无人机技术在农村土地承包经营权调查中的应用

    沈鑫甦　张君阳

    

    

    

    摘要：目前土地承包经营权调查项目使用的调查底图主要获取方式有卫星遥感，航空摄影测量，无人机低空摄影测量等，本文将对三种影像获取方式的优缺点进行分析，并以我单位负责三门县海山乡土地承包经营权调查项目为例对无人机低空摄影测量技术进行重点介绍。

    关键词：无人机低空摄影测量；DOM（数字正摄影像）；卫星遥感；航空摄影测量；土地承包经营权调查；像控点；分辨率

    目前土地承包经营权调查项目使用的调查底图主要获取方式有卫星遥感，航空摄影测量，无人机低空摄影测量等，三种方法各有优缺点，本文将对三种影像获取方式的优缺点进行分析，并以我单位负责三门县海山乡土地承包经营权调查项目为例对无人机低空摄影测量技术进行重点介绍。

    1项目的精度要求

    1.1界址点精度

    根据《农村土地承包经营权调查规程》中的相应规定，调查基本比例尺为1：2000图解法测定界址点相对于邻近控制点的点位中误差和相邻界址点间的间距中误差不应超过±1.2米。两倍中误差为其限差，特殊困难地区放宽50%。

    1.2面积精度

    采用航测法、图解法以及组合法中部分采用这两种方法获取界址点坐标的，其面积计算的相对误差（计算地块面积和实测地块面积的较差与实测面积的比值）不应超过5%。面积计算相对误差精度不能满足要求的，应改用较高精度的测量方法以确保面积计算的精度。

    2三种测量方法的精度分析

    2.1卫星遥感

    2.1.1卫星遥感的优势：

    （1）探测范围大：航摄飞机高度可达10km左右；陆地卫星轨道高度达到910km左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到3万多平方千米；（2）受地面条件限制少：不受大风等恶劣气象条件的影响；（3）获取资料的速度陕、周期短：以陆地卫星4、5为例，每16天可以覆盖地球一遍；（4）成本相对较低：相对于航空摄影测量与低空无人机摄影测量，卫星遥感成本较低，且可充分利用刚结束的全国第一次国情普查数据。

    2.1.2卫星遥感的缺点：

    卫星遥感的主要缺点体现在数学精度方面，常见的卫星与影像成图比例N2_间的对应关系如下表：

    根据《农村土地承包经营权调查规程》中相关规定，结合实际项目中的实施情况，WorldView、Geoeye、QuickBird三种卫星影像在界址点精度上基本满足规范要求，但是在地块面积精度超限较多。结合项目中的实际情况，卫星遥感影像只适宜作为外业调查地图，界址点与地块面积仍然需要依靠传统地面测量手段保证其精度。

    2.2航空摄影测量

    2.2.1航空摄影测量的优势：

    （1）探测范围较大：航摄飞机高度可达10km左右，与无人机低空摄影测量相比，航空摄影测量的测量范围较大；（2）受地面条件限制较少：与无人机相比，航摄飞机体型更大，飞行高度更高，飞行姿态更稳定，对大风等恶劣气象条件的抵抗能力更强；（3）精度较高：与卫星遥感成图相比，航空摄影测量成图精度更高，已逐渐替代了传统的地面测量方法，广泛应用于1：2000数字成图及4D产品的制作。根据之前其他县市项目的实施情况，航空摄影测量方法采集的界址点精度及地块面积精度均符合规范要求。

    2.2.2航空摄影测量的缺点：

    （1）成本较高：与无人机与卫星遥感相比，航空摄影测量在成本上没有优势；（2）现势性较差：浙江属于经济发达地图，土地利用现状变化较为频繁，调查过程中经常出现现状与影像不符的情况，需要用传统地面测量方法对变化区域进行补测。

    2.3无人机低空摄影测量

    2.3.1无人机低空摄影测量的优势：

    （1）精度高：由于无人机飞行高度更低，由公式：航摄比例尺=相机焦距/航高，可以得出，同样的影像获取设备，无人机成图精度较航空摄影测量有较大优势；（2）现势性好：无人机较航空摄影测量相比，具有机动灵活的优点，当测区出现较大面积地形变化时，可以根据需要进行实时补测；（3）成本较低：无人机与传统的航测飞机相比对起降场地要求低、飞行成本低。

    2.3.2无人机低空摄影测量的缺点：

    （1）测量范围小：与航空摄影测量和卫星遥感相比，无人机飞行高度低，测量的范围最小，导致相同的测区范围，无人机低空摄影测量需要的相片数更多，影像处理的工作量较前两种方法更大；（2）对抗恶劣气象条件能力较差：无人机体型小，飞行高度低，在大风，暴雨等恶劣气象条件下无法起飞，且飞行过程中飞行姿态不如传统航摄飞机稳定。

    3无人机低空摄影测量在项目中的具体应用

    3.1项目概况

    海山乡位于玉环县西北面，地处乐清湾中心地带，面积81.26平方公里，其中陆域面积7.32平方公里，潮间带海涂26.4平方公里，浅海47.50平方公里，分别占辖区的9%和32.5%和58.5%。本项目采用无人机航测系统对海山乡主岛及横床岛进行航测作业，制作高分辨率DOM。

    3.2采用的无人机系统

    3.2.1航飞平台

    采用武汉智能鸟KC1600型电动无人机作业，该款无人机采用锂电池驱动，常规固定翼型布局，飞行姿态稳定，发射回收快捷。常规作业高度：300-1000m；最大飞行高度：3000m；最大续航时间1.5h

    ；巡航速度70km/h；抗风能力：114级。

    3.2.2航摄仪

    数码航摄仪：索尼A7R；焦距：35mm；地面分辨率：9cm；像素大小：4.88μm；像幅大小：35.9mm×24mm；影像类别：真彩色；存储设备：64G-SD卡；最大存储量：>5000张；拍照模式：定距曝光。

    3.3航线设计：此次的飞行来路线设计如下表，航线覆盖海山乡主岛、横床岛。

    3.4飞行质量控制

    3.4.1航向重叠度保持在60%-80%，旁向重叠度保持在15%-60%。

    3.4.2不应出现连续旋偏角过大的航线，旋偏角不大于15°，超过15°旋角的像片数不得超过分区像片总数的10%。

    3.4.3同一航摄分区内的地形高差不得大于四分之一相对航高。

    3.4.4航线弯曲度不大于3%，同一航线最大与最小航高差不应超过50m，相邻航片航高差不应超过30m，实际航高与预定航高差不应超过预定航高的5%。

    3.4.5航线的航向覆盖应超出航线两端各两条基线；旁向覆盖超出摄区边界线不少于像幅的50%。

    3.4.6像片倾角最大不超过12°，出现超过8°的片数不多于总数的10%。

    3.4.7影像质量特别强调影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致。有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。

    3.5 DOM的生产

    本项目采用PhotoMod软件的GeoMosaic模块进行正射影像的生产，GeoMosaic模块完成DOM的匀光、镶嵌和分幅裁切，并由Photoshop来完成DOM后期调色处理。DOM的生产流程如下图：

    3.6成果的数学精度

    DOM生产完成后，选取两个村（礁头村、抛西村）的数据采用GNSS-RTK技术对界址点及地块面积进行实地打点检测，共检测界址点89个其中（礁头村58个、抛西村28个），界址点检测中误差为：礁头村±18.4cm，抛西村±33.2cm，均小于《农村土地承包经营权调查规程》中规定的±120.0cm；共检测地块面积20块，相对误差最小为0.04%，最大为0.96%，均未超过5%。

    由此可见，采用无人机低空摄影测量技术生产的DOM完全符合《农村土地承包经营权调查规程》的精度要求

    结束语：目前，全国都在开展农村土地承包经营权确权登记颁证工作，大多数单位均用地面分辨率为0.5m的影像图，有的影像图清晰度比较高，有的影像图清晰度比较低，影像图清晰度比较低的很难保证农村土地承包经营权确权的正确性。相比于卫星遥感与航空摄影，无人机低空摄影测量技术以其成本低、精度高、机动灵活的特点多次用于农村土地确权工作。无人机低空摄影测量技术在获取影像数据后，可通过像控点测设、空三加密直接获取高清晰高精度的DOM数据，作为权属调查的底图，在保证精度的同时，降低了劳动强度，提高了工作效率，节约了人力物力，节省了经费。由此可见，无人机低空摄影测量技术在农村土地承包经营权确权项目中可以推广应用。