无人机数字影像技术在农村土地确权中的应用

段文珺

（德州职业技术学院 山东省德州市 253000）

无人机数字影像技术作为一种高效、便捷、快速、成本低、受限少的技术，当前已经被广泛应用在各类土地测量、勘探工作当中，并且经过实践证明，该技术在农村土地确权中也有着较好的应用效果，不仅能够满足相应规范要求，并且操作简单、便捷，此外，响应速度极快。因此，加强对于无人机数字影像技术的应用研究，对于保障农村土地确权工作顺利推进有着积极作用。

1 无人机数字影像技术的特点

1.1 响应速度较快

无人机的特点，主要是轻便小巧，可为运输作业提供便利。可在专业人员的操控下，迅速前往指定区域，通常不会被天气所影响，对起降场地无严格要求，不需要有专用跑道提供辅助。起飞方式有地面滑跑和弹射架弹射，其中，地面滑跑场地主要有偏僻道路、草地及空地。可借助降落伞或遥控滑行的方式，达到回收的目的，确保所获得遥感影像满足实时、可靠且直观的要求，使地理信息数据更具科学性与准确性。

1.2 较高的分辨率

对农村土地确权而言，选择工作底图的工作十分重要，有关人员既要对影像分辨率、质量和精度加以考虑，还要对成本进行考虑。目前，可满足土地确权要求的工作底图，主要有无人机影像、卫星影像和航空影像，各工作底图对应遥感平台、优势及不足均有明显差异存在，具体情况见表1。

表1：土地确权获取工作底图的方式

由此可见，如果条件允许，在开展农村土地确权相关工作时，首选底图获取方式应当是无人机影像。无人机航摄系统所获取影像的分辨率极高，可配合不同传感器，对多时相数据、多光谱数据或多分辨率数据进行获取。在飞行平台安装传感器，则是确保低空拍摄顺利，兼具垂直成像、倾斜成像和面积覆盖的能力，可将影像分辨率控制在厘米级。另外，该系统的作用，还包括对地理信息产品进行制作，例如，DOM、DEM 或DLG 等。

1.3 技术成本较低

无人机小巧轻便，通常不需要有专用场所起降，其使用及维护的成本较低。利用无人机进行摄影的系统，由地面站负责对飞行航线进行规划，而自驾飞控系统的作用，主要是确保无人机能够以规划航线为依据，向地面控制系统传递相关影像数据，在保证人员安全的基础上，将数据风险系数降至最低[1]。

2 无人机摄影测量系统组成

2.1 飞行控制系统

该系统搭载飞行平台主要是为摄影相机、飞控系统提供安装载体。农村土地确权所用无人机的性能，通常要满足以下要求：首先是电池可持续运行90min；其次是巡航速度以60km/h～160km/h 为宜；再次是抗风特性达到4 级；最后是安置航测设备的空间为0.25m×0.25m×0.25m。其中，飞控系统的核心功能是保证处于运行状态的无人机，其飞行器始终为正常姿势。在飞行过程中，无人机导航定位所依托的主体，通常是飞控系统提供的GPS 信号，因此，只有保证飞控系统正常工作，才能使飞行平台沿预定路线进行飞行，通过测量航拍的方式，为土地确权及相关工作的开展提供理论依据。

2.2 地面站控制系统

通过操作电脑对地面站控系统进行安装，经由飞控系统、数传电台，达到数据通信的目的。在航测过程中，控制软件以可视图形为依托，确保航拍区域对应电子图形可得到直观显示，在此基础上，结合控制系统所提供的数据，对飞行器在姿态、航向和轨迹方面所具有的特征参数加以确定。此外，操作人员的职责，还体现在以下方面：一是对航向规划进行修改，二是对路径进行调整，确保航测任务顺利完成。该系统负责以无人机所拍摄影像资料为依托，借助数值摄影测量网络，通过处理相关资料的方式，获得土地确权作业所需矢量图。

2.3 航拍摄像系统

该系统为各类摄像机提供了安装平台。工作人员可结合分辨率和实际需求，对现有摄像设备进行选择，例如，高光谱相机，高分辨相机，还有多光谱相机[2]。

3 无人机数字影像技术在农村土地确权中的实际应用

3.1 工作流程

以无人机为载体，在安装高清相机的前提下，通过低空飞行的方式，采集土地确权相关地物的影像与数据，确保采集所得影像图片兼具准确性与实时性。由专业人员借助现有软件，对采集数据进行处理，获得相应数据模型，经过矢量化的方式，完成大比例尺地形图的绘制工作，为土地确权提供便利。

无人机航摄流程如图1所示。

图1：无人机航摄流程

在航飞前期，有关人员需要完成以下工作：以农村土地确权需要测量范围为依据，结合地貌和地形特征，在确定航线的基础上，对航摄内容、基准面高度和航摄分区加以明确。与此同时，工作人员还要对特征参数进行准确设置，例如，航向重叠度以及飞行速度，随后，便可在测量现场布设像控点。在航测工作正式开始前，还要基于管理要求和法律规定，前往有关部门对空域飞行进行报备。

3.2 相关要求

3.2.1 飞行要求

飞行相对航高上限为2000m，通常不得超过1500m。根据地形海拔确定绝对航高，丘陵及平原地区绝对航高的下限为3000m，高原与高山地绝对航高的下限为6000m。续航时间不得短于90min。飞行速度应被控制在60km/h～160km/h。任务荷载下限为2kg。在风力气象条件达到4 级的情况下，飞行平台仍然应当具备安全、稳定飞行的能力。数码相机应满足以下要求：镜头采用定焦镜头，像素应达到2000 万以上，快门最高速度的下限为1/1000s，经过检校的畸变差残余值在0.3 像素以下。可存储500 张以上的照片，电池可持续运行120min。

3.2.2 影像要求

关于影片重叠度，通常要满足以下要求：其一，旁向重叠度应被控制在15%～60%，下限为8%；航向重叠度以60%～80%为宜，下限为54%。

计算相关重叠度的公式为：

在上述公式中，A 代表航向重叠度。lx 代表像片沿航向重合长度。Lx 代表航向像片的实际宽度。B 代表旁向重叠度。Ly 代表像片沿旁向航线的重合长度。Ly 代表旁向像片实际高度。测区高程最高点与最低点的平均值，即为摄影基准面对应高程。

像片旋角需要满足的要求可被概括如下：像片最大旋角为15°，若航向重叠度、旁向重叠度与工作要求相符，可将旋角允许值放宽至30°，但要保证各航向对应像片中，仅有3 张像片的旋角达到20°以上，而旋角达到15°以上的像片占比，通常应被控制在10%左右。

像片倾角以5°较为常见，上限为12°，仅有10%的像片，其倾角可达到或超过8°。在确权难度较大的区域，工作人员可将倾角允许范围调整至8°～15°，其中，10°以上像片的占比，同样不得超过10%。

土地确权工作所提出要求，同样涉及影像质量方面，可被归纳为以下几点：一是影像清晰，有理想的色调、层次及反差，可被用来对立体模型进行建立，准确传达细小地物所具有特征。二是将曝光所形成像点位移控制在1 个像素以内，上限为1.5 像素。三是影像无明显污点、大面积反光或是云影存在，若现场条件有限，获得影像有缺陷存在，但不会给连接、量测立体模型的工作造成影响，同样可将其用在制作线划图的过程中。四是拼接影像不存在错位、重影或模糊问题。

3.3 无人机航摄与数据处理

像控点数和模型精度的关系为正相关，对像控点数进行增加，可使模型精度更接近理想水平（如图2所示）。

图2：像控点数和模型精度的关系

可被用来描述二者关系的表达式为：

y=0.0021x2-0.2617x+11.283

航测作业时机以光照强度理想、无大面积乌云遮蔽的晴天为宜。由工作人员控制无人机，沿直线由东向西飞行，若飞行期间有突发情况出现，要求工作人员视情况对飞行方向进行调整，确保作业流程与测量规范相符。在航摄过程中，对影片质量进行实时检查，剔除质量不达标影像，根据补飞计划完成补飞工作，保证采集所得影像底图，可被用来为数据处理及相关工作的高效开展提供有力支持。在通过户外作业得到所需影像底图的基础上，基于空三加密测量的方式得到相应数据，根据已掌握数据，配合立体测图工具完成对航测地物特征进行收集的工作，待DEM 模型、DOM 模型生成后，由专业人员利用软件对DLG 进行制作。通过野外实测的方式，对DLG 所具有精度加以确定，如果图形精度符合要求，便可将其作为工作底图，为测量土地确权地籍及后续工作的开展提供便利[3]。

4 结束语

综上所述，无人机摄影测量系统主要包括飞行控制系统、地面站控制系统以及航拍摄像系统三个部分，在实际应用该技术的过程中，需要先做好相应资料准备、方案制定以及土地权属调查等工作，然后进行地籍测量和相应信息系统的建设，最后对地籍测量结果进行公示并颁发相应土地使用证，做好相应归档工作。相信随着对无人机数字影像技术的深入研究和实践应用，我国农村土地确权工作质量和效率都会得到进一步提升。