基于倾斜摄影测量技术的茶园数字化确权研究

杨剑秋 程素丹 何沛荣

（杭州市勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

1 引言

近年来，全国各地正在依法有序开展土地确权登记工作[1]，通过土地确权明确相关权利人的合法权益，掌握土地开发利用现状，为加强土地管理、解决土地承包经营纠纷、维护农民土地承包合法权益提供有力支撑[2]。茶叶是我国重要的经济作物，其种植种类、范围、面积和权利人等信息对茶叶产业布局发展和数字化管理具有重要作用，开展茶园数字化确权工作有利于推动茶产业发展和管理。目前，由于土地确权工作主要在农村宅基地和集体农用地等领域开展[3]，在茶园确权方面研究较少。基于茶园地类地形的实际特点，采用先进的测量技术，完成茶园数字化确权工作，具有较强的研究意义和实践意义。

本文以实际工程项目为依托，采用无人机倾斜摄影测量技术，开展了某县20 万亩茶园确权工作，实现了茶园权属信息数字化，研究内容和结果可为后续茶园智能化监测提供基础数据支撑，为相关工程应用提供参考。

2 测区概况

某县是白茶产业的发源地，茶叶已成为该县主要产业。为加强茶叶产业化管理，需了解该县20 万亩茶叶的种植范围、面积、权利人等信息。该县下辖14 个乡镇街道、214 个行政村（社区），拥有乡镇街道和行政村（社区）的地理边界矢量数据。目前，该县已完成全县1∶2000 数字高程模型生产，浙江省连续运行卫星定位系统（ZJCORS）已覆盖该县。该县地形呈三面环山、中间凹陷的辐聚状盆地地形，包括平原、丘陵和高山地三种地类，县境最高山海拔1587.4 米，地势西南高、东北低，地形起伏高差大、垂直气候较明显，风向季节变化明显，夏季盛行东南风，冬季盛行西北风。常年平均气温16.1℃，年平均日较差9.8℃，年降水量1423.4 毫米，年雨日152.8 天，年日照时数1771.7 小时。

3 倾斜摄影测量

项目利用无人机倾斜摄影测量技术，获取测区0.15 米分辨率影像，并制作1∶2000 正射影像图。

3.1 像控点布设

像控点测量采用区域网布点方案，每平方公里至少布设一个像控点，每个像控点需布设在五片以上重叠范围内[4]，且全部布设成平高点。像控点应统一、均匀布设[5]，各分区之间不产生裂缝。项目采用ZJCORS 服务系统的网络RTK 技术测定像控点坐标，观测像控点时，应在RTK 固定解稳定收敛后进行，RTK 单次观测的平面收敛精度应不大于2cm，高程收敛精度不大于3cm[6]。像控点观测2 次，每次观测之间应重新初始化，每次观测历元数为15 个，采样间隔2s[7]，像控点的平面坐标和高程坐标应精确记录至0.001m。像控点测量完成后，选择不少于总数10%的像控点进行检测。测量完成后，重新均匀布设不少于总数10%的检查像控点，用于检测正射影像数据的平面精度和高程精度。

3.2 无人机航空摄影

项目采用大鹏CW-15 固定翼无人机搭载SONY a7R Ⅱ正射航摄相机进行作业。根据现场踏勘情况，作业区包括平原、丘陵和高山地等区域，主要为丘陵和高山地。将作业区划分为3 个航摄分区，分区内的地形高差不大于1/4 相对航高。在丘陵和高山地采集数据时，采用大重叠度以解决投影差带来的数字影像自动匹配困难问题[8]，为此设计航向重叠度为60%～70%，旁向重叠度为50%～60%[9]。根据航摄技术参数计算表以及航摄分区的形状分布，项目航线沿山体走向设计，同时，航向超出摄区边界2 条基线，旁向覆盖超出摄区边界线不少于像幅的50%，相对航高设置为1167m。航线敷设时引入数字高程模型（DEM）数据，能自动根据地形起伏调整曝光点之间的基线长，从而在航摄设计阶段杜绝了航摄漏洞的发生，项目航线设计如图1 所示。

图1 航线设计

3.3 数据处理

由于大气对光的折射、吸收和散射直接影响航空影像的色差、色调和清晰度，不同时期的航空影像存在一定程度上的色调差异，因此需要对原始航空影像进行匀光匀色处理。处理时，先通过匀色软件进行整体匀光，再利用图像处理软件进行局部调整，然后采用Wallis 整体匀光和小波滤波法进行整体匀光[10]。匀光匀色处理后，采用Pix 4D 摄影测量软件进行空中三角测量和平差解算，在该软件中直接导入航摄相机参数和外业像控点成果，通过自动匹配相关影像产生匹配点，对于点位不足的区域进行人工加点。在像片上量测外业像控点后，通过光束法区域网平差后，输出加密成果。

3.4 数字正射影像生产

数字正射影像图生产是利用空三加密成果、影像数据进行单片正射纠正、镶嵌处理、影像色彩处理等生产标准分幅的数字正射影像图成果[11]。利用Pix 4D 摄影测量软件进行镶嵌线全自动生成，并采用人机交互模式，对自动生成的镶嵌线走向不合理地方进行编辑和修改，确保地物的完整性、房屋倒向合理性，不增减地物，避免重影、错位等现象，实现相邻单片正射影像的无缝镶嵌。制作的数字正射影像（DOM）如图2 所示。

图2 数字正射影像

4 茶园测绘

茶园测绘时，先以数字正射影像（DOM）为底图，叠加乡镇街道、行政村等界线数据，形成调查底图，然后根据现场权属调查成果，采用“图解+实测”相结合的方式制作茶园红线图，再利用DOM、DEM 及茶园红线计算每个茶园地块的面积。具体流程如下：

4.1 调查底图制作

利用ArcGIS 软件制作茶园权属调查的工作底图，在ArcGIS 软件中加载DOM 数据、行政村界线的矢量数据，进行符号化处理，形成统一的调查工作底图。调查工作底图可根据工作需要以行政村（社区）为单元打印成纸质图。

4.2 权属调查

以行政村（社区）为调查基本单元开展权属调查，结合调查工作底图，由该行政村（社区）各茶园权利人现场指界，确认茶园的空间位置、范围、茶叶品种及权属等信息，形成调查草图。

4.3 茶园测绘

基于外业权属调查成果，内业人员开展茶园测绘工作。茶园测绘主要包括茶园测量和茶园面积计算等内容。参考以往确权工作实践经验来看，茶园测量主要采用图解法和实测法两种方式进行。图解法是利用已生产的DOM 数据，基于调查草图通过图解量算获取茶园红线的一种方法，也是获取茶园红线最有效、最便捷的方法。采用图解法可以精确测定每个茶园的空间位置和形状等信息。根据界址点测量规范，利用图解法测量时，相邻界址点间距中误差不超过表1 中的规定，两倍中误差为其限差，特殊困难地区放宽50%。按照图解法，对照调查工作底图，完成测区茶园测绘工作。经计算，本次图解法界址点精度指标均符合表1 的规定要求。

表1 图解法界址点精度指标

当茶园间没有明显界线，或受树木遮挡等因素影响，无法在内业通过图解法测定时，需要采用网络RTK 技术或全站仪极坐标法，到现场测量茶园范围的界址点坐标。实测法测量时，相邻界址点间距中误差不超过表2 的规定，两倍中误差为其限差。通过实测法，完成剩余部分的测绘工作，经计算，实测法界址点精度指标均符合表2 的规定要求。

表2 实测法界址点精度指标

4.4 面积计算

茶园测绘完成后，还需要进行面积计算。茶园面积包括平面投影面积和坡度面积两类，坡度面积也就是茶园的表面积。根据茶园特性，坡度面积相对于平面投影面积更具有实际意义，因此本文采用坡度面积。每个茶园的平面投影面积由ArcGIS 根据DOM 数据直接计算，坡度面积计算首先将DEM 数据按照茶园红线进行批量裁切，再利用ArcGIS 软件的坡度计算工具，计算出每个茶园的坡度面积，并将面积单位由平方米转为亩。坡度面积计算如图3 所示。

图3 坡度面积计算

4.5 成果检查

项目采用权利人签字率和随机面积精度检测这两种方式检验确权成果。根据茶园权属调查登记表，项目共完成46492 个茶园地块20.5 万亩茶园权属调查及成果公示工作，茶园地块和茶园面积的签字确认率分别为95.18%和93.50%，满足现场指界确认率不低于90%的要求。随机抽取326 个茶园地块进行面积精度检测，最大面积测量误差为3.9%，最小面积测量误差为1.4%，平均3.0%，符合面积测量误差在5%以内的要求。成果检查结果表明本次茶园确权结果符合要求。

5 结束语

本文基于茶园地形特征，采用无人机倾斜摄影测量技术进行数字化确权，介绍了倾斜摄影测量和茶园测绘技术流程，成果检查发现茶园面积测量误差为3%，表明该技术能满足茶园确权要求，研究内容可为相关工作提供技术参考。无人机倾斜摄影测量技术具有测量精度高、工作效率高、投入成本低等特点，在茶园地形地貌测绘和智慧化监管中具有较好的应用前景。