基于无人机航测技术的土地确权工作的优缺点浅析*

2024-03-08林垚君马灿达苏秋群

南方农机 2024年5期

林垚君，马灿达，苏秋群

（广西农业科学院农业科技信息研究所，广西南宁 530007）

0 引言

为了全面提升土地资源利用效率，释放土地经营潜力，推进农村土地确权工作刻不容缓。原始的土地权属调查方法主要是野外实地测量，不仅工作量大、时间周期长、资金投入大，而且对人身安全也会产生一定的影响；利用卫星遥感影像进行土地权属调查虽然安全，但是分辨率往往达不到作业要求。

随着测绘新技术、新方法、新工艺的发展，无人机航测技术是当前测图生产的最主要方法。无人机航测技术是通过无人机搭载多种遥感设备，如高分辨CCD数码相机、激光扫描仪、轻型光学相机等获取信息，并通过相应的软件对所获取的图像信息进行处理，按照一定精度要求制作成图像的一种技术手段[1]。2008年开始，国家陆续制定出台了数字航空摄影测量相关标准规范，基于无人机航测的数字测量方法被广泛应用于测绘和调查工作，如在国家基本比例尺地图测绘、农村土地承包经营权调查、农村不动产权登记、自然资源统一确权登记、自然灾害评估、城市规划、农作物生产监测等各方面都有着广泛的应用。

1 无人机航测技术的发展与应用

第一台无人机诞生于1917 年，此后几十年里主要应用于军事作战[2]，直到20 世纪80 年代民用无人机才刚刚面世。民用无人机的产生，在不同领域都呈现爆发式的趋势。“十二五”规划中指出要加强航天运输系统、应用卫星系统、地面与应用天地一体化系统建设；“十三五”规划提出要推进民用飞机产业化；《全国基础测绘中长期规划纲要（2015—2030 年）》指出要加快推进新型基础测绘体系建设，不断提升基础测绘保障服务能力和水平；2016 年，国家发展改革委、国家测绘地信局印发的《测绘地理信息事业“十三五”规划》中明确要“构建新型基础测绘、地理国情监测、应急测绘、航空航天遥感测绘、全球地理信息资源开发等协同发展的公益性保障服务体系”；2019 年印发的《自然资源部信息化建设总体方案》提出要“推进三维实景数据库建设”。2020 年全国国土测绘工作会议中提出新时期测绘工作“两服务、两支撑”的根本定位，明确要求大力推动新型基础测绘体系建设，构建实景三维中国。2021 年全国自然资源工作电视电话会议要求“加快建设实景三维中国、自然资源一张底图”。近年来，科技强国、乡村振兴、“五位一体”总体布局以及“碳达峰”“碳中和”战略的实施更是让民用无人机发展实现质的飞跃，而无人机在测绘方面的发展也取得了巨大的成就。

胡立等[3]利用无人机航测技术进行丹江口库区地形测量，不仅算出丹江口水库的真实库容，还大大提高了工作效率。广州市第三次全国国土调查通过最新的无人机正射影像与不同年份的卫星影像作对比[4]，自动提取变化的图斑，并结合外业举证分析，得出了土地利用现状，为国土规划的编制提供了精准的基础底图数据。李萌等[5]以陕西3 个试点区域土地确权为例，将数字正射影像进行空三加密限制误差的分析，将结果与传统的土地确权精度相比较，得出无人机在土地确权方面具有较大的可行性和实用性。

本文以无人机航测技术应用于广西某农场土地确权的项目为例，对从无人机数据采集、高分辨率影像底图生产到如何进行确权的整个过程进行较为详细的阐述，并随机抽取一部分成果与实地调查进行验证分析，结果表明，无人机航测技术可以用于大比例尺的测绘成图，能够满足实际生产需要。但其中存在的不足也同样不容忽视，了解无人机航测技术的优缺点，是推动其实现长足发展的根本前提。

2 无人机航测技术在广西某农场的应用

2.1 概况

该农场位于广西壮族自治区中部，地形平坦，气候适宜，雨量充沛，属亚热带季风气候区，以甘蔗种植为主导产业，发展小规模的柑橘、水稻种植。由于历史原因，企业体制机制和运营管理不严格、不规范，一直以粗放的方式进行土地经营管理，存在经营范围边界不清、领导职工私垦乱占、擅自流转土地以及被邻村村民侵占土地等情况。这些问题的存在，既浪费了土地资源，又增加了企业运营成本。当前，全面开展资源资产清查，摸清土地资源使用状况，对促进资源整合、优化资源配置和处理、持续深入推进企业改革发展具有重要意义。

本项目采用0.1 m 空间分辨率的航空正射影像为底图；影像成果平面坐标采用2000 国家大地坐标系（CGCS2000）；高程基准采用1985 国家高程基准，正常高系统；投影方式采用高斯-克吕格投影，1.5°分带，确有必要时可按3°分带。经过内业遥感影像解译、外业指界调查，理清土地权属关系，查清土地利用现状，核清办公住宅用地、职工承包经营土地等10 大类土地经营管理现状。土地确权工作流程如图1所示。

图1 土地确权工作流程

2.2 飞行与数据处理

无人机航测技术在实际应用中主要包含航飞准备阶段、航飞作业阶段、影像数据处理和精度分析三个主要过程。

2.2.1 航飞准备阶段

采用无人机航测首先要根据农场位置、地形和地貌等情况，收集测区内的卫星影像、地形图等基础资料，以便快速了解测区范围，确定测区内是否存在部队营区、机场等需要申请和报备的情况；其次对航测作业进行合理规划设计，明确本次航测的主要任务和内容，精确计算测区内的曝光点坐标、航摄高度和像控点数量，估算像控布设、影像处理所需的工期和人员、设备等的投入。无人机起飞前，要对航摄仪器做基本检查，提前对无人机电池、电脑、GPS 等设备进行充电，检查各种设备配件是否佩戴齐全。

在航摄设计时，要对整个测区进行区域划分，保证各个测区之间无缝衔接，避免出现漏飞的情况。航向重叠度一般设定为70%~80%，保证测区地面最高点的航向重叠度不小于60%；旁向重叠度一般设定为45%~50%，保证测区地面最高点的旁向地面重叠度不小于30%。影像分辨率满足1∶500、1∶1 000、1∶2 000 比例尺，地面最低点的分辨率不小于0.05 m、0.1 m、0.2 m。

2.2.2 航飞作业阶段

在进行无人机航测的过程中，应选择光照强度较好的晴朗天气中10 点至16 点这个时间段进行作业，航飞过程需要时刻关注无人机的飞行状态，拍摄得到的像片控制点的目标影像要清晰，防止出现卫星信号失联现象。飞行时应选择远离高层建筑、电线杆以及水域等区域为起降点，降落可选择直线或盘旋降落方式，在降落停稳后静止5 min~10 min，以保证数据的完整性和准确性。

2.2.3 影像数据处理和精度分析

将无人机航测数据进行下载和质量检查，确保各项数据正常、准确后才能使用该数据。数据的检查工作主要包含了数据质量的检查，即检查数据是否覆盖整个测区、相片质量是否符合要求等。

将满足要求的航测数据进行空三加密和数字正射影像制作，生产正射影像工作底图时，人机搭载的数码相机必须经过几何校验，校验精度应满足主点坐标中误差不大于10 μm，主距中误差不大于5 μm，经过畸变差方程式及测定的系数值拟合后，残余畸变差应小于0.3个像素，以此完成测区应用的地图设计[6]。

本次作业准备的硬件设备主要包括：无人机、GPS、全站仪、外业调查PAD、高性能计算机等外业工作设备。软件设备包括：ArcGIS、AutoCAD、Photoshop、CC（Context Capture）、Map Matrix、inpho等常用软件。具体航摄作业流程如图2所示。

图2 航摄作业流程

2.3 内业解译

2.3.1 土地权属

在我国，所有权和使用权是土地权属的两种方式，土地权属调查主要是对某块土地的权利人、面积、界址、四至、坐落、界线等相关信息，进行所有权、使用权或经营权状况调查[7]。本项目土地权属范围确定主要是依据现有的土地权属成果或权属证明材料绘制权属界线。已发证的直接根据发证界址点绘制发证边界，并录入权属证号、坐落、面积等信息。未发证的根据历史权属来源证明材料的坐标信息绘制边界，并录入相关信息。

2.3.2 土地经营管理

本项目中的土地经营管理主要是公民对农场土地的承包经营，其权利内容由合同约定。包括办公住宅用地、职工承包经营土地、对外租赁土地、自主农业开发用地、自主二三产业开发用地、对外合作项目用地、闲置建设用地、被侵占土地、被回收土地、其他土地共10种类型。

土地经营管理范围的确定是以现有的土地经营合同、承包及租赁费用收缴财务报表，以土地流转等管理台账等为基础，以高精度的遥感影像为底图，土地使用人或委托指界人依次在高精度底图上指认地块四至范围，在现场进行土地经营范围的绘制，并结合外业指界分类核查经营管理登记信息和经营管理现状。对于有边界争议的承包地块，应解决争议后再进行调查，当调查现场不能处理时，应记录争议情况，对无法调查的区域，标注“争议区域”。

2.3.3 土地利用现状

土地利用是指在权属界线内的各类用地面积、分布和利用状况。查清并掌握土地资源现状和变化[8]，对缓解土地资源紧张，科学合理使用土地资源，促进农场经济可持续发展具有十分重要的意义和现实价值。本项目基于正射影像底图，依据三调的土地利用分类标准如耕地、林地、园地、草地、商服用地等进行细化，再逐地块进行边界判读，并录入地类代码、地类名称、种植作物类型等相关信息，如无法判读的地块要进行外业举证调查。

3 无人机航测技术在土地承包经营权确权中的优点浅析

3.1 时效性强

普通的遥感影像从卫星拍摄到成果交付使用往往需要几个月甚至一年的时间，这就导致了时效性达不到作业要求，而无人机可以在某一天的某个时段进行作业，尤其在小范围测区优势更明显[9]。无人机航空摄影受地理环境和气候因素影响较小，一天可以飞行多次，有效的拍摄时间较长，工作效率高。并且在进行土地确权工作时能够将测绘工作中发现的问题及时反馈给相关工作人员，以便能够进行快速更改，生成被检区域清晰、详细的影像资料和各种基础数据，大大提高了项目总体效率[10]。

3.2 灵活性强

无人机起飞条件简单，对起飞场地没有太大的要求，在空地、草地等多种地理环境中均能实现快速起飞，可进行弹射起飞，通过降落伞及滑行方式落回指定地面，实时获取准确的遥感影像资料，制作的调查底图数据时效性强、准确度高。同时，无人机可以拆卸装箱，携带比较方便，可迅速到达测区[7]。而采用传统方法在地形复杂的区域进行土地确权工作，往往需要消耗更多的财力、物力，并且某些区域人工难以到达测量。

3.3 作业精准

传统的卫星影像如哨兵、Landsat、WorldView、高分系列等等，虽然光谱分辨率高，卫片上地物及植被色彩丰富，但是空间分辨率低，不论是计算机自动分类、人工解译还是现地对照勾绘都易造成地类分类上的错误[11]。而且极易受云、雨、雪、沙尘、雾霾的干扰，在天气恶劣的情况下卫星影像质量会受到负面影响。

而无人机可以进行超低空飞行，飞行高度可小于100 m，且携带的数码设备覆盖范围广，可搭载普通相机实现垂直成像，搭载两镜头或五镜头倾斜相机实现倾斜成像，获得的影像分辨率可达亚米级的精度，可制作高分辨率数字正射影像（DOM）[7]，能清晰有效识别道路、沟渠、田埂等地物以准确判读地块边界。

本项目在抽样质检中，按土地权属30%、土地经营管理20%和土地利用20%的比例，随机抽查了10 403个地块图斑进行实地核查，其中错误地块图斑140个，正确率达98.65%，完全符合作业标准。

3.4 成本低、安全性高

与传统的测绘技术相比，无人机航测的应用具有相对较低的投入成本和较高的安全系数。无人机体型较小、结构简单，可灵活拆装，携带方便，一定程度上降低了运输成本，其操作简单、灵活性强的特点，可以减少作业人员，缩短作业周期，较大程度上降低了实施成本。

同时，在控制飞行的基础上，操作人员可以提前设计飞行路线，避免飞行过程中发生意外。飞行过程中，还可以很好地进行故障处理和诊断，显示故障，并在发生故障时自动返航，确保其运行安全。在某些对人的生命安全有危害的环境下（如森林火灾、火山喷发、有毒气体、地震等）能够直接获取影像，即便设备出现故障，发生坠机等情况也不会造成人身伤害。有效避免了人员伤亡的危险，具有较强的安全性和广阔的适用范围。

4 无人机航测技术在土地承包经营权中确权的缺点浅析

4.1 续航时间短、作业范围小

目前一般低空无人机续航时间只有短短的几十分钟，这其实是一个综合考虑了续航、成本、便携性、实用性、稳定性的结果。一方面，电池容量、电压、放电电流大小是影响无人机续航时间长短的主要因素。受到锂电池原材料性能和电池技术的限制，如果因为技术升级成本较高，可实现性较难，而增加无人机的电池数量或重量，这会导致机身重量增加，同时无人机的功耗也随之增加。另一方面，现在的无人机普遍采用的是四轴旋翼的设计，在向前飞行时是依靠尾部两个旋翼提高转速增大升力使无人机能向前运动，当无人机整体向前倾时，增大了空气阻力从而导致消耗更多的电能。除了自身因素以外，外部环境因素和一些可变因素也会影响无人机的续航能力，比如飞行速度和高度、大气温度和湿度、飞行中机动动作以及风力环境等等。对于大面积的测区，只能进行多次更换电池反复作业，这无疑增加了工作时间，降低了工作效率。

4.2 像控点布设困难

像控点是摄影测量控制加密和测图的基础，像控点目标选择的好坏和知识点位的准确度，直接影响测量结果的精度[12]。虽然无人机可以灵活拍摄，但是野外像控点的布设仍然是个难题。

常规的要求是平面点位应在影像清晰的面点位选取。高程点位的选取应在局部高程变化小且点位周围相对平坦的地区进行[13]。平高控制点的点位目标应同时满足平面和高程控制点对点位目标的要求。像控点在相邻像片上均清晰可见，并选择最清晰的一张作为主刺片。但在实际测量工作中，由于一些测量人员的业务知识不扎实，在进行野外对测区像控刺点的测量时，没有注意到平面点位、高程点位、平高控制点位的选取应满足哪些要求，导致测量出来的数据不准确，无法满足工作要求。

此外，野外作业地区一般地形比较复杂，工作时还可能要穿越河流、山谷、沼泽地等等，且有时准备工作不充分，如设备电量不足、物资不足等，都会给野外测量工作者带来极大的安全隐患。

除了保证像控点布设合理外，还要通过GPS 进行定位[9]。但是在实际应用的时候，GPS 信号容易受到环境的干扰，如飞行器上方有遮挡，或飞行器周围环境有强磁场或金属物体、高压电塔等，会造成GPS信号弱或信号丢失，从而给野外测区像控刺点布设工作带来了困难。

4.3 受植被覆盖程度影响

植被覆盖程度和植物生长过程往往影响地块边界的判读，在作业中，由于该农场主要是种植甘蔗、柑橘等经济作物，此类植物的枝叶较大，茂密的枝叶会完全覆盖地块的边界，导致地块边界的判读不够准确，造成一定的模糊和纠纷，只能跟农户面对面沟通交流，反复修改，甚至要多次到实地进行查看才能得出结果。

4.4 无人机航测技术普及率不够高

土地确权是一项繁琐和复杂的工作，涉及多方利益，在考虑不充分的情况下容易引发纠纷，产生不良后果，因此需要多方协调、仔细沟通、及时修改才能得出最终的结果。但由于青壮年的外出，村里只剩下老人和小孩，对于无人机航测技术较为陌生，他们认为基础的皮尺丈量、手持GPS 测量更准确，这给土地确权工作带来了不小的压力，同时也说明无人机航测技术的普及工作任重而道远。