無人機攝影測量技術(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，以促進國家土地管理，為社會服務(wù)。地籍調(diào)查是我國進行國土資源情況摸底的一個重要組成部分，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)造物進行基本情況的調(diào)查。建立了一個關(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)雜地形時無法正常工作，并且十分容易受到信號干擾，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，并且對無人機搭載設(shè)備進行了更新?lián)Q代，這些為無人機在土地調(diào)查中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持[2]。無人機系統(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，在無人機進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，無人駕駛航空器覆蓋的區(qū)域有限，更適合為大規(guī)模的土地測量項目建立一個測試平臺。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場，不需要機場的許可。與此同時，無人機可根據(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)方法耗時長，而社會發(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，國家標準化交付的遙感衛(wèi)星圖像在國家制圖調(diào)查中進行了運用，但在小范圍項目區(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，想要獲得滿足項目要求的高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)周期較長。飛機由于起飛地點要求嚴格，只能繪制了大比例尺的小區(qū)域圖，而無人駕駛飛機的移動能力強、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)圖像解讀與實地核查相結(jié)合推進項目開展[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)計規(guī)格的要求，根據(jù)線狀物的實際寬度，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，進行現(xiàn)場勘察，將是保護農(nóng)業(yè)用地和土地利用數(shù)據(jù)庫進行疊加分析。確定耕地保護范圍和位置，核實相關(guān)信息，確認各種資料數(shù)據(jù)是否存在矛盾。2.1.2實地核查調(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)場進行進一步的檢查，收集所有核查數(shù)據(jù)等。圖斑核實確認根據(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，確認土地利用類別，當指界結(jié)果和內(nèi)業(yè)矢量化結(jié)果相同時，直接記錄使用矢量化結(jié)果并調(diào)查補錄權(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。變化地物更新、新增地物補測根據(jù)相對位置和定向關(guān)系，根據(jù)實地情況，更新變化的地物數(shù)據(jù)，可采用調(diào)繪或?qū)崪y的方法進行地物更新；實測方法可通過諸如全站等儀器或者利用GPS-RTK進行全野外數(shù)字化測圖進行。數(shù)據(jù)整理在實地調(diào)查之后，在內(nèi)業(yè)矢量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行修正，補充外業(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)、地點和界限，核實土地的所有權(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，對整個村內(nèi)所有集體土地或建筑用地的界址線進行調(diào)查及測繪，同時收集權(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)查是一項關(guān)于影響土壤使用的自然和社會經(jīng)濟性質(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數(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)查中無人機的應(yīng)用技術(shù)流程分析3.1無人機航攝原理UAV空中攝影測量是根據(jù)項目要求，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，進行數(shù)據(jù)處理，獲得具有準確地理信息的數(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、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系統(tǒng)的精度[12]。根據(jù)項目所需的精度、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)量滿足項目需求。圖3.1無人機攝影測量系統(tǒng)完整的UAV航空攝影測量系統(tǒng)由五個主要部分組成：(1)飛行控制系統(tǒng)該系統(tǒng)由三個主要部分組成：飛行控制系統(tǒng)、通信設(shè)備和飛行平臺。如IMU陀螺儀系統(tǒng)和參數(shù)平臺加速，根據(jù)GPS算法和數(shù)據(jù)及時切換以及地面控制系統(tǒng)計算，無人機的CPU是計算的核心，是飛行路線預(yù)先設(shè)計控制的基礎(chǔ)。 (2)地面監(jiān)測系統(tǒng)利用地面監(jiān)控系統(tǒng)進行道路設(shè)計、空中攝影前地面控制和監(jiān)視系統(tǒng)、飛行路線設(shè)計、無人駕駛航空飛行器設(shè)計的飛行路線、飛行數(shù)據(jù)和參數(shù)的記錄和儲存。工作人員根據(jù)飛行參數(shù)數(shù)據(jù)實時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)備和運輸支助設(shè)備。航空攝影輔助設(shè)備是指通常在戶外進行UAV空中攝影所需的設(shè)備和材料。運輸管制設(shè)備是用于運載無人駕駛航空飛行器的包裝和空中攝影系統(tǒng)部件的保護箱，必須提供特殊的運輸包裝，以保證飛行設(shè)備的安全防護。(5)發(fā)射和回收系統(tǒng)該系統(tǒng)包括兩個，即發(fā)射部分旨在將無人駕駛航空器的在一段時間內(nèi)將速度提高到起飛速度；回收系統(tǒng)設(shè)計用于確保無人駕駛飛機的安全著陸；主要有滑動和噴射兩種方式，滑動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)境中滑動是不可能的，通常使用強制降落和回收傘。噴射模式是一種新的推進手段，在軍事和工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。3.1.2無人機航空攝影測量無人駕駛航空飛行器飛行時的空中攝影測量，作為高效遙感設(shè)備上的一個平臺，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)，配合軟件進行數(shù)字圖像處理，獲取項目必要的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。無人駕駛航空器遙感平臺在實踐中的大規(guī)模使用，所獲得的經(jīng)驗是對國家遙感技術(shù)的有效補充，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)，為社會經(jīng)濟和文化發(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，從無人駕駛飛機獲得遙感數(shù)據(jù)對于試點項目的成功至關(guān)重要，而飛行和圖像的質(zhì)量在整個項目中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在項目開始之前，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)計航空攝影飛行航帶，結(jié)合項目區(qū)的氣候條件、公開衛(wèi)星影像或DEM數(shù)據(jù)進行起飛降落場地的選擇，并進行踏勘，確認是否滿足飛行要求。本文使用固定翼無人機，采用大載荷的機翼設(shè)計，可降低無人機的顛簸，提高了抗風(fēng)能力，增加無人機的有效航程，減少偏航的發(fā)生。同時采用中置油箱的設(shè)計，也會減輕飛機重量，將油箱重心靠后，飛行穩(wěn)定性更強，在飛行前，按照既定的設(shè)計航線飛行，獲取數(shù)據(jù)流程如下圖所示。圖3.2無人機航空攝影測量系統(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、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)場實測數(shù)據(jù)作為控制點，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，生產(chǎn)效率高。在實驗中，選用Inpho軟件進行數(shù)據(jù)處理，包括三個加密模塊可以自動對點，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之間的幾何關(guān)系，進行數(shù)據(jù)處理加密控制點的方法，又稱空三加密，在航拍中，結(jié)合野外幾個攝影控制點，同一路線與航拍相鄰的方法線路所有設(shè)計都有一定的重疊，在沒有航空空白的情況下，基準要求選擇地圖控制點和現(xiàn)場測量，計算加密點的平面坐標和高程坐標。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)自動化程度分為半自動模式和全自動模式兩種模式，即它們的優(yōu)點和缺點是顯而易見的：完全自動化的模式是使用自動圖像對準技術(shù)使計算機自動匹配所有標準點，從而對圖像質(zhì)量和性能提出嚴格的要求。地表物體和測量區(qū)內(nèi)的地形類型。與完全自動化模式相比，半自動模式要求手動測量，選擇標準點，然后映射圖像以獲得同一名稱的大點，然后與標準點參與平差。該模式的特征在于會創(chuàng)建大量的連接點，因此非常適合于復(fù)雜的項目測區(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)有其獨特的優(yōu)勢和特點，圖像點坐標采用多圖像匹配和模式識別技術(shù)其理論的核心過程是：自動匹配連接點、平差計算和地面坐標。使用Inpho軟件進行空三加密，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，觀察到的飛機上有一個慣性測量裝置(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，將航空攝影的瞬時照片消除系統(tǒng)誤差，進行糾正處理，直接由高精度的外方位元素進行成像處理，這種攝影測量方法不需要地面像控點進行校正，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算，通過POS數(shù)據(jù)聯(lián)合少數(shù)的像控點進行檢查加密，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)，通過無人機上的GPS設(shè)備與已知點地球觀測衛(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，收集土地數(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免地面像控點背景針對無人機姿態(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，以確保測量區(qū)結(jié)果的操作準確性。然而，在湖泊的情況下進行，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，無法建立結(jié)構(gòu)和數(shù)量的點。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)測量越來越準確，飛機越來越輕，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從未使用過，無人駕駛航空飛行器的運行效率大大提高。無人駕駛航空攝影系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)地面控制點的精確測量技術(shù)結(jié)合起來，因為高精度定位技術(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云中取出。因此，減少了在危險地區(qū)建立圖像控制點的困難，沒有地面圖像控制點的目標得以實現(xiàn)，從而大大降低了實地工作的成本。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)土地數(shù)據(jù)的信息主要是通過圖判讀、航空測量和實際調(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，實測法是村里人和雙方在實際現(xiàn)場進行RTK測量設(shè)備，但比較起來，實測法精度最高，當然工作的成本也很高。測量溝渠、邊界等能節(jié)省很多勞動力，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，在野外檢測時和實測界的誤差標準容許的范圍內(nèi)，根據(jù)利用全站儀、根據(jù)村民實地指界的坐標，這也是將圖解法和實測法結(jié)合起來的技術(shù)。首先，采集地塊邊界，采用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)再實地調(diào)查界址點坐標，在調(diào)查范圍內(nèi)時，選定坐標；現(xiàn)場工作和邊界點坐標如果存在問題，航測法達不到要求時，可以使用全站儀或GPS設(shè)備進行坐標點采集，實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，實測法相對精度更高，圖像解譯方法獲得的坐標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有疑議，應(yīng)按現(xiàn)場實測界址點為準。3.7農(nóng)村土地調(diào)查中的無人機航空攝影無人駕駛飛機的空中攝影完成后，可以通過POS數(shù)據(jù)、每張照片的外部部分和外地攝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。無人駕駛飛機是采集地面信息，獲取高分辨率信息的坐標，然后通過處理、坐標數(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。利用無人機航空攝影測量生成的數(shù)字正射影像圖，可以清晰地識別出地塊邊界、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，承包人進行確認，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，從而進一步改進了現(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)。本文利用無人機低空攝影測量技術(shù)制作了測量地圖。無人飛機的飛行對起降環(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)。無人機航空攝影技術(shù)的使用，并縮短了該項目的運作周期，使這項工作在工作效率方面取得了重大進展。4.1試驗區(qū)概況及作業(yè)流程試驗項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別，為此，在這一進程中，我們采用將航空攝影測量結(jié)合、實地調(diào)查及RTK實測法，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獲得真實顏色的原始圖像，制作DOM數(shù)據(jù)，以繪制底圖，從而縮短項目周期。以下是我們獲取到的測區(qū)圖。圖4.1測區(qū)圖作業(yè)流程項目利用Pentax645d數(shù)碼航空相機和采用固定翼無人機機載POS進行航拍，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)，同時得到每張照片的外方位元素坐標。在空中三角測量作業(yè)過程中，我們利用INPHO軟件根據(jù)少量的地面控制點對其進行空三加密，空三精度滿足精度要求后，通過密集匹配生成DSM，再對DSM進行濾波處理，編輯得到DEM，再根據(jù)空三加密結(jié)果和DEM進行數(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，做出標記，利用GPS進行現(xiàn)場測量，可以獲得更準確的合同地塊邊界點坐標，即合同地塊邊界點的坐標，這種坐標結(jié)合了航空測量和實地測量，將數(shù)據(jù)聚集在一起。DOM結(jié)合矢量圖、基本農(nóng)田保護等級的分類，從而出調(diào)查底圖，進行權(quán)屬調(diào)查。4.2航空攝影作為項目的一部分，我們在試驗區(qū)使用固定翼飛機和Pentax數(shù)碼相機進行，以獲得測區(qū)的真實原始影像和POS數(shù)據(jù)，極個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。通過分析POS數(shù)據(jù)，可以獲得每個影像的外方位元素。利用江西省CORS和GNSS-RTK系統(tǒng)，獲取像控點坐標，與POS數(shù)據(jù)進行空三測量作業(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航攝飛機此無人機把燃料罐放在重心后面，一架由某家公司研制的高度穩(wěn)定的無人駕駛飛機被用于試飛。燃料量減少的話，重心會稍微向前移動，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?？煽朔斤w行升力0°上反角翼，風(fēng)力、無人機飛行的總體穩(wěn)定性提高、沿設(shè)計路線飛行時抗風(fēng)能力增強、無人機圖像質(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人駕駛飛行器進行穩(wěn)定和準確的控制。飛行前，對航路進行設(shè)計，使無人機能夠自主飛行。無人機是硬件系統(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)計軟件直接決定了系統(tǒng)的方向和準確性。在指定范圍內(nèi)，航路設(shè)計軟件不能脫離數(shù)據(jù)傳輸，例如根據(jù)機載設(shè)備參數(shù)計算飛行高度，檢查計算飛行的質(zhì)量。表4.1列出了飛機的具體參數(shù)。表4.1航攝飛機具體參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)動機巡航巡航空速m6300轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)/分鐘108Km/li舵機控氣動外形Km0通前拉式燃油儲量動力系統(tǒng)gLDA4.2.2航攝儀與傳統(tǒng)航空相機相比，其優(yōu)點是：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，它們可以在不扭曲負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)仔細校準數(shù)字航空攝像機。在進行空中攝影之前，對航空數(shù)字儀器進行了必要的檢查，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。在對項目區(qū)進行空中攝影之前，先進行檢查和校準，以確定相關(guān)參數(shù)。4.2.3航線設(shè)計在執(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)實地需求中的制圖精確度設(shè)計的。在此次實驗中，采用75%的航向重疊設(shè)計、65%的旁向重疊設(shè)計和0.2米的地面分辨率，計算了無人機的旁向間隔、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)計圖見圖4.5。(1)采用專業(yè)設(shè)計軟件，根據(jù)測試區(qū)的形狀，進行航空攝影飛行，覆蓋整個測試區(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)計中的影像圖像質(zhì)量。(3)航向重疊度設(shè)計為75%，旁向重疊度設(shè)計為65%，旨在滿足后續(xù)的空三加密要求。(4)測試區(qū)共設(shè)計16條飛行航線。4.2.4航空攝影實施(1)航攝前準備起飛前，檢查機身、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)閉機載GPS設(shè)備，再關(guān)閉基站的GPS設(shè)備。初始對準檢查完成后，攝像設(shè)備應(yīng)準備好前期工作。(2)航攝飛行根據(jù)預(yù)先確定的路線安排，在所有空中攝影準備工作完成后，選定了一個晴天進行攝影。在飛行期間，以防止全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號的鎖定，地面站系統(tǒng)對無人駕駛飛機的飛行應(yīng)保持警惕，在飛行任務(wù)結(jié)束和飛機著陸停止后，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)地面基準站、機載全球定位系統(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，對圖像數(shù)據(jù)，特別是飛行質(zhì)量和圖像質(zhì)量進行了初步審查。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，在進行實地地物檢查后，飛行質(zhì)量符合標準要求。圖4.3無人機航空攝影原始影像4.3像片控制測量4.3.1像片控制點布設(shè)崇仁農(nóng)經(jīng)權(quán)項目以方案為基礎(chǔ)，使用路線圖選擇像片控制點，并滿足以下目標要求:照片控制點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，控制點的目標圖像清晰可見，位置和圖像上清晰可標識，易于觀察，信號不被遮蔽，也不重疊。圖4.4選取控制點圖4.5局部控制點布設(shè)示意圖4.3.2像片控制點及檢查點的施測對圖像控制點和控制點的聯(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)進行的，該技術(shù)計算了每個點三項觀測的平均值。在這一項目中，所有已建立的圖像控制點都是平高控制點，部分圖像控制點是在圖像控制點經(jīng)過測試、圖像控制點被用于檢查和檢查之后建立的，所有測量到的圖像控制點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測量過程中，從不同角度拍攝測量控制點的照片，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)進行土地調(diào)查，同時闡述了利用無人機制作測區(qū)調(diào)查底圖的整體流程并對成果進行分析，得出以下結(jié)論：(1)與傳統(tǒng)的人機航拍相比，無人機具有效率高、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個人分5個小組，一個月的工程量。此方案共10天就能完成，具有很可觀的經(jīng)濟性。通過對存在問題的分析，選擇固定翼和多旋翼無人機組合結(jié)合實際環(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)查和無人機航測與實例數(shù)據(jù)分析相比，測量的準確度遠遠高于標準要求，也優(yōu)于圖解法。本文通過航測和實測相結(jié)合點精度提高到厘米級，個別片區(qū)經(jīng)測試精度達到0.092米，遠遠高于平原地區(qū)標準的1.2m。(3)總結(jié)了一套無人機攝影測量技術(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、周期短的項目中，在滿足規(guī)范精度