无人机航测在农村土地确权中的应用

索高宇

摘要：农村土地确权是一项复杂而重要的任务，本文利用无人机对八百余亩土地进行航空摄影测量，得到数字地表模型（DSM）以及数字正射影像（DOM）。通过将地块矢量文件以及数字正射影像进行叠加，将承包地块的空间分布及面积大小直观地展现给承包人，有利于承包人后期针对土地进行抵押贷款以及农业投保。航空摄影测量中的误差为0.076m，满足土地确权的精度要求。

关键词：无人机；土地确权；航空摄影测量；正射影像

1.引言

我国耕地面积较大，但人均耕地面积却很小，空间分布不均匀，且存在承包不清、位置不明、面积不准等问题。通过土地确权登记，可以明确农村土地承包经营关系、强化农户对自身土地经营权的保护。有利于农户对自身土地进行农业投保及抵押贷款业务，促进农村的经济发展。传统的农村土地确权受到地形、天气等影响。外业测绘及调绘相当困难，效率低、成本高、精度不好控制。无人机航测技术是一种新兴的测绘技术，具有快速高效、机动灵活、作业成本低等优点[1]。本文通过对安徽定远县池河镇约八百余亩耕地进行土地确权，简述无人机航测技术在土地确权中的应用。

2.航空摄影测量

2.1基本原理

航空摄影测量指的是以飞机作为飞行平台，在上面搭载航摄设备。飞机在按照一定的航线进行飞行时，所搭载的航摄设备进行垂直摄影，获得遥感影像，结合地面控制点测量、调绘及立体测绘等步骤，产出不同格式地形图产品的作业。航空摄影测量主要包括航测外野和数据处理内业两部分，外业主要包含航摄获取遥感影像、像控点的测量、航线布置、野外调绘等。内业包含了影像拼接、空三加密、地形图编辑等[2-3]。

2.2无人机航空摄影测量作业流程

本项目利用Phantom 4 RTK无人机对耕地进行无人机航测，后期通过航测外业和内业等数据处理，最终得到无人机航测正射影像，以及相应的确权数据，具体的技术路线见图1。

3.无人机航测

3.1飞行平台

池河镇位于定远县，水稻面积种植较为广泛。结合当地地理环境及其后特点本次土地确权采用Phantom 4 RTK无人机进行航空摄影测量，其飞行器主要性能见表1所示，航测相机参数见表2所示。

3.2航测外业

本项目完成安徽省定远县池河镇约800余亩水稻的航空摄影测量，航向重叠设置为70%，旁向重叠设置为60%，飞行高度设置为100m，飞行速度约7m/s。航测面积约800亩，分两架次进行，航测时间约40min，平均地面分辨率为2.95cm。

像片控制点位置选取：布设像控点常用的两种方法。一种是航飞前预先放置航射标志，尺寸要达到地面分辨率的5倍～10倍。采用反差大的颜色或者是在现场采用涂抹油漆撒石灰的方法进行标记。另一种是航拍后布控的方案，在测区内按照要求均匀选择点位，这些点位需在影像上特征明显、纹理清晰处布设。本次航测采用先航拍，后布点的方案。像控点的测量根据GB 7931-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量外业规范》，本次航测共测量15个像控点，用RTK对像控点进行测量，平面精度不超过10cm[4]。

3.3航测数据处理

3.3.1数据准备

需要准备无人机航测的原始照片，两次航测共获取到航测330张JPG影像。航测影像的POS数据、地面像控点的位置文件等。

3.3.2 POS技术辅助空三加密

本次无人机航测影像用PIX4D软件进行拼接，简历项目、导入影像以及POS数据，利用POS技术来辅助自动空中三角测量，将航测空三加密过程中对外业控制点的依赖降到了最低，大大减少了人工作业的步骤和作业时间，同时满足规范精度要求，不但提高了内业作业的效率，降低作业成本而且缩短了航测作业成图的整个周期的时间[5]。

3.3.3 PIX4D mapper数据处理

PIX4D mapper是瑞士PIX4D公司研发出的无人机处理处理软件。

其处理数据的大致流程为：①建立项目；②导入无人机航测影像以及POS数据；③导入像控点文件；④按照自身需求设置相关参数；⑤全自动处理（包含DSM、DOM、空三加密）；⑥地理信息产品输出，输入的地理信息产品均可被主流遥感软件识别[6-7]。

3.3.4 DOM和DSM成果

本次项目处理采用PIX4D mapper航测软件进行数据处理，将两次航测数据进行分别处理后进行合并，生成的地理信息成果有数字正射影像（DOM）如图2所示、数字地表模型（DSM）。

数字地表模型（digital surface model，DSM）是一個非常重要的地理信息产品品，基于DSM可以进一步编辑、处理制作DEM、DOM、DLG等。DSM展示了真实地表的地面起伏情况，也可直接应用于各行各业，如电力行业监测植被生长对电力线的安全影响、军事上导弹制导障碍物监测、林业监测森林生长情况等[8]。

数字正射影像（DOM）精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，可作为地图分析背景控制信息，也可从中提取自然资源和社会经济发展的历史信息或最新信息，为防治灾害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。评价其他数据的精度、现实性和完整性都很优良，见图2。

3.4确权底图制作

此次无人机航测获取到的DOM数据平均地面分辨率（GSD）达到了2.95cm，无需专业知识，可通过肉眼观察判定承包地块、道路、田埂、水系、居民地等地物。易于判读和标注权属界线，可以直接作为工作底图进行承包经营权确权权属调查。

利用无人机航测得到的DOM，来制作农村土承包经营的工作底图。

具体的内容包括：①地块界线；②地块面积；③承包人姓名。利用ArcGIS10.4软件对数字正射影像进行矢量化采集[9]，将地块界限绘制出来并标注承包人姓名、地塊面积、地块编号，由正射影像与矢量数据叠加制作1∶2000比例尺确权底图，局部成果示意图如图3所示。

3.5无人机正射影像精度分析

为了便于验证无人机航空摄影测量的精度，在布设像控点的同时又布设了15个检查点[10-11]，并精准测量其坐标，在已经成图的基础上记录监测点的平面坐标。参照《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》中的精度要求，进行精度验证，如表3所示。

经过计算分析，无人机航空摄影测量平面中误差为0.076m，满足农村土地确权的精度要求。

4.结束语

此次无人机航空摄影测量飞行高度低，速度快，面积广。可以获取到数字地表模型（DSM）以及分辨率为2.95cm的数字正射影像（DOM），可以清晰地分辨地块边界及其他地物。满足精度要求的同时大大缩短了项目周期，降低了劳动成本。在确权底图制作当中，数字正射影像与农村地块矢量数据相互叠加，能够将确权的结果直观地展现给承包人。地块的空间分布、面积大小在图面就能做出准确的判定，便于承包人对确权法律文件的确认工作。对承包人对土地进行抵押贷款及农业投保有较大的帮助，航空摄影测量的中误差为0.076m，完全满足农村土地确权的精度要求。

参考文献：

[1]王玉柱，郭增长，胡华宗. CORS技术在农村集体土地确权中的应用[J].测绘与空间地理信息， 2013（11）： 101-103.

[2]贾永斌，张雅迪，贾聚勇，等.低空无人机航空摄影在山区土地确权中的应用[J].科技创新导报， 2018（01）： 160-161.

[3]赵生良.无人机航测技术在耕地确权登记中的应用[J].农业工程， 2017（5）： 101-102.

[4]GB/T7930-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》.国家测绘局， 2008.

[5]徐秋艳.无人机航测技术在大比例尺地形图制作中的应用[D].陕西：长安大学， 2017， 20-25.

[6]刘坦. Inpho、PhotoScan及Pix4D无人机正射影像处理软件对比[J].海峡科技与产业， 2017（11）： 81-83.

[7]武书利，张朋.小型旋翼无人机在大比例尺地形测图中的应用[J].电子技术与软件工程， 2018（05）： 87.

[8]田超，陈杰，李能能，等.利用无人机免像控快速构建高精度DSM[J].测绘通报， 2017（08）： 158-160.

[9]高学森.基于ArcGIS的农村土地承包经营权确权数据处理方法研究[J].北京测绘， 2015（04）： 103-105.

[10]杨德芳，田晓程.低空无人机影像像控点布设及精度分析研究[J].青海国土经略， 2015（01）： 158-160.

[11]王妍，孔祥仲，贾世真，等.无人机航空摄影测量系统在农村土地确权中的应用[J].测绘与空间地理信息， 2015（08）： 114-116.