基于无人机倾斜摄影及Skyline平台的自然资源统一确权

邵 飞，王富海

(1.山东省林业保护和发展服务中心，山东 济南250101； 2.济南新绿豪设计公司，山东 济南250101)

1 引言

近年来，随着遥感及航空摄影技术的快速发展，森林资源监测、森林防火、病虫害防治、确权登记、自然保护地管理等领域都开展了无人机技术运用。 尤其是自2019年国家启动自然资源确权登记工作以来，为改变传统调查登记模式，解决确权登记信息多元化问题，提高外业效率，降低外业强度，特别是地形复杂、人员难以到达地区，很多地区探索开展了自然资源统一确权三维登记。 一方面，可为确权登记提供了基础影像资料，另一方面，倾斜摄影测量三维重建是当前摄影测量与计算机视觉领域的研究热点之一，它将现实世界转变为实景三维大数据。 轻小型无人机在获取对地光学影像具有轻型、快速的特点优势，它提供了常规遥感、航摄方式不能给予的多元信息。 借助于Skyline 平台，能够将矿产资源登记统计数据、管制关联信息数据、生态保护红线、国家审批数据基础地理信息数据、高精度实景三维模型、传统不动产权籍等多源数据进行深度融合，将自然资源管理延伸至三维空间、历史变化、地上地下等多维度。 本文数据主要获取了2016年济南市重点矿山确权相关资料。

2 模式比较分析

2.1 传统矿产资源登记模式

在确权登记外业调查核实方面，传统登记模式主要是基于二维影像图，实际工作中常常会遇到登记单元或区域位置偏僻、矿区难以攀爬、人员徒步难以到达、整体宏观影像不全、资源类型及边界难以辨识等问题。在数据库方面，传统矿产资源登记库类型比较多，主要采用矿产资源储量登记库、储量统计库、储量利用现状调查数据库、探矿权数据库、采矿权数据库等多个数据库。 在数据技术基础及流程方面，传统矿产资源登记以最新的正射影像及第三次国土调查成果为基础， 在工作底图上叠加各类专项调查成果、矿产资源储量估算范围、矿产地范围及探矿权、采矿权、自然保护地边界范围线，同时，关联自然资源登记单元内的公共管制和特殊保护等资料，制作不低于1:10000 比例尺工作底图； 然后根据工作底图，按照登记单元划定原则，合理划定登记单元，开展内业调查、外业调查核实、数据入库审核等流程，最终完成登记发薄。

2.2 三维矿产资源登记模式

基于Skyline 的三维登记管理平台具有强大的分析、管理功能，相信在不久的将来，可以逐渐发展成为自然资源统一确权登记平台的主要趋势。 目前，随着无人机倾斜摄影技术发展及应用，倾斜摄影系统采用仿地飞行等技术手段，保障了矿产资源实景三维模型精度，可以提供相对于传统虚拟可视化三维模型更加直观、更加真实的实景三维数据。 调查人员及指界人员可以直观地通过实景三维模型，对自然资源类型、自然状况、权属边界进行识别分析，进行初步判断，为进一步核实提供第一手分析资料数据，可以大大减少工作量，实现外业核实工作精准度。 同时，也解决了外业人员爬沟过坎、跋山涉水的问题，并且可以延展对接未来地下三维空间模型。

3 精度分析

调查人员利用无人机在试验区域进行了多次航摄试验，基于实景三维进行矢量化，获取了倾斜影像分辨率和矢量化成果精度对照如下表1 所示。 实际研究表明倾斜实景三维的精度程度，远远满足矿产资源确权图解法获取相邻界址点的间距误差不大于图上0.3 mm，图上允许误差0.6 mm，实测法界址点相对于临近控制点的点位中误差和相邻界址点的间距误差不大于±10 cm，允许误差不大于±20 cm 的要求。

表1 低空倾斜影像分辨率与实景三维成图精度对照表Table 1 Comparison table between resolution of low-altitude tilt image and accuracy of real-life 3D mapping

4 矿产三维登记系统及应用实例

4.1 系统架构

本文实景三维登记系统采用由数据服务器和调查登记管理登记系统两部分组成的B/S 架构，数据服务器使用Oracle 11G R1+Skyline 平台管理后台数据，采用JavaScript 二次开发。数据源主要包括探明储量的矿产资源调查成果，倾斜摄影实景三维等多源大数据，数字航空影像数据（DOM）、数字地面高程模型（DEM）以及地名地址、元数据等基础地理信息数据，永久基本农田划定成果、生态保护红线成果、城镇开发边界等公共管制信息数据。

4.2 精度检测

本文利用D2000 倾斜摄影无人机，采用仿地飞行，获取了矿产资源调查区1.5 cm 分辨率倾斜影像，参考登记单元范围利用ContextCapture 自动化建模技术制作地表矿产资源实景三维模型。 对模型进行了质量检查，实测了40 个矿产资源区地物特征点，与实景三维解析同名点进行精度比对，如下表2 所示：

表2 实景三维测图精度统计表Table 2 Precision Statistics of Real scene 3D

4.3 功能介绍

本文矿产资源三维登记管理调查系统，基于Skyline 平台采用JavaScript 进行开发。主要功能包括矿产资源登记管理、查询检索、空间量测、统计汇总、立面及剖面分析、淹没分析、开采动态监测等功能，如下图4、5 所示。

图4 矿产资源方量分析

图5 基于Skyline 的实景三维矿山登记管理调查系统

5 结论

自然资源统一确权登记类型涉及水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂等多源数据，本文通过高精倾斜实景三维数据探索矿产资源三维登记管理系统，基于Skyline 平台，建立了融合矿产资源调查、登记、管理等多功能的三维平台，创新了传统地表矿产资源登记管理模式，有效解决了数据衔接不统一、不同步、效率不高等问题，构建了数据云大脑，基于后台多样算子调用服务的形式，构建三维登记管理系统将是未来三维登记模式探索的方向。