无人机遥感技术在凯里市土地确权中的应用与DOM数字正射影像精度评价

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    摘要： 土地确权是土地承包经营者合法产权登记的重要环节，而精准的数字影像测绘是土地确权工作的关键技术。针对凯里市居民楼密集、能见度差、入户测量困难等问题，利用无人机遥感技术对集体土地进行低空摄影测量，制作DOM数字正射影像。 DOM精度评估结果表明，无人机航拍效率高、操作灵活、成本低。测量平面误差为0.24 m，满足集体土地确权精度要求，数据信息准确可靠。

    关键词：土地确权；无人机;遥感技术；数字正射影像；

    作者简介：刘刘（1996-），男，贵州松桃人，助理工程师，主要从事工程测绘数字化处理工作。

    介绍

    我国土地面积虽大，但人口众多，居住分散。因此，人均耕地面积较小，空间分布不均。由于种种原因，土地承包合同不清、空间位置不清、面积不准确。存在四至未知等诸多问题[1-2]。为明确土地承包经营关系，摸清承包地块面积和空间位置，保护土地承包经营者合法财产权益，做好土地承包经营权的确认、登记和发放工作显得尤为重要。集体土地确权证[3-4]。由于凯里市居民楼密集、能见度差、城中村复杂，工作人员进行入户调查难度很大。传统测绘方法在集体土地权测绘中效率低下、耗时长。为短时间内准确获取地形、地貌、权利登记等数字信息，保障高效、高质量完成测绘测量工作，利用无人机遥感技术对地进行全覆盖航拍调查并制作正射影像 (DOM)。为凯里市集体土地确权、登记、发证工作提供详细的影像底图。

    项目概况

    凯里市位于贵州省东南部、黔东南苗族侗族自治州西北部。地势西南高，东北低。横跨干州中部丘陵平原和干隆东部低丘陵两个地貌区。该项目涉及凯里市所辖土地约1 000 m 2 集体土地确权登记底图测绘。采用配备后差分GPS系统的无人机飞行平台，搭载8 000×10 4像素CCD航空相机，按照1：2000比例尺进行全覆盖航拍，并制作成正射影像（DOM） ），作为凯里市集体土地确权登记发证底图。主要工作包括：①无人机1：2 000全数字航拍（约1 300 m 2 ，照片13 000张）； ② 609个光控测量和61个检查点； ③ 航空三维加密； ④ 数字高程模型（DEM）采集和编辑； ⑤ 正射影像图（DOM）生成、色彩均衡、拼接、裁剪、整理等，共计1 342张。平面坐标系采用1980西安坐标系；高程系统采用1985年国家高程基准；地图比例尺为1:2000，DOM地面分辨率为0.2 m，划分为50 cm×50 cm的矩形。

    无人机航拍

    2.1 摄影技术要求

    为了满足1:2 000 DOM的生产精度，飞机相对飞行高度设置为900 m，航向重叠为60%~80%，侧向重叠为30%~40%；旋转角度一般不大于8°，最大不大于10°。 ；倾斜角度一般不大于2°，最大不大于4°。航线设计参数为：一期IQ180相机、一期45mm镜头、地面分辨率0.07 m、区域平均地形高度+900 m、飞行29架次、相对飞行高度900 m、跑道间距1 007 m、拍摄间距407 m、侧面重叠为35%，航向重叠为65%。

    无人机按照设计高度要求飞行。测绘区域实际海拔高度误差应控制在5%以内。同一路线上相邻测绘区之间的海拔高度差应控制在30m以内。整个测量区域内最大高差应控制在50m以内。为避免无人机低空摄影时因飞行器姿态变化较大而丢失GPS卫星信号，要求飞行器操作尽可能平稳，转弯坡度控制在20°以内，爬升和爬升时的速度控制在20°以内。下降角应控制在10°。米/秒范围。

    2.2 图像控制点测量

    图像控制点至最近基本控制点的中误差控制技术指标如表1所示。

    表1 图像控制点误差控制技术指标表

    采用测量法测量图像控制点的平面位置和高程。当在柱状物体（如杆子）上选择点时，距离测量边长应根据杆子的半径进行校正。使用GPS二次曲面测量图像控制点的高程。采用拟合高程法进行测量，由整个测区水平控制点的平面坐标和高程得到转换参数。将两个固定解的差值在有限范围内进行平均，即可得到图像控制点的80个坐标。高程是通过经纬度到当地坐标的转换软件获得的。

    2.2.1 图像控制点测量

   

    1:2000成像区域的照片控制点采用区域网格点。航拍面积大，地形明显。综合考虑各种软硬件条件，对分测区采用航空三角测量。在此基础上，对整个测区进行合理的图像控制点布点和测量，得到最终需要的坐标。飞行后提交内部检查。

    2.2.2 图像控制点布局

    控制点的布设，尤其是在GPS信号较差的山区、茂密森林和人工开挖严重的地区，由于地表变化剧烈，通常难以应对。此外，还有天气等其他客观因素需要综合考虑。根据凯里市当地地形和区域网的结构形状，在每个区域网中，影像控制点的分布采用三种方案，即： 方案一：沿线布置6个或8个高层点周边，由 3 条条纹隔开 在基线上设置一个平坦的高点，如图 1(a) 所示。方案2：每4条基线分布1个平高点，如图1(b)所示；方案3：将点分布在不规则区域，将平坦的高点放置在凸出的地方，将高程点放置在凹进的地方，如图1（c）所示。

    图1 图像控制点布置平面图

    标高点应分布在区域周围，内部可添加适当数量的标高控制点。每个加密区域需要不少于2~3个冗余控制点作为检查点。

    图2 INPHO航空影像数据处理流程图

    空中三重加密处理

    3.1 操作方法及技术路线

    利用航空三角测量加密软件（如INPHO的MATCH-AT）对测量区域进行波束法区域网平差，以获得高精度定向点[5]。空中三重加密工作流程如图2所示。

    3.2 空中三重加密

    根据影像控制数据和航拍实际情况，合理划分测量区域。为了保证后续的拼接精度，分区之间必须有足够的重叠区域和图像控制点分布。对每个子测量区域一一进行内部定向和相对定向，建立测量区域内照片之间的联系。在自动匹配过程中，需要手动添加一些照片连接点，以增强照片之间的连接强度。面积大，照片数量也多。时间与软硬件设备协调，以最短的时间完成各子测量区域的自动匹配，并保证最终的连接精度满足规范要求，即测量的连接点的收敛值面积照片小于 1 像素大小。 。综合考虑各种影响因素，将整个调查区划分为13个调查区。组织协调其他地形数据、影像数据和影像控制数据的坐标转换。根据机载三维测量区域的划分，对这些数据进行协调整理，避免对后续工作造成不必要的影响。

    自动匹配完成后，各分测区的自由网络建立成功，即可根据现场图控数据进行下一步操作，即图控内传。这个过程需要大量的人工参与。为了避免不必要的错误，尽量减少人工参与造成的错误，刺点过程分为三个步骤。第一步是比较原始图像控制照片和刺点胶片。如果图像不一致或位置模糊，进行现场检查并重新拍摄照片和穿刺点；第二步，内部穿刺点进行相互穿刺点检查，并将穿刺点不一致的测量区域和图像控制点提交给技术主管。经技术主管或现场人员确认后，返回厂内确认或重新刺；第三步是设置图像控制容差。 ，对测量区域进行区域网平差，对误差超过极限的图像控制进行调整确认，直至误差满足规范公差要求。内部行业调取各分测量区域内的所有图像控制点后，对各分测量区域进行平差，输出空三角加密结果。同时统计各子测量区域的方位误差和公共点的方位误差。对于介质误差超限的分测区域，逐级排查，检查各个环节，一一分析造成介质误差超限的因素，最终消除影响因素，使介质误差达到所有子测试区域均在规范要求之内。

    3.3 DTM/DEM生成和编辑

    空三加密完成后，可以通过空三加密结果生成DTM或点云，而DTM或点云是制作DOM的必备要素[6]。根据分测区的地形和地形情况，选择合适的DTM类型，实现正确反映实际地形的高精度数字地形模型。 DTM的生成需要大量的时间和人工，具体多少取决于之前测试区域划分的合理性，因此子测试区域的划分始终是一个影响因素。在此基础上，根据前期采集的地形数据、影像数据、地球和航空摄影架次等相关数据，将整个测区划分为10个地势较低的测区和3个地形起伏较大的测区。相应的DTM区域类型也分别选择平坦和丘陵，从而大大提高了工作效率，节省了大量的时间和劳动力。

    随着凯里市经济的快速发展，城镇化水平得到了很大发展。人工建筑成片集中、零散分布。为了准确反映测区的地形起伏情况，数字地形模型需要去除人工建筑物和其他地表附着物。城市化的发展也带来了交通四通八达、河网密集、桥梁众多，这些都需要在DTM手工编辑过程中综合考虑。根据测区实际地貌条件，对各测区生成的DTM进行一一编辑，并输出DTM编辑结果，即得到测区范围内的DEM结果，最终使DOM正确反映当地实际情况。

    3.4 精度评估 3.4.1 相对定向精度

   

    图像点连接误差小于1像素大小，每个图像对有30个以上连接点，每个标准点都有一个连接点分布，且连接点分布均匀。

    3.4.2 绝对定向精度

    区域网平差计算完成后，基本定向点平面误差和高程误差统计见表 2。

    表2 各子测区定向点平面及高程误差表

    从表2可以看出，基本定向点平面和高程的最大误差分别为0.21 m和0.28 m。各子测区定向点的平面和高程误差满足GBT 23236-2009《数字航空摄影测量航空测量》的要求。三角测量规范》对定向点的精度要求。因此，可以输出各子测区的航空三维加密结果，用于后续生成DTM和DOM陆地影像数据。

    数字正射影像 DOM

    4.1 DOM制作

    导入航空三角测量结果恢复三维模型，自动生成高精度数字表面模型（DSM），并对DSM进行修正，得到反映地面特征的DTM数据[7]。编辑DTM，输出DEM结果，对测区的DOM进行校色处理，按照1:2000对图像进行裁剪修剪，形成DOM数字正射影像数据[8]。

    4.2 DOM准确率评估

    通过航空三维加密精度控制、像控测量精度控制以及现场检查DOM结果的平面精度分析，结果表明，无人机航空摄影测量平面误差为0.24 m，满足集体土地要求平地、山地1.2m确权。 DOM数字正射影像数据精度要求1.6m，准确可靠。

    结论

    提出利用无人机遥感数字成像技术实施大面积集体土地确权项目，并阐述了该技术的操作流程以及数字影像测绘的技术关键。结合凯里市地形地貌、地面结构特点，利用无人机遥感数字成像技术获取地籍、房屋等影像数据。航空三维加密后，导入恢复的地形三维模型，自动生成DOM数字正射影像数据。与传统测量方法相比，无人机遥感图像可以清晰地区分地块边界等特征。影像数据质量好、精度高，可显示DOM、DEM、DLG、三维模型等各类测绘成果。快速测绘确权集体土地工作具有较强的指导作用。无人机遥感测绘受高空风等环境因素影响较大。如何实现摄影图像精确、自动的航空三维加密，还需要进一步深入的研究。

    参考

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    （日数、周数、月数、年数）