王岳

(山東省物化探勘查院，山東 濟南　250013)

菏澤市利用無人機航空攝影測量進行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作的可行性研究

王岳

(山東省物化探勘查院，山東 濟南250013)

利用無人機對選定的試驗區(qū)進行低空航空攝影測量，制作數(shù)字正射影像和數(shù)字地形圖并利用野外實測的界址數(shù)據(jù)進行線性糾正，取得試驗區(qū)1∶500地籍圖，再通過與已有的外業(yè)實測數(shù)據(jù)進行對比和精度檢核，驗證在該地區(qū)利用無人機航空攝影測量進行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的可行性。

無人機；航空攝影測量；農(nóng)村集體土地使用權(quán)；菏澤市

引文格式：王岳.菏澤市利用無人機航空攝影測量進行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作的可行性研究[J].山東國土資源，2015，31(5)：82-85.WANG Yue. The Feasibility Study on Verification of Rural Collective Land Use by Using UAV Areophotogrammetry in Heze City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：82-85.

0　引言

農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)工作通常采用野外實測的作業(yè)方案，工作量大，需要投入大量的作業(yè)人員，且成圖周期長、資金投入大[1]。菏澤市大部分地區(qū)村莊建設(shè)缺乏科學的規(guī)劃指導，農(nóng)村集體土地管理存在缺失，導致該地區(qū)普遍存在村莊“散、亂、小”的現(xiàn)象，土地利用比較粗放，因此作業(yè)人員在采集地形要素和權(quán)屬要素時非常困難，傳統(tǒng)作業(yè)方法的缺點更加突出。

結(jié)合工作實際，選擇菏澤市東明縣東明集鎮(zhèn)的城子村和胡莊村進行小區(qū)域試驗，對利用無人機航空攝影測量進行農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的技術(shù)方案進行驗證，并對其成果進行評價。

1　試驗概況

1.1試驗?zāi)康募爸饕蝿?wù)

該次試驗采用低空無人機航空攝影測量技術(shù)來完成農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測量的工作，并從成圖精度、作業(yè)方法、作業(yè)效率、時間安排和作業(yè)成本等多個方面進行驗證，探索采用無人機航空攝影測量技術(shù)在菏澤市進行農(nóng)村集體土地確權(quán)的應(yīng)用方式、方法及流程。試驗以無人機航空影像為主要信息源，采用全數(shù)字立體測量方法結(jié)合野外調(diào)繪制作數(shù)字線劃圖成果，再與全野外測量獲取的地籍圖進行對比，以全野外測圖成果為真值，對采用航測法取得的成果進行精度分析，為農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證工作的地籍圖測量探索新的途徑。

1.2試驗區(qū)概況及現(xiàn)有資料

試驗區(qū)選擇位于東明縣城南16km，東明集鎮(zhèn)政府駐地西側(cè)0.5km處的城子村和東明集鎮(zhèn)南約1.8km處的胡莊村，屬于黃河沖積平原，地勢平坦，有利于航測工作的進行。目前已有通過外業(yè)實測取得的城子村和胡莊村1∶500比例尺地籍圖和界址點、界址線成果。

2　技術(shù)指標

2.1數(shù)學基礎(chǔ)

平面坐標系統(tǒng)：1980西安坐標系，高斯-克呂格投影，任意分帶，中央經(jīng)線為115°；高程系統(tǒng)：1985國家高程基準。

2.2精度要求

(1)像控點精度：要求符合《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》GB/T7931-2008中6.1精度要求的規(guī)定：平面控制點和平高控制點相對鄰近基礎(chǔ)控制點的平面位置中誤差不應(yīng)超過地物點平面位置中誤差的1/5。高程控制點和平高控制點相對鄰近基礎(chǔ)控制點的高程中誤差不應(yīng)超過基本等高距的1/10[2]。

(2)地物點精度：誤差要求符合《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中5.3.3表5的規(guī)定：相鄰界址點間、界址點與鄰近地物點間距的圖上中誤差為±0.3mm，限差為±0.6mm；鄰近地物點間距的圖上中誤差為±0.4mm，限差為±0.8mm；界址點與鄰近控制點的圖上點位中誤差為±0.3mm，限差為±0.6mm；地物點與鄰近控制點的圖上點位中誤差為±0.5mm，限差為±1.0mm[3]。

(3)界址點精度：界址點相對鄰近控制點點位誤差，相鄰界址點間距誤差要求符合《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中5.3.2.2表3的規(guī)定：一級界址點中誤差為±5cm，限差為±10cm；二級界址點中誤差為±7.5cm，限差為±15cm；三級界址點中誤差為±10cm，限差為±20cm[3]。

3　技術(shù)方法

3.1工作流程

該次無人機低空攝影測量試驗工作流程如圖1所示：

圖1　作業(yè)流程圖(當?shù)匚稂c與界址點在實地是同一位置時，以野外實測界址點的坐標替換航測采集坐標)

3.2無人機航空攝影

(1)無人機的選擇：采用固定翼無人機，設(shè)備性能見表1：

表1　試驗設(shè)備性能指標

(2)相機選擇：采用佳能 EOS 5D Mark II型數(shù)碼相機。

(3)航攝參數(shù)選擇：像元大小為6.4um，像幅大小為5616×3744。采用35mm定焦鏡頭。地面分辨率、焦距、航高及比例尺的選擇見表2：

(4)航攝時間選擇：航空攝影選在能見度較高的晴朗天氣，風速3級以內(nèi)的時間段進行，該次航攝時間在2013年3月11號上午12點40分至13點進行，太陽高度角大于50°；陰影倍數(shù)小于1；航空成果符合《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》CH/Z3005-2010的要求[2]。

表2　 航攝參數(shù)

航空攝影航線設(shè)定：該次航飛方向為南北向飛行，經(jīng)計算確定基線長度為60m，航線間距為130m，按照試驗區(qū)域設(shè)定飛行航線，城子村為8條航線；胡莊村為7條航線；航跡坐標采用GPS導航。

(5)攝影質(zhì)量：攝區(qū)邊界線覆蓋試驗區(qū)域，沒有航攝漏洞。航向重疊度60%，旁向重疊40%；旋偏角小于5°；影像質(zhì)量較好，影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調(diào)一致，滿足外業(yè)精確調(diào)繪和室內(nèi)判讀的要求。

采用德國Inpho航空攝影測量專業(yè)軟件對重疊度、旋偏角、航攝漏洞等進行檢查。

由于該次無人機航飛采用了先進的GPS衛(wèi)星定位+慣導自主飛行、航跡高度和姿態(tài)高精度自動控制等一系列先進技術(shù)，航飛成果滿足該次試驗要求。

3.3影像圖制作

利用航飛參數(shù)，在Inpho全數(shù)字攝影測量工作站下，快速建立自由網(wǎng)模型連接影像，按照1∶500比例尺圖幅裁切，形成地籍調(diào)查影像工作底圖，用于像控點和界址點的布設(shè)量測、地籍要素屬性信息的調(diào)查等。

3.4像控點的布設(shè)和測量

像控點要求村莊外圍控制點的連線要包住整個村莊。每個村莊內(nèi)要均勻測量5個以上檢查點，以便衡量空三加密和測圖精度。

(1)像控點布設(shè)：兩試驗區(qū)均采用每條航線間隔2個基線布設(shè)1個像控點的方法進行像控點的布控。城子村布設(shè)像控點42個，其中平高點30個；胡莊村布設(shè)像控點44個，其中平高點37個。

(2)像控點量測：利用基于SDCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK方法進行像控點測量，觀測過程中嚴格控制人為誤差。該次試驗區(qū)像控布設(shè)及量測成果，滿足《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》GB/T 7930-2008的要求。

3.5數(shù)字空三加密

數(shù)字空中三角測量使用基于Inpho的Match-AT空三平差軟件進行平差，分為城子村和胡莊村2個區(qū)域網(wǎng)。

試驗區(qū)空三加密前，使用PixcelGrid系統(tǒng)進行航攝影像畸變差校正，然后采用Match-AT軟件，建立局域網(wǎng)工程、自動連接點、手動添加連接點及像控點、粗差剔除、區(qū)域網(wǎng)平差等一系列工作，完成數(shù)字空三加密工作。連接點中誤差在1.5um左右，在1/4～1/5個像素之間，與大飛機搭載的常規(guī)數(shù)碼航攝相機能達到的精度相當[4]。區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果：

(1)城子村。使用了77張影像。城子村整個區(qū)域共計6條航線，經(jīng)過加密計算，最終得到像控點平面中誤差為0.073m，高程中誤差為0.035m。在解算報告中，連接點中誤差為0.0013mm。以上數(shù)據(jù)均滿足低空航空攝影測量規(guī)范標準。

(2)胡莊村。使用了60張影像。胡莊整個區(qū)域共計6條航線，經(jīng)過加密計算，最終得到像控點平面中誤差為0.072m，高程中誤差為0.031m。在解算報告中連接點的中誤差為0.0015mm, 以上數(shù)據(jù)均滿足低空航空攝影測量規(guī)范標準。

3.6數(shù)字化采集

在全數(shù)字攝影測量工作站Mapmatrix上進行立體采集地籍要素。內(nèi)業(yè)測繪時根據(jù)影像上地物的構(gòu)像所形成的各自的幾何特性和物理特性如形狀、大小、色調(diào)、陰影和相互關(guān)系等來識別地物內(nèi)容，確定所有地物的輪廓特征。對立體判讀有疑問的影像加注說明，盡量為下道工序提供準確、可靠、完整的數(shù)據(jù)。

數(shù)字化采集以“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”為原則，采集時每個宗地單元盡量在同一個立體像對下完成。鑒于該次成圖精度要求較高，立體采集時要求影像放大倍數(shù)不小于3倍，采集嚴格切準建筑物的邊線，像對間接邊差超過0.1m時，反饋到空三加密工序，由加密人員確定是否存在像片連接點或像控點誤差。分辨不明或無法準確定位的地物做出標注，留待外業(yè)補測處理。

3.7外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪采用航測立體采集的數(shù)字線劃圖作為工作底圖，主要針對居民地及附屬設(shè)施、道路、河流、名稱等涉及地籍圖表示的要素，主要工作為地物修補測、房檐改正和精度檢查。

檢查基于無人機低空航測的成圖精度是該次試驗的主要目的之一，而房屋精度是衡量成圖精度的重要指標。航空攝影測量為正射投影，數(shù)字線劃圖表示的房屋為房頂邊線，而實測地籍圖上表示的房屋為房基線，故房檐改正對房屋的精度有很大的影響，其準確程度將直接影響到該次試驗結(jié)果的可靠性，因此，要求所有房檐都必須實地調(diào)查標注。房檐改正精度應(yīng)控制在實地3cm以內(nèi)。

3.8數(shù)據(jù)編輯

數(shù)據(jù)編輯采用南方CASS軟件進行，以村莊為單位進行編輯。其主要工作包括：

(1)利用外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)對航測采集的線劃圖進行修改，包括：房檐改正，圖面整理、文字注記和要素屬性修改。

(2)根據(jù)權(quán)屬調(diào)查資料和外業(yè)實測的界址點、界址線對航測采集的地籍要素進行核實、校正。

(3)按照《地籍圖圖式》要求對村莊地籍圖進行分幅及整飾。

4　精度統(tǒng)計

精度統(tǒng)計分為平面點位中誤差的計算和間距中誤差的計算，城子村和胡莊村分別進行統(tǒng)計。

平面中誤差的計算是以全外業(yè)實測1∶500地籍圖數(shù)據(jù)作為真值，與無人機航測法1∶500地籍圖數(shù)據(jù)比較。其中胡莊村選取102對數(shù)據(jù)，最大較差為△X=0.33m,△Y=0.315m,△S=0.335m；城子村選取60對數(shù)據(jù)，最大較差為△X=0.285m,△Y=0.252m,△S=0.312m(表3)。

表3　平面點位精度

間距中誤差的計算以全外業(yè)實測1∶500地籍圖數(shù)據(jù)要素邊長或要素間距作為真值，與無人機航測法1∶500地籍圖數(shù)據(jù)要素邊長或要素間距比較。兩試驗區(qū)各選取30對數(shù)據(jù)計算，其中胡莊村最大較差為0.28m，間距中誤差為0.12m；城子村最大較差為0.17m，間距中誤差為0.1m。

5　試驗結(jié)論

根據(jù)試驗區(qū)全野外測圖和利用無人機航測法2種成圖方法比較作出的精度統(tǒng)計，檢測數(shù)據(jù)的中誤差和最大誤差在設(shè)計要求范圍之內(nèi)，完全滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》TDT 1001-2012中的要求，因此，采用低空無人機航空攝影測量技術(shù)，在各項測量工作中，嚴格控制各項技術(shù)指標，能滿足農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測繪工作的精度要求。

試驗過程證明，利用無人機航測法能夠大大加快工作速度、減少人員投入，并能獲取正射影像圖和數(shù)字線劃圖2種成果。其中正射影像圖可以直接作為權(quán)屬調(diào)查的工作底圖使用，所以權(quán)屬調(diào)查工作可以與線劃圖成圖工作同步進行。通過優(yōu)化技術(shù)路線，可以有效地縮短工作周期，從而降低作業(yè)成本。

無人機航測法難以達到界址測量所要求的界址點的精度，因此，界址點需要全野外測量。此外地物要素測量受飛行季節(jié)影響，夏季植被茂密時，部分地物點會受到遮擋，內(nèi)業(yè)判讀會受影響，需野外補測。

為提高成果精度，可以加大航向重疊度，一般航向重疊度在70%～80%，旁向重疊度在40%為宜；還可以增加校正點的數(shù)量。

該次利用低空無人機航空攝影測量技術(shù)用于農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)發(fā)證地籍圖測量的試驗，是在地勢平坦地區(qū)進行的，試驗成果達到了預(yù)期的精度，但在用于丘陵、山地的地籍圖測量，還有待于進一步驗證[5]。

[1]呂長廣.航測技術(shù)在土地調(diào)查工作中的應(yīng)用研究[J].山東國土資源，2007，23(12):1-2.

[2]1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范 GB/T15967-2008[S].

[3]地籍調(diào)查規(guī)程 TD 1001-2012[S].

[4]高文革，范永杰，宋倩，等.空三加密在數(shù)字攝影測量中的精度分析[J].山東國土資源，2010,26,(12):26-29.

[5]陳華剛，王昌翰.低空數(shù)字攝影系統(tǒng)在山地區(qū)域制作1∶500數(shù)字線劃圖的試驗研究[J].測繪與空間地理信息，2008,31(2):157-166.

The Feasibility Study on Verification of Rural Collective Land Use by Using UAV Areophotogrammetry in Heze City

WANG Yue

(Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute，Shandong Jinan 250013，China)

By using UAV, low-altitude aerophotogrammetry of selected studying area has been carried out, digital orthophoto map and digital topographic map have been made. Cadastral map with the scale of 1∶500 is generated with linear rectification of field observed boundary data. Comparing with existing field observed data and checking the accuracy, it is showed that the feasibility of issuing certificates for rural collective land by using UAV areophotogrammetry is verified.

UAV; aerophotogrammetry; rural collective land using right; Heze city

2014-12-09；

2015-02-02；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王岳(1985—)，男，山東德州人，工程師，主要從事測繪和地理信息系統(tǒng)建設(shè)工作；E-mail:wangyue_no1@sina.com

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