基于无人机航摄的土地确权调查研究.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于无人机航摄的土地确权调查研究吕婵媛 卢彬(北京星天地信息科技有限公司 北京 102200)摘要：该文针对农村土地承包经营的确权问题，基于无人机航拍和摄影测量技术，实现农村土地面积、界址、位置和权属方面的调查。首先，利用搭载光学相机的无人机航拍各个村落，获取作业区域内的影像数据和对应的POS数据。其次，利用Inpho软件对具有少量的地面控制点进行空三加密，密集匹配生成数字表面模型（DSM），地物对象滤除获得数字高程（DEM），再进行数字微分纠正，制作数字正射影像（DOM）。最后，将DOM结合矢量图、基本农田保护等级的分类，获取土地边界信息，确定经营权属。实验测试表明：测点位置精度远高于农村土地权属调查中规定的精度要求。关键词：无人机 DOM 土地确权 矢量图采集中图分类号：P231文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0026-04Investigation and Research on Determining Land Ownership Based on UAV Aerial PhotographyLYU Chanyuan LU Bin(Beijing Xingtiandi Information Technology Co.,Ltd.,Beijing,102200 China)Abstract:Aiming at determining the right to rural land contractual management,based on UAV aerial photography and photogrammetry technology,this paper realizes the investigation of rural land area,boundary,location and ownership.First,it uses UAVs equipped with optical cameras to take aerial photos of each village,and obtains image data and corresponding POS data in the operation area.Secondly,it uses the Inpho software to encrypt a small number of ground control points,generate a digital surface model(DSM)by densely matching,filter out ground objects to obtain a digital elevation model(DEM),and then conduct digital differential correction to produce a digital orthophoto map(DOM).Finally,it combines the DOM with vectorgraphs and the classification of basic farmland protection grades to obtain land boundary information and determine management ownership.The experimental test shows that the location accuracy of the measuring point is much higher than the accuracy requirements specified in the rural land ownership survey.Key Words:UAV;DOM;Determine land ownership;Vector image acquisition为了更好地解决“三农”问题，根据现有的土地承包合同和农村集体土地所有权的登记结果，全国开展了农村土地承包经营权登记证明工作。这次登记工作的主要任务由于过去技术条件落后，农村集体土地所有制范围内的每户都属于农村集体土地所有制范围，在承包宗地的数量、分布、面积等方面存在边界和面积不准确等问题，通过颁发农村土地合同登记证书，采用新技术和新方法解决土地分配不明确和合同记录不充分的问题，农民获得了合同证书的法律效力，从而进一步改进了现有的土地合同登记制度1。编制地块分布图和勘察信息公示表，对发包人和承包人进行权属调查，更正勘误、调查地图利用了调查审查结果、公布调查结果和建立数据库。近年来，随着全球定位系统技术的迅速发展，全球定位系统测量变得更加精确，飞机变得更轻、更小。这导致在无人驾驶的航空测量中逐步和广泛地应用全球定位系统。本文利用无人机低空摄影测量技术制作了测量地图。无人飞机的飞行对起降环境的要求很低，它可以DOI：10.16661/ki.1672-3791.2212-5042-0555作者简介：吕婵媛（1983），女，本科，工程师，研究方向为摄影测量与遥感。26SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 信 息 与 智 能科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION每天飞行多次，飞行空间很大。根据对基本地形图的需要，以获得原始图像和数字影像，可以确定地面分辨率、高度、空中摄影等，从而为农村地区土地承包合同登记的迅速发展提供良好的基础。无人机航空摄影技术的使用，并缩短了该项目的运作周期，使这项工作在工作效率方面取得了重大进展。1 试验区概况与作业流程1.1 试验区概况试验项目位于北京市延庆区，总面积约1.8 km2。耕地分布一般为山谷垄田或平原，耕地分布相对分散，整体测区地形与耕地分布情况比较具有代表性，所以选择该测区作为试验区，经过测试论证的工作技术方案有利于在全省其他县市推广。该试验区在图像上可以清晰地区分田埂、田间道路、沟渠、池塘、山脊和居民区的边界，有利于后期对承包地的识别，为此，在这一进程中，笔者采用将航空摄影测量结合、实地调查及RTK实测法，确定农村土地包经营权与颁发经营权证书。首先，可以通过使用固定翼飞机获得真实颜色的原始图像，制作DOM数据，以绘制底图，从而缩短项目周期。1.2 作业流程项目利用Pentax 645d数码航空相机和采用固定翼无人机机载POS进行航拍，获取作业区域内的影像数据和对应的POS数据，同时得到每张照片的外方位元素坐标。在空中三角测量作业过程中，笔者利用INPHO软件根据少量的地面控制点对其进行空三加密，在空三精度满足精度要求后，通过密集匹配生成DSM，再对DSM进行滤波处理2，编辑得到的DEM，根据空三加密结果和DEM进行数字微分纠正，制作数字正射影像（DOM）。获取土地边界信息，在室内作业工作中无法分辨出的地方，做出标记，利用GPS进行现场测量，可以获得更准确的合同地块边界点坐标，即合同地块边界点的坐标，这种坐标结合了航空测量和实地测量，将数据聚集在一起3。DOM结合矢量图、基本农田保护等级的分类，从而出调查底图，进行权属调查。作业流程如图1所示。2 影像数据获取与处理作为项目的一部分，笔者在试验区使用固定翼飞机和Pentax数码相机进行，以获得测区的真实原始影像和POS数据，极个别不连片的小面积复杂地区采用轻小型多旋翼无人机。通过分析POS数据，可以获得每个影像的外方位元素。利用北京 CORS 和 GNSS-RTK系统，获取像控点坐标，与POS数据进行空三测量作业，最后得到DOM在叠加其他农田数据，生成调查所需底图4。2.1 航线设计在执行飞行任务之前，所收集的大比例尺地形数据是基于现场收集的数据，而地形数据是根据实地需求中的制图精确度设计的。在此次实验中，采用75%的航向重叠设计、65%的旁向重叠设计和0.2 m的地面分辨率，计算了无人机的旁向间隔、基线长度、飞行高度等相关飞行参数。局部航摄线路设计具体见图2。2.2 像片控制点与检查点的施测对图像控制点和控制点的联合测量是利用由某地参考站连续系统支持的网络RTK技术进行的，该技术计算了每个点三项观测的平均值5。在这一项目中，所有已建立的图像控制点都是平高控制点，部分图像控制点是在图像控制点经过测试、图像控制点被用于检查和检查之后建立的，所有测量到的图像控制点都符合空三加密的精度要求。在完成图像定位和图像控制点测量过程中，从不同角度拍摄测量控制点的照片，并从不同角度拍摄照片。2.3 空三加密该项目使用常用的航测数据处理软件INPHO进行空三加密。该软件在自动匹配连接点时即使在沙漠地区，例如森林，也有很强的功能，利用这些功能可以很好地进行连接点匹配。首先是根据地区特点、添加摄像机参数并数据转换。每一个数据的参数都是通过自动匹配算法确定的，每一项任务都是通过平差程序处理的。在与图像匹配后，可以得到一份关于空三精资料收集航线规划设计无人机航摄获取影像及POS数据空三加密DSM自动生成DSM滤波DEM生成DOM制作制作DOM结合矢量底图外业像控点测量 图1 作业流程图27SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯度的报告，该位置可分为3个部分：航带内的立体相对、航带内的三度连接与航带间的连接。在输入计算的POS数据和图像控制点数据的过程中，首先将测区四角的控制点刺到影像上，进行一次粗略的区域网平差计算，然后在控制点预览中可直接在对应的影像中将其余像控点准确地刺到相应位置。2.4 正射影像制作原始图像将根据数字高程模型（DEM）数据的结果和空中三角测量结果进行校正，然后选择具有鲜艳颜色、均匀色调和所有亮度均匀的图像来生成DOM，然后逐个生成单个DOM。在镶嵌之前，首先使图像的颜色、色调均匀，并且详细处理镶嵌线附近的地物和镶嵌线两侧的颜色的转变。可以单个图像处理，也可以整体均等地处理。模糊的图像结果力求尽可能保持原始图像的颜色、亮度和对比度，从而使图像的整体色调保持一致。在实践中，首先对一张影像进行匀光匀色得到色彩一致，以此作为样本，在整个测区区域进行均匀的匀光匀色处理，从而确保所有测区区域的处理结果一致。加载全部单张DOM后，软件根据自己相应的模块能自动生成不交叉的镶嵌线，最好选择沿地物边界或变化缓慢的地区的镶嵌线，以避免高差剧烈变化的地区和典型的建筑物。3 矢量图采集与数据处理本文中矢量图的结果质量对整个调查底图的整体质量与外业实地调查的效率和质量有重大影响。矢量地图数据采集的工作通常是在全数字摄影测量软件系统上进行的。在采集过程中，虽然不需要收集勘探区内的所有地物，但只是一些具体的因素，原则上包括农村道路、合同地块边界、沟渠、居民区、池塘、陡坎等，三维立体采集是对确定和可以判断的地物和地貌要素进行的，必须在测量标志的中心正确地切掉物体的外轮廓线，并用规定的图层和符号正确地绘制。如果三维地物图像不清晰或位置不确定，应做好标记，供野外工作验证和补充测量，应精确测量可见为下一步工作提供完整的数据。野外工作收集完成后，移交现场进行实地调查核实6。该项目的立体采集工作采用航天远景采集工作站来完成，空三加密完成后，将空三成果导入该系统。由于从无人驾驶航空器的空中拍摄中获得的高分辨率和高清晰度DOM，收集的图像覆盖面较低，非常有利于影像的室内判读工作。在立体视觉状态下，可以清晰地看到承包地的边界、道路边缘、山脊、沟渠和居民区的轮廓线，认清地形的起伏。对于陡坡，给予区分陡坡的上行下行的高路程。田埂清晰可见，承包地的边界可以直接采集。如果无法区分同一土地类型和山脊，需要在野外进行现场采集。道路、河流等边界线可以在立体状态下精确采集。对内部行业无法准确判断和绘制的地物，可以进行野外测绘，然后采集数据信息，确定影像图。3.1 田块信息数据田块数据是矢量图的一个重要部分，也是整个项目执行工作的一个关键组成部分。这些图像显示了每种作物的情况，因此，很容易根据颜色区分不同作物。在平原上，大部分作物是水稻，相同影像特征的可以划分为一个地块。当同一土地类型、同一作物、同一生长趋势在影像图上无法区分时，只有在现场才能区分，通过实测法来补充和区别。勘测员与村长委派的村民开展指界工作，根据指界工作确定的承包地之间的边界点进行了现场测量，并将现场测量结果绘制在测量图中，如图3所示。3.2 调查工作底图制作将所得到的结果，也就是权属图再按照 国家基本比例尺地图图式（GB/T 20257.1-2017）的要求，进行作图修剪，形成矢量图形，一套DOM数据，农业用地信息按行政区划收集，并在1 2 000比例尺的调查图中打印。在工作过程中，使用了一个完整的数字摄影测量系统来确定立体区块的界限。从而获得了比制图方法更高的精度。图4显示了采集地块图、矢量图和实地图像的重叠情况。图2 局部控制点布设示意图28SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 信 息 与 智 能科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION3.3 数据接边与数据入库外部调查完成后，数据方面应由另一方汇总外部结果，进行初步汇总，并根据情况进行调整，以便在图形能够顺利接上边。内业矢量化后，调整直到确保数据的唯一性和完整性。工作人员应在将修正数据重新输入登记册之前公布这些数据。将宗地属性表、缔约方资料单和承包人的数据重新输入数据库。4 土地权属调查精度分析本文对无人机摄影测量技术进行了介绍，并对生产测量技术进行了概括，制作调查底图，精度完全满足规范要求，无人机航空技术应用于土地勘测技术路线、准确方法是可行的，可大大减少现场作业成本，缩短作业时间。结合目前存在的问题，在日常土地调查工作中，结合不同的条件，采用多旋翼低空摄影和固定翼摄影相结合的方式，可以较高地适应于不同的情况，对于大范围的航摄还是采用固定翼航摄，对于较小地形复杂的条件则采用多旋翼设备，根据实际情况调整航高，从而更快地完成作业。通过比较几种常见作业方法，无人机摄影测量技术可以在项目生产中提高3倍的作业效率。参考文献1 黄毓,顾呈剑,周就猫,等.内置RTK无人机航拍技术在土地整治项目测绘与辅助规划设计中的应用J.湖南科技大学学报(自然科学版),2022,37(3):87-94.2 徐欣.无人机低空摄影测量在农村土地确权工作中的应用J.华北自然资源,2022(3):92-94.3 刘舒,朱航.基于超高空间分辨率无人机影像的面向对象土地利用分类方法J.农业工程学报,2020,36(2):87-94.4 王颖.无人机遥感影像在第三次土地调查中的应用研究D.长春:吉林大学,2019.5 赵磊.无人机土地覆盖图像分割方法研究D.北京:北京林业大学,2021.6 袁江红,颜学铮,袁淑君.无人机遥感技术在湖南省第三次土地调查中的应用J.国土资源导刊,2021,18(3):92-96.图3 立体采集的矢量图图4 立体采集地块图与正射影像叠加29