獲得清晰的圖像，同時(shí)POS輔助航拍可以大大減少野外作業(yè)次數(shù)。傳統(tǒng)方法10個(gè)人分5個(gè)小組，一個(gè)月的工程量。此方案共10天就能完成，具有很可觀的經(jīng)濟(jì)性。通過對存在問題的分析，選擇固定翼和多旋翼無人機(jī)組合結(jié)合實(shí)際環(huán)境應(yīng)用在農(nóng)村土地調(diào)查中，能夠更好的提升作業(yè)效率和質(zhì)量。(2)地面調(diào)查和無人機(jī)航測與實(shí)例數(shù)據(jù)分析相比，測量的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，也優(yōu)于圖解法。本文通過航測和實(shí)測相結(jié)合點(diǎn)精度提高到厘米級，個(gè)別片區(qū)經(jīng)測試精度達(dá)到0.092米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平原地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的1.2m。(3)總結(jié)了一套無人機(jī)攝影測量技術(shù)在土地調(diào)查工作中的工作流程，特別是小范圍、測區(qū)分散、周期短的項(xiàng)目中，在滿足規(guī)范精度