无人机技术在农村地籍测绘中的应用分析

2022-08-25陈小歌

南方农机 2022年16期

陈小歌，毛川

（河南测绘职业学院，河南郑州 450000）

1 农村地籍测绘的目的和要求

农村地籍测绘主要是为了进一步明确和查清土地的权属问题，包含每一块土地精准的位置边界、具体面积大小、实际用途、数量、等级等基本信息，保证农村土地权属合法、位界精准、面积清楚。数据精准且详细的农村地籍测绘成果既保护了土地所有者和土地使用者的合法权益，又可作为解决农村土地产权纠纷的重要凭证。对于农村土地类型、土地使用情况以及土地分布和数量的精准统计与测绘，是国家进一步建立科学的土地管理体系，实现国家土地资源合理分配和充分利用的基础。但是，由于我国农村地区的幅员辽阔、地形复杂，测绘任务量非常大。再加上农村地区村民的外出率比较高、户外测绘受天气等因素的影响明显，一方面，不能保证农村地籍测绘的进度；另一方面，户外地籍测绘的精准度也难以保证。

2 无人机航测系统在农村地籍测绘中的应用现状

随着我国科学技术的迅猛发展，无人机技术逐渐趋于成熟。由于无人机航测技术的作业效率高、精准度高、受外界天气等因素的影响小，无人机逐渐被大众所接受和认可，并应用于地形测量领域。农村地区地籍测量的基本比例尺是1∶500，属于较小比例尺范畴，但是农村地区地籍测绘直接关系到农民的切身利益，所以对测绘的精准度要求比普通的1∶500还要更加严格[1]。

2.1 无人机航测技术的发展

无人机在我国最早出现于20世纪50年代后期，其经历了一个由简单到复杂、从军用到民用的过程。无人机的摄影测量主要是通过在无人机平台搭载摄像机来进行航空作业，利用GPS技术自动导航，快速实现地理位置的获取。随着无人机飞行器的更新换代，遥测遥控技术和通信技术的不断发展，GPS差分定位、POS（Position and Orientation System）定位定姿与遥感应用技术的不断升级，无人机的航测系统越来越完善，航测能力越来越强。传统的地籍测绘技术与计算机视觉技术完美结合，形成了先进的数字摄影技术。

目前，无人机的航测系统应用成为基础的地籍测绘技术，可以达到国家的地籍测量标准和户外测量规范。无人机航测有两种方式：正射影像和倾斜影像。无人机航测系统可以快速实现正射影像，成像清晰、分辨率高、精准度高。倾斜影像是通过三维立体实景建模实现的，能够快速进行多角度的图像采集，迅速实现实景还原。

2.2 无人机航测技术的应用优势

2.2.1 提升工作效率，改进工作流程

无人机航测技术能够快速实现数据信息的收集、整理、分析和应用，提升了地籍测绘工作的效率。同时，也大幅度减少了工作人员的工作量，提升了工作便捷度，降低人工成本，推动了农村地籍测绘信息化和自动化的进程。工作形式和内容的自动化和信息化，将户外的工作逐渐向室内转移，逐步优化和升级了工作流程，使得测绘方案的制定以及方案具体实施更加便捷，能够明显减少地籍测绘工作受天气气候的影响。

2.2.2应用范围更广，数据精准度更高

无人机航测技术的高精准度程度比卫星成像高出了一倍。卫星成像目前很难展现更大影像图，但航空拍摄可以根据需要的成像比例直接调整航摄比例，也就意味着航摄可以实现想要的比例成像图。在地形复杂、幅员辽阔的农村地区应用范围更广，数据摄取更精准[2]。

3 无人机的航测系统和技术分析

无人机设计飞行导航和控制系统。主要包含GPS导航系统、飞行控件、GPS接收器和传感器，主要作用是无人机的飞行导航和定位以及自主控制。可以采用遥控、自飞和半自飞的模式，实现飞行高度、飞行模式和飞行速度的自由控制和平稳把控。无人机航摄系统在测绘作业时按照飞行设计和航线平稳飞行，作业过程中可以更改飞行路线和目标航点，可以即时接收地面遥控指令，并实现收集数据的自动、即时回传。GPS导航系统可以获取精准曝光航点的位置、高度和飞行状态，根据这些回传的精准数据判定此次航摄的位置和数据质量。地面会有完整的监控系统，包含无线遥控、RC接收器、计算机监控系统、供电系统等等，随时实现无人机工作状态和工作效能的监控。地面的操控人员根据对无人机飞行状态、飞行高度和飞行位置的实时监控，做出相应的遥控操作和任务调整，以保证无人机测绘工作的顺利进行。

传统的地籍测绘方式一般有两种：一种是工程外业实测，一种是载人飞机航测。工程外业实测不能实现测量地区整体的影像成图，并且需要耗费大量的人力、物力资源，成本高，受天气气候、地形等外界环境影响大，测量的进度和质量都难以保证。载人飞机航测，在进行载人航测之前要申请飞行空域，还要与机场等相关部门协调。测量的成本高，而且测量工作流程相对复杂。无人机航测技术能够规避以上两种测量方式的弊端，不仅成本低、操作简单，而且自动化程度高、精准度高。所以，现阶段的农村地籍测绘主要采用无人机航测来实现。

4 无人机航测技术在农村地籍测绘中的实际应用

常用的无人机航测倾斜摄影技术对拍摄物的精度要求会比较高。如果在航摄过程中出现实地遮挡物，比如树木、丛林，航摄精度就会受到一定的影响。所以，无人机航摄也不是“独立”进行地籍测绘工作的，需要一定程度的人工实测进行补测、检验和修正。整体的无人机航测地籍主要是通过无人机在空中实现的三角测量，完成三角模型构建，再通过房屋的界点采集，完成图解成图。最后结合外调绘制成图，精度对比，实测为基准调整，完成基本的地籍测绘[3]。

4.1 无人机设置相关参数

在农村地籍测绘中，首先要根据实际的测量需要设置相关参数。比如农村的具体测量范围坐标、成像比例等。并且，飞行路线的设计和安排要尽量按照风向设计，避免逆风飞行。正常情况下农村地区宅基地的长和宽基本在8 m～20 m之内，为了进一步的保证成像的精准性和清晰度，无人机的飞行高度一般在80 m左右，影像的重叠率一般在70%左右。也就是说，在可实现的技术范围内要做好无人机航摄的基本参数设置，参数的设置和具体的比例要有严格的配比。

4.2 起降的准备工作

起降周边的100 m～200 m范围内不能存在影响起降的遮挡物。起飞之前必须全面排查无人机的航摄性能和整体的遥控和监控系统，以免无人机在工作过程当中出现自身性能的失控或者是数据信息传输不到位，做好影像预处理和影像拼接设置。

4.3 控制点布置

在无人机航摄系统做好设置的同时，飞行航摄前要进行航摄点的定位和布置。一般的航摄控制点都在比较平坦和空旷的地区，点与点之间的距离一般在500 m～1 000 m范围内。运用RTK自动化实现控制点具体位置信息的获取，并用白色油漆涂抹的十字架进行控制点标注。野外控制点的误差要求一般是1∶500比例，误差小于0.4 m；1∶1 000比例，误差小于0.8 m；1∶2 000比例，误差小于1.6 m[4]。

4.4 航测过程中影像的控制

在无人机航摄过程中要保证航摄资源、资料与导航定位信息的完美结合。地面的实际测量数据要与无人机的航摄数据信息进行精准的换算，以保证测绘资料的精准和真实，如果出现特殊情况要精准记录并反映具体情况。严格依据地面的特殊控制点范围和定位进行数据影像测量，通过GPS定位获取精准的数据信息。

4.5 三角测量

三角测量是通过航空数码摄像器材操作的，航空数码摄像器材的使用和运行不需要人工控制、设置和调节，它可以自动根据系统的指令计算和换算。但空中三角测量的前提是要人工选定连接点，完成测量模型和测量航带的连接，并且要反复调试连接点和像控点比例，以达到最合适的航摄比例，保证航摄数据的精准性和清晰性。

三角测量定向的参数要反复调试理论值，设定误差为0。模型连接点的分布要均匀，并且影像的标准点位置要设置一定数量的连接点，以确保连接的强度[5]。如果是植被覆盖率比较高、对影像成像有一定影响的地区，更要保证连接点的数量，以确保定位成功。如果定位存在一定的难度，要人工进行定位地点的命名和标注，确保连接点发挥正常的效用。

4.6 三维建模

三维建模使用的软件是Smart3D Capture自动建模系统，其基于图形运算单元，能快速实现场景运算，无需人工干预[6]。根据一定数量的人工控制点，将简单的影像控制点连接变成逼真的三维立体模型。三维立体模型建立必须能够真实地“再现”原地实景效果，要检查三维立体模型的精度和效果，调整相应参数。要达到连村民的实际房屋形状、棱角，墙面是否平整等情况都清晰可见，还原度高[7]。三维立体模型的平面误差必须控制在2.9 cm范围内，高度误差必须控制在3.4 cm范围内，并且能够满足地籍测量5 cm的精度要求，才能用于具体的绘图测量。根据Smart3D Capture自动建模形成的三维模型按1∶500的比例进行数字线的画图，完成地籍图绘制。天际航景三维测图系统DP-Mapper利用倾斜摄影模型高精度大比例尺地形数据的矢量采集工作，无需佩戴立体眼镜，根据影像自动空三生成的三维模型直接定位地物要素的三维信息。DP-Mapper可以导出．cas和．dat格式的交换文件，然后整理成1∶500的数字化地形图。DP-Mapper裸眼测图如图1所示。

图1 DP-Mapper裸眼测图

4.7 立体采编测量和人工补测

以上步骤都按要求完成之后，要统一采编航测的立体信息。无人机航摄过程中，对地形结构以及现状物线节点数据的精准把握能够提升立体采编的精准性[8]。内业数据采集一般使用ARCGIS 软件对正射影像进行线编辑，会对房屋的屋檐画线，对房屋周边的耕地、土丘、水塘等有明显地形特征的地区进行地物标注。也就是，测绘范围内获取的数据信息越精准，立体采编的质量也就越高。这里必须强调，等高线和水准线要人工手动添加。没有办法获取数据信息的位置要人工标注，做好标记。以便在后续的测绘工作中通过人工补测获取相应的数据信息，进一步保证地籍测绘工作的精准性和全面性[9]。