此前，泰伯網(wǎng)曾報(bào)道過一篇《1:500免像控?zé)o人機(jī)航測，是顛覆還是炒作?》，也業(yè)內(nèi)引發(fā)廣泛爭議。

　　很多人認(rèn)為，無人機(jī)航測的精度還遠(yuǎn)沒有達(dá)到1:500的要求，無人機(jī)替代傳統(tǒng)測量為時(shí)尚早。

　　但最近，《測繪地理信息》發(fā)表了一份論文，通過實(shí)地采集的檢查點(diǎn)與空三加密結(jié)果的比較，分析和評(píng)價(jià)了無人機(jī)航測系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村地籍測量中的可行性，研究表明，無人機(jī)航測系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足在農(nóng)村地籍測圖中的任務(wù)需要。

　　以下為論文原文：

　　摘要

　　以固定翼無人機(jī)在農(nóng)村地籍測量中的應(yīng)用探討為例，簡單介紹了固定翼無人機(jī)航測系統(tǒng)的組成。對(duì)在農(nóng)村地籍測量中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，包括測區(qū)概況與航攝方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理、空三加密計(jì)算與精度評(píng)定。通過實(shí)地采集的檢查點(diǎn)與空三加密結(jié)果的比較，分析和評(píng)價(jià)了無人機(jī)航測系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村地籍測量中的可行性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的DOM滿足1:500的成圖精度要求，并將獲得的DOM與原有的1:500地形圖進(jìn)行套和和比較，研究表明，無人機(jī)航測系統(tǒng)可以滿足在農(nóng)村地籍測圖中的任務(wù)需要。

　　關(guān)鍵詞: 無人機(jī) 空三 地籍測圖

　　無人機(jī)是一種無人駕駛航空飛行器，主要利用無線電遙控設(shè)備和預(yù)先編好程序控制的，由機(jī)體、動(dòng)力裝置、穩(wěn)定云臺(tái)和導(dǎo)航模塊等組成。無人機(jī)搭載遙感設(shè)備是有人機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感的有效補(bǔ)充手段，會(huì)在未來成為主要的航空遙感技術(shù)之一。低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)以無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，具有成本低廉，時(shí)效性強(qiáng)，航飛效率高，任務(wù)完成周期短等優(yōu)點(diǎn)，日益成為一項(xiàng)空間地理信息數(shù)據(jù)獲取的重要手段，適合小面積快速作業(yè)，它受天氣和場地條件影響相對(duì)較小，具有快速響應(yīng)，獲取影像分辨率高的特點(diǎn)，能夠?qū)Φ乇磉M(jìn)行快速、實(shí)時(shí)調(diào)查和監(jiān)測。

　　無人機(jī)航測系統(tǒng)在近幾年來快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。文獻(xiàn)分析了無人機(jī)航攝在不同方面的應(yīng)用。其主要應(yīng)用在地形圖快速測繪、森林資源調(diào)查、應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害及城市測繪保障、拆遷兩違監(jiān)控和農(nóng)村土地承包確權(quán)等。無人機(jī)憑借其飛行機(jī)動(dòng)靈活、速度緩慢、成本較低、航測范圍廣泛等優(yōu)勢，有效地解決了小范圍高精度低空攝影測量的難題。但是無人機(jī)航測系統(tǒng)應(yīng)用在地籍測量中還很少。根據(jù)文獻(xiàn)所述，其平面測量精度達(dá)不到TD/T 1001-2012《地籍調(diào)查規(guī)程》中規(guī)定的宗地界址點(diǎn)的精度要求。

　　農(nóng)村土地確權(quán)關(guān)系到農(nóng)民的切身利益，關(guān)系到土地改革能否順利進(jìn)行，對(duì)農(nóng)村社會(huì)的穩(wěn)定具有十分重要的意義。然而土地確權(quán)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的任務(wù)，而且時(shí)間緊，研究運(yùn)用無人機(jī)低空航測開展地籍圖的測繪任務(wù)，這是對(duì)傳統(tǒng)地籍圖測繪方式的創(chuàng)新發(fā)展，它能夠機(jī)動(dòng)靈活的高效工作，同時(shí)在一定程度上降低了成本投入。本文介紹了無人機(jī)航測系統(tǒng)在農(nóng)村地籍測量中的應(yīng)用情況，并對(duì)航測系統(tǒng)的精度進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)農(nóng)村土地確權(quán)和建設(shè)美麗鄉(xiāng)村等工作具有十分重要的價(jià)值。

　　無人機(jī)航攝系統(tǒng)介紹

　　航攝試驗(yàn)系統(tǒng)組成有：固定翼無人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、SWDC-1數(shù)字航空攝影儀、各種傳感器及地面站、遙控器、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件等。

　　1.1 固定翼無人機(jī)飛行平臺(tái)

　　本次航飛試驗(yàn)采用的飛行平臺(tái)為DE-150型固定翼無人機(jī)，該無人機(jī)平臺(tái)主要采用玻鋼泡沫材料構(gòu)成，其重量輕、強(qiáng)度高。

固定翼無人機(jī)

表 1 DE-150固定翼無人機(jī)的相關(guān)參數(shù)

　　1.2 飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)

　　固定翼無人機(jī)飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)主要包括飛行控件、GPS/INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS接收機(jī)、氣壓傳感器、空速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等部件，主要作用是無人機(jī)的飛行導(dǎo)航、定位和飛行自主控制。它可以采用程控、半自主或自主飛行控制模式，實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)、飛行高度、飛行速度的穩(wěn)定控制，保障無人機(jī)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的航線平穩(wěn)飛行，并且航線點(diǎn)數(shù)據(jù)在飛行中可以修改，目標(biāo)航點(diǎn)也可實(shí)時(shí)修改，能實(shí)時(shí)響應(yīng)地面監(jiān)控站的遙控指令、接收和存儲(chǔ)航點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)航點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)回傳。其中，GPS/INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以獲取曝光時(shí)刻影像曝光點(diǎn)的經(jīng)緯度、飛行高度和飛行姿態(tài)，可根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行航帶設(shè)置和航測數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)。

　　地面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括無線電遙控器、RC接收機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地面供電系統(tǒng)以及監(jiān)控軟件等，可以隨時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行高度、航跡、飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，確保地面監(jiān)控人員能及時(shí)了解無人機(jī)的飛行狀況，保證飛行任務(wù)的順利完成。

　　1.3 遙感任務(wù)設(shè)備

　　遙感任務(wù)設(shè)備主要包括SWDC-1數(shù)字航攝儀、相機(jī)控制模塊和有關(guān)的輔助器材，主要功能是用于航攝影像的獲取與存儲(chǔ)。

SWDC-1相機(jī)參數(shù)

　　無人機(jī)在地籍測圖中的應(yīng)用

　　2.1 測區(qū)概況與航攝方案設(shè)計(jì)

　　測區(qū)位于河南省原陽縣某村，測區(qū)東西長950 m，南北寬400 m，地勢比較平坦。現(xiàn)有測區(qū)1:500外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)一套，在測區(qū)地面布標(biāo)24個(gè)，包含8個(gè)房角點(diǎn)。選取其中9個(gè)均勻分布的作為空三加密的控制點(diǎn)，剩余15個(gè)點(diǎn)為檢查點(diǎn)，其中控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)的平面與高程精度均優(yōu)于±3 cm。

測區(qū)略圖

　　按照航空攝影的一般規(guī)定，航飛的航向重疊度為60%，最小不得小于53%;旁向重疊度為30%，最小不得小于15%。本次航飛試驗(yàn)考慮到外界環(huán)境以及飛機(jī)性能對(duì)航飛數(shù)據(jù)的影響。

航攝方案技術(shù)參數(shù)

　　測區(qū)按東西方向布設(shè)了5條航線，為了提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理的精度，在南北方向布設(shè)了2條構(gòu)架航線。

測區(qū)航線布設(shè)圖

　　2.2 航測數(shù)據(jù)的獲取

　　因?yàn)闊o人機(jī)航攝姿態(tài)穩(wěn)定性差，而且受飛行高度的限制，影像像幅較小，平臺(tái)的不穩(wěn)定使影像畸變大等，所以本次影像數(shù)據(jù)獲取選擇在天氣晴朗、陽光明媚、風(fēng)速較低的天氣進(jìn)行航測作業(yè)，所獲取影像的清晰度較高，俯仰角、旋偏角、橫滾角、航帶彎曲度以及航向、旁向重疊度等技術(shù)指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求，沒有航拍漏洞，有效照片數(shù)為97張。其中局部航片按1:1放大，地面標(biāo)示為0.4 m。

高質(zhì)量的航片和局部圖

　　2.3 影像的預(yù)處理

　　無人機(jī)航攝系統(tǒng)搭載非量測數(shù)碼相機(jī)為遙感設(shè)備進(jìn)行航拍，無人機(jī)本身的特點(diǎn)以及數(shù)碼相機(jī)自身的性能對(duì)測量精度影響很大，所以在空三加密之前對(duì)影像進(jìn)行畸變差改正、影像勻光勻色等預(yù)處理，避免空三加密平差迭代解算不收斂或計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，并提高影像匹配的效率和精度。本次航測影像預(yù)處理軟件選用SWDC-1配套軟件，軟件可以自動(dòng)進(jìn)行影像的畸變差改正、勻光勻色等預(yù)處理。

　　2.4 空三加密及精度評(píng)定

　　影像匹配的實(shí)質(zhì)是以一幅影像為參考影像，在另一幅或幾幅影像上按照一定的匹配算法尋找同名點(diǎn)的過程，并完成同名特征點(diǎn)的提取，其中特征點(diǎn)主要指明顯點(diǎn)，如角點(diǎn)、圓點(diǎn)等，它是影像的局部特性，影像特征點(diǎn)的均勻提取是影像匹配的關(guān)鍵，更是空三加密的前提基礎(chǔ)。影像提取的均勻分布的特征點(diǎn)和測區(qū)航線間點(diǎn)的連接強(qiáng)度 (5°以上重疊) 。

均勻分布特征點(diǎn)圖和連接強(qiáng)度 (5°)

　　空三加密是無人機(jī)影像內(nèi)業(yè)處理的核心內(nèi)容，主要任務(wù)是利用影像匹配提取的公共點(diǎn)和少量地面控制點(diǎn)，依據(jù)共線條件方程，求得各張像片的外方位元素和加密點(diǎn)地面坐標(biāo)?？杖用艿木戎苯佑绊慏SM、DOM、DLG等數(shù)字產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　該測區(qū)根據(jù)像控點(diǎn)進(jìn)行空三加密，通過嚴(yán)密光束法平差后，對(duì)加密點(diǎn)平面和高程精度及相關(guān)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

控制點(diǎn)殘差/m

檢查點(diǎn)殘差/m

　　從空三加密檢查點(diǎn)殘差中得出：平面中誤差Mxy=0.024 m, 高程中誤差為Mz=0.047 m，空三加密的精度滿足低空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范的精度要求。個(gè)別檢查點(diǎn)相比其他點(diǎn)出現(xiàn)誤差較大的原因可能是：飛行姿態(tài)穩(wěn)定性差影響了數(shù)據(jù)處理的精度;外業(yè)采集地物坐標(biāo)時(shí)儀器位置不準(zhǔn)確;內(nèi)業(yè)空三加密人員操作不熟練，沒有準(zhǔn)確找到加密點(diǎn)的合理位置。

　　經(jīng)過外業(yè)像片控制點(diǎn)測量、內(nèi)業(yè)空三加密后，對(duì)無人機(jī)航攝的影像進(jìn)行重采樣，生成核線影像，系統(tǒng)自動(dòng)匹配三維離散點(diǎn)，得到測區(qū)的DSM, 利用立體測圖三維矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建TIN生成DEM，利用獲得的DEM和空三加密成果進(jìn)行單片影像的數(shù)字微分糾正得到正射影像。單片正射影像經(jīng)過拼接、色彩處理、鑲嵌、圖幅整飾、圖幅裁切后得到DOM成果。把DOM成果與全野外實(shí)測DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行套合。

DOM成果與野外實(shí)測套合和局部套合放大圖

　　?通過對(duì)DOM采集房角等特征點(diǎn)的坐標(biāo)與DLG進(jìn)行比較，經(jīng)檢查1:500 DLG和1:500 DOM套合精度較好，線劃線與影像重合較為一致，DOM拼接沒有出現(xiàn)色彩明顯差異和拼接痕跡等問題。而且通過實(shí)踐表明，航測影像采集成圖的工作量，尤其是外業(yè)采集工作量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于全野外數(shù)據(jù)采集，采用航測方法可以完成外業(yè)測量任務(wù)的80%左右, 這與采用傳統(tǒng)全野外測圖的作業(yè)模式相比較，大大地提高了工作的效率，縮短了任務(wù)周期，降低了野外人員的工作量和強(qiáng)度。

　　結(jié)束語

　　本文通過試驗(yàn)，與原始的大比例尺1:500 DLG套合比較得出:低空無人機(jī)獲取的影像可滿足農(nóng)村1:500地籍測量中成圖精度的要求，滿足國家1:500高精度大比例尺數(shù)字3D產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。

　　無人機(jī)航測的作業(yè)方式、飛行規(guī)模及獲取的數(shù)據(jù)精度適合于農(nóng)村地籍調(diào)查，其航測獲得的數(shù)據(jù)成果與傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)繪和全野外測繪成果相比較，具有高分辨率、高效率、任務(wù)周期短、靈活簡便、可在云層下飛行等優(yōu)勢，且成果更加豐富、直觀。利用無人機(jī)進(jìn)行航攝獲取數(shù)據(jù)精度較高，能充分滿足地籍測繪要求，能夠推進(jìn)地籍測繪應(yīng)急服務(wù)體系的完善，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)地籍測繪成果向智慧美麗鄉(xiāng)村發(fā)展的基礎(chǔ)。無人機(jī)在地籍測繪中的應(yīng)用能夠?yàn)檎{(diào)查核實(shí)土地變更情況提供專業(yè)數(shù)據(jù)，為相關(guān)研究項(xiàng)目發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。