無人機(jī)技術(shù)在邢臺(tái)市農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)頒證項(xiàng)目中的實(shí)踐與應(yīng)用

劉慎棟，張成林，徐耀漢，盧杰英

(1.河北省地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái)054000;2.金華測(cè)繪院，浙江 金華321000)

一、引 言

本文利用美國Trimble公司的UX-5小型電動(dòng)無人機(jī)獲取高分辨率低空正射影像，并將其應(yīng)用于農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)的確權(quán)底圖制作。以邢臺(tái)地區(qū)某鄉(xiāng)約79 km2的范圍為任務(wù)區(qū)域，依照1∶1000比例尺的成圖精度利用無人機(jī)搭載Sony NEX-5R相機(jī)進(jìn)行航拍獲取正射影像圖(DOM)，該任務(wù)飛行用于邢臺(tái)市農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)項(xiàng)目，并對(duì)最終分辨率進(jìn)行精度檢測(cè)。結(jié)果表明，最后成果平面精度滿足農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)項(xiàng)目的應(yīng)用，且其效率明顯高于傳統(tǒng)GPS測(cè)量方法。因此，無人機(jī)航測(cè)應(yīng)用于農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)頒證項(xiàng)目是可行的。

二、無人機(jī)低空正射影像獲取

無人機(jī)飛行過程中數(shù)碼相機(jī)的姿態(tài)是影響拍攝影像重疊度的關(guān)鍵因素，在風(fēng)速較大的情況下，應(yīng)增加固定相機(jī)姿態(tài)的穩(wěn)定平臺(tái)。此外，由于數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)量很大，目前還很難實(shí)現(xiàn)拍攝影像的實(shí)時(shí)傳輸，拍攝的影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相機(jī)的大容量存儲(chǔ)卡中。DOM制作主要包括空中三角測(cè)量、影像采集、內(nèi)業(yè)處理等內(nèi)容。

1.像控點(diǎn)布設(shè)

測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)的區(qū)域控制網(wǎng)采用區(qū)域周邊布設(shè)平高點(diǎn)的方式，沿航向間隔每3～4條基線布設(shè)一個(gè)平高點(diǎn)，沿旁向間隔航線布設(shè)1個(gè)平高點(diǎn)，區(qū)域中心布設(shè)1個(gè)平高點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)每3～4條基線布設(shè)1個(gè)高程點(diǎn)。像控點(diǎn)選在影像清晰的明顯地物點(diǎn)、地物拐角點(diǎn)、接近正交的線狀地物交點(diǎn)或固定的點(diǎn)狀地物上，實(shí)地辨認(rèn)誤差小于圖上0.1 mm。當(dāng)刺點(diǎn)目標(biāo)與位置不能兼顧時(shí)，以目標(biāo)為主。高程點(diǎn)選在局部高程變化較小且周圍較平坦地區(qū)，像控點(diǎn)在相鄰像片上均清晰可見，且選擇最清晰的1張作主刺片。本次任務(wù)所用無人機(jī)有POS系統(tǒng)提供曝光時(shí)刻高精度外方位元素，方便進(jìn)行IMU(慣性測(cè)量裝置)輔助空三測(cè)量，校正之后的影像能保證較高的絕對(duì)定位精度。根據(jù)任務(wù)要求，坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000國家大地坐標(biāo)系(CGSC2000)，使用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(CORS)按照規(guī)范要求觀測(cè)像控點(diǎn)坐標(biāo)及高程。

2.無人機(jī)影像采集

本次任務(wù)采用的是美國Trimble公司的UX-5小型電動(dòng)無人機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為:起飛質(zhì)量約2.5 kg，巡航速度約 80 km/h，相對(duì)飛行高度為 75～750 m。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，輕便靈活，適用于小型測(cè)繪項(xiàng)目。無人機(jī)上搭載了Sony NEX-5R微單相機(jī)，配備福倫達(dá)定焦鏡頭。由于航拍相機(jī)是非量測(cè)相機(jī)，相機(jī)存在較大的鏡頭畸變、像主點(diǎn)偏移等誤差，因此相機(jī)參數(shù)的標(biāo)定是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其標(biāo)定結(jié)果的精度及算法的穩(wěn)定性直接影響相機(jī)工作產(chǎn)生結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文中所采用的相機(jī)檢校工作由專業(yè)相機(jī)檢校機(jī)構(gòu)完成，并提供相關(guān)檢校報(bào)告。

無人機(jī)拍攝獲取的影像為中心投影，要進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用必須對(duì)影像進(jìn)行正射校正并最終拼接成圖，獲得整個(gè)測(cè)區(qū)的DOM。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星傳感器、機(jī)載傳感器相比較，姿態(tài)穩(wěn)定度相對(duì)較差是無人機(jī)影像的主要特點(diǎn)，這也是影響其定位精度的主要因素。目前商用軟件的一般做法是采用POS輔助光束法空三。無人機(jī)影像定位的主要步驟是首先依據(jù)相機(jī)檢校文件確定相機(jī)檢校參數(shù)，同時(shí)結(jié)合GPS/INS(全球定位系統(tǒng)/慣導(dǎo)系統(tǒng))提供的相機(jī)成像時(shí)刻的外方位元素和外方位角元素，進(jìn)行POS輔助空中三角測(cè)量。

無人機(jī)航拍時(shí)間為2015年3月30日—4月15日。風(fēng)力小于5級(jí)，天氣晴朗，能見度高，飛行采用彈射起飛、自動(dòng)航線規(guī)劃、自動(dòng)降落模式，總計(jì)飛行26架次，每架次飛行約45 min。

飛行前先利用無人機(jī)作業(yè)手簿自帶的Aerial Imaging軟件下載衛(wèi)星影像，進(jìn)行架次規(guī)劃與外業(yè)起降點(diǎn)選擇。

3.無人機(jī)影像內(nèi)業(yè)處理

目前，無人機(jī)航拍影像處理軟件主要有ERDAS/LPS、SocetSet、Inpho、Pix4UAV 等，本次任務(wù)采用的是Inpho UASMaster軟件。主要步驟包括:

1)首先準(zhǔn)備相機(jī)檢校參數(shù)，然后進(jìn)行航攝像片、控制點(diǎn)、航線等數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

2)軟件首先從輸入的影像中提取相當(dāng)數(shù)量的連接點(diǎn)(如圖1所示)，這些連接點(diǎn)結(jié)合POS數(shù)據(jù)，參與空三計(jì)算，得到每一張航拍影像的準(zhǔn)確外方位元素和加密點(diǎn)的坐標(biāo);然后進(jìn)行點(diǎn)云加密，生成三維點(diǎn)云，以提高DEM和DOM的分辨率和準(zhǔn)確性;得到DEM之后，進(jìn)行數(shù)字微分糾正，將原始影像拼接校正成DOM。

圖1 提取連接點(diǎn)

3)處理結(jié)束后，查看UASMaster輸出的精度報(bào)告并瀏覽校正拼接后的DOM成果，檢查拼接校正精度是否到達(dá)應(yīng)用要求，平常精度高達(dá)0.205像素。

4)輸出的結(jié)果包括測(cè)區(qū)的DEM和DOM。對(duì)所有架次DOM進(jìn)行拼接，相鄰架次拼接良好。

5)外業(yè)精度檢測(cè)，通過GPS外業(yè)實(shí)測(cè)，平面及高程精度良好(如圖2所示)，滿足1∶1000比例尺DOM精度要求。

圖2 平面及高程精度檢測(cè)

三、結(jié)束語

在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)的項(xiàng)目中，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)與衛(wèi)星影像相比，具有更高的地面空間分辨率，時(shí)效性更強(qiáng)，克服了傳統(tǒng)GPS測(cè)量效率低下的缺點(diǎn)。本文從無人機(jī)影像獲取與處理方法、幾何校正精度、達(dá)到的分辨率等方面對(duì)無人機(jī)應(yīng)用于農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)頒證項(xiàng)目進(jìn)行了研究，探討了無人機(jī)應(yīng)用于此類項(xiàng)目的可行性及所能達(dá)到的精度。