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時代在進步，無人機替代傳統(tǒng)測量已不是不可能。

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

很多人認為，無人機航測的精度還遠沒有達到1:500的要求，無人機替代傳統(tǒng)測量為時尚早。

但最近，《測繪地理信息》發(fā)表了一份論文，通過實地采集的檢查點與空三加密結(jié)果的比較，分析和評價了無人機航測系統(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。

以固定翼無人機在農(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航測系統(tǒng)的組成。對在農(nóng)村地籍測量中的應(yīng)用進行了闡述，包括測區(qū)概況與航攝方案設(shè)計、數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理、空三加密計算與精度評定。通過實地采集的檢查點與空三加密結(jié)果的比較，分析和評價了無人機航測系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村地籍測量中的可行性，試驗數(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地形圖進行套和和比較，研究表明，無人機航測系統(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 空三 地籍測圖

無人機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，由機體、動力裝置、穩(wěn)定云臺和導(dǎo)航模塊等組成。無人機搭載遙感設(shè)備是有人機遙感和衛(wèi)星遙感的有效補充手段，會在未來成為主要的航空遙感技術(shù)之一。低空無人機航攝系統(tǒng)以無人機機動靈活性強的特點，具有成本低廉，時效性強，航飛效率高，任務(wù)完成周期短等優(yōu)點，日益成為一項空間地理信息數(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較小，具有快速響應(yīng)，獲取影像分辨率高的特點，能夠?qū)Φ乇磉M行快速、實時調(diào)查和監(jiān)測。

無人機航測系統(tǒng)在近幾年來快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。文獻分析了無人機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。無人機憑借其飛行機動靈活、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。但是無人機航測系統(tǒng)應(yīng)用在地籍測量中還很少。根據(jù)文獻所述，其平面測量精度達不到TD/T 1001-2012《地籍調(diào)查規(guī)程》中規(guī)定的宗地界址點的精度要求。

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行，對農(nóng)村社會的穩(wěn)定具有十分重要的意義。然而土地確權(quán)是一項十分復(fù)雜的任務(wù)，而且時間緊，研究運用無人機低空航測開展地籍圖的測繪任務(wù)，這是對傳統(tǒng)地籍圖測繪方式的創(chuàng)新發(fā)展，它能夠機動靈活的高效工作，同時在一定程度上降低了成本投入。本文介紹了無人機航測系統(tǒng)在農(nóng)村地籍測量中的應(yīng)用情況，并對航測系統(tǒng)的精度進行了驗證，對農(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值。

航攝試驗系統(tǒng)組成有：固定翼無人機飛行平臺、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。

本次航飛試驗采用的飛行平臺為DE-150型固定翼無人機，該無人機平臺主要采用玻鋼泡沫材料構(gòu)成，其重量輕、強度高。

 固定翼無人機

 表 1 DE-150固定翼無人機的相關(guān)參數(shù)

固定翼無人機飛行導(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、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，保障無人機按照預(yù)先設(shè)計的航線平穩(wěn)飛行，并且航線點數(shù)據(jù)在飛行中可以修改，目標(biāo)航點也可實時修改，能實時響應(yīng)地面監(jiān)控站的遙控指令、接收和存儲航點，并實現(xiàn)航點數(shù)據(jù)的自動回傳。其中，GPS/INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以獲取曝光時刻影像曝光點的經(jīng)緯度、飛行高度和飛行姿態(tài)，可根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行航帶設(shè)置和航測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價。

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

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

 SWDC-1相機參數(shù)

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)實測數(shù)據(jù)一套，在測區(qū)地面布標(biāo)24個，包含8個房角點。選取其中9個均勻分布的作為空三加密的控制點，剩余15個點為檢查點，其中控制點和檢查點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%。本次航飛試驗考慮到外界環(huán)境以及飛機性能對航飛數(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

因為無人機航攝姿態(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

無人機航攝系統(tǒng)搭載非量測數(shù)碼相機為遙感設(shè)備進行航拍，無人機本身的特點以及數(shù)碼相機自身的性能對測量精度影響很大，所以在空三加密之前對影像進行畸變差改正、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，軟件可以自動進行影像的畸變差改正、勻光勻色等預(yù)處理。

影像匹配的實質(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的過程，并完成同名特征點的提取，其中特征點主要指明顯點，如角點、圓點等，它是影像的局部特性，影像特征點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和測區(qū)航線間點的連接強度 (5°以上重疊) 。

 均勻分布特征點圖和連接強度 (5°)

空三加密是無人機影像內(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和少量地面控制點，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)像控點進行空三加密，通過嚴密光束法平差后，對加密點平面和高程精度及相關(guān)誤差進行統(tǒng)計。

 控制點殘差/m

 檢查點殘差/m

從空三加密檢查點殘差中得出：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。個別檢查點相比其他點出現(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)確找到加密點的合理位置。

經(jīng)過外業(yè)像片控制點測量、內(nèi)業(yè)空三加密后，對無人機航攝的影像進行重采樣，生成核線影像，系統(tǒng)自動匹配三維離散點，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成果與全野外實測DLG數(shù)據(jù)進行套合。

 DOM成果與野外實測套合和局部套合放大圖

通過對DOM采集房角等特征點的坐標(biāo)與DLG進行比較，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)采集工作量要遠遠少于全野外數(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度。

本文通過試驗，與原始的大比例尺1:500 DLG套合比較得出:低空無人機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。利用無人機進行航攝獲取數(shù)據(jù)精度較高，能充分滿足地籍測繪要求，能夠推進地籍測繪應(yīng)急服務(wù)體系的完善，同時也是實現(xiàn)地籍測繪成果向智慧美麗鄉(xiāng)村發(fā)展的基礎(chǔ)。無人機在地籍測繪中的應(yīng)用能夠為調(diào)查核實土地變更情況提供專業(yè)數(shù)據(jù)，為相關(guān)研究項目發(fā)展提供強大的技術(shù)支持。

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