无人机航测在土地复垦验收中的应用

杨 振 张家春

（1、上海交通大学，上海200000 2、上海市自然资源确权登记事务中心，上海200000）

1 概述

随着民用无人机产品在全球个人消费市场的销售规模出现几何式的发展。在科技飞速发展的今天，无人机慢慢的走入人们的视野之中，现正朝着模块化、标准化、多样化和系列化的趋势发展，其应用范围广泛，前景喜人。[1]无人机使用时不光精准度高，而且能够快速的响应，可操作空间大并且成本也不高。土地复垦验收外业测绘主要目的是为了复核已复垦地块面积与地类情况。全野外数字化测图在野外用全站仪、RTK (Real -time kinematic，实时动态)载波相位差分技术等按照测图范围采集数据，这种测图方法测量需要投入大量人力、物力和时间，并且在地形破碎、地势险要的地区难以测量。[2]无人机技术的应用可以为现有的土地测绘带来新的格局。本文通过分析无人机航测摄影测量的特点，结合上海市松江区天马山区域进行无人机航测测量的实际案例，研究了无人机航测在土地复垦验收中的应用。

2 无人机航测摄影测量的特点

无人机摄影测量技术是综合利用先进的无人驾驶飞行器、遥感传感技术、遥控程控技术、通信技术、GPS 差分定位技术的遥感应用技术[3],具有自动化、智能化、专用化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息的特点,并可以完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术, 是继卫星遥感和普通航空摄影测量技术之后,发展起来的一种新型航空遥感技术手段,该技术具有以下几种独特优势。[4]

2.1 使用成本低、操作简单

其自动化程度高、操作培训简单, 可根据任务需要随时工作。

2.2 机动快速的响应能力

在接到航摄任务后,可以做到快速出动、快速获取、快速处理、快速分析判别,具有成图周期短、时效性强的特点,能完成突发性 的紧急任务。

2.3 高分辨率航空影像的获取能力

高分辨率航空影像，影像色彩丰富、清晰、直观、准确,满足地类判别、土地监测需求,可作为重要的决策依据。[5]

3 作业流程和内容

对土地复垦监测范围区域内利用无人机摄影测量进行航测,获取1∶500 数字正射影像数据(DOM)。结合上海市详查层和第二次全国土地调查资料与检测范围内地类地块面积做对比，生成地类流向并制作土地整理复垦地类调查技术报告书。无人机航测复垦内外业具体作业流程图，如图1 所示。

图1 无人机航测复垦内外业具体作业流程图

3.1 测区踏勘、收集资料

测区概况: 松江天马山位于佘山西南10 公里，距松江区府11 公里。天马山山势陡峭，山体脊线近东西方向，山形如一匹展翅欲飞的天马，今称天马山。天马山是佘山九峰十二山中山林面积最大、海拔最高的一座山，山林面积1433 亩，海拔高度99.8米。

3.2 布置像控点

因为精灵4-RTK 只能直接获取WGS84 或CGCS2000 坐标系下的POS 数据, 影像直接处理只能生成CGCS2000 或者WGS84 坐标下的正射[6]。如果需要xian80 坐标系下的正摄,则需要采用像控点纠正或者提前转换POS 坐标为xian80 坐标,对于无千寻覆盖区域和复杂的地形, 可以在使用UBase 的同时添加少量像控点,使精度进一步提高,进而满足测图精度要求。像控的目的是为了更好地获取高精度的影像数据[7]。1:500 的话建议间隔500-800 米一个像控点，1:1000,1:2000 可以间隔1 公里一个点，小范围的话以控制住测区为宜，适量布设像控点。[8]如图星标为此次航测的像控点。

图2 天马山复垦区域验收地块像控点

3.3 航线设计

由于测区位于松江天马山周围的平原，故没有特殊的航线要求，只需满足覆盖率和精度。在使用无人机的时候，一开始需要按照国际上通用标准设计的相关规定，这样做的目的是要把无人机作为遥感平台。当开始进行航空的立体成像时，选用的无人飞机需要将相机沿飞行线（或条带）进行垂直航空摄像。因为在实际测绘中一般多选用航空像片的立体像对，所以一次成功的飞行，需要航向重叠达到80%，旁向重叠达到70%。像片的重叠的意义在于，在相隔一定的范围内的不同的位置拍摄同一各目标时会存在视差，这样就构成了立体像对，并能够进一步的获得立体模型[9]。最终运用一些内业的数字测图软件绘制成高精度地形图。

3.4 自动飞行拍摄采集数据

飞行正射时选择关闭畸变校正，后期相机参数进行计算输入PIX4D（处理软件）。飞行前首先测区KML 导入，规划航线，飞行高度依据项目要求，一般重叠率航向80%，旁向70%,如果测区颜色单一或者地形起伏较大,可适当增加重叠度。本次飞行一共使用6 块专用电池，耗时2 个小时。相比传统手持RTK 作业，如此复杂的图斑一般需要两天才能完成地类界限打点，且还需分别为不同地类地块拍上照片以便内业人员甄别。而无人机的高清分辨影像可以轻松识别地类，无需再拍摄其他角度照片，极大地提升了作业效率。

3.5 数据处理成图

获取xian80 坐标系下的正摄模型，我们这次采用的是RTK模式数据处理，即为应用精灵-4 RTK 本身内嵌的千寻网络，实时载波相位差分定位实现飞机的POS 精度达到厘米级精度。随后提取照片POS 数据（POS 数据主要包括GPS 数据和IMU 数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。先转换坐标再处理。在无人机照片数据中每个文件夹有一个.MRK 的文件，用电子表格打开该文件，将经纬度三列单独复制出来。点名按照照片顺序，把名称编辑好,点名一定要和照片名称对应，包括.JPG,然后导入坐标转换软件通过RTK 计算的坐标转换参数将经纬度坐标转换为当地坐标数据。最终运用PIX4D 软件，结合像控点坐标，处理成上海市城市坐标的高清影像成果图形。

图3 高清影像成果图

3.6 地类构图、生成成果

土地变化信息提取与勾绘。将无人机摄影测量获取的影像成果进行人工勾绘，并进行地类判别。与传统外业实测相比，基于正射影像能实时采集地类边界角点，直观快速地勾绘地类图斑，并且通过影像高程信息，自动生成2.5D 影像，与传统内业制图相比，高清影像成果图像可旋转识别高差，可实现内业辅助判断沟渠、河流、堆土等，极大地提高了出图效率。如下图：

图4 2.5D 全方位视角图

最终得到运用构图软件生成dwg 格式文件，然后再进行土地复垦验收的内业环节，如图5 所示。

图5 CAD 成果图形

4 结语与展望

本次飞行航测试验旨在研究新的测量手段在土地整理复垦调查等项目中的应用前景，通过调查成果和作业效率等因素，对比无人机航测和传统测量手段的优缺点。而复垦项目选取了土地复垦项目中较大规模的案例，无人机航测作业时间短相比传统手持RTK 野外测绘极大的提高了作业效率，但是在一般小型项目时，无人机飞行则需要更多的限制条件，比如：小型复垦项目设置像控点比较费时且无人机飞行电池续航时间较短等。总体来说两者皆有利弊，但无人机的使用为测绘人员提供了一个强大的工具，克服了传统技术中的诸多不足，使土地测绘更加科学精准，保障了土地规划和管理科学实用和可操作性。在将来，无人机必将获得更大的发展空间，为土地规划管理工作带来更大的便利条件。