無人機航測技術在土地外業(yè)調查中的運用

朱曉靜

（上海泓源建筑工程科技股份有限公司）

1 引言

無人機航測技術在衛(wèi)星遙感、大飛機遙感之后逐漸興起，作為一種新型航空遙感手段，其測繪成果影像分辨率高、高效便捷、成圖迅速、成本低廉、可快速響應、機動靈活、精度高，逐漸成為測繪行業(yè)中的一種強有力的測繪手段[1]。

土地調查作為地籍測繪類項目，其數據基礎在國家二調數據庫及現狀調查圖斑數據庫基礎上進行更新，調查工作主要有全國年度土地變更調查與遙感監(jiān)測、全市土地利用現狀變更調查、其他各項專題或項目的土地調查等。土地外業(yè)調查項目傳統(tǒng)測量方式為人工外業(yè)測量方式，后續(xù)內業(yè)處理繪制成圖。針對大面積土地外業(yè)調查項目，傳統(tǒng)外業(yè)測量方式周期長、成本高，后期成圖依靠人眼交互識別大量照片并匹配判定土地編碼，工作效率低且準確率不高，無人機航測技術的使用大大縮短了工期，提高數據準確率，為土地外業(yè)調查的便利實施帶來質的提高。

2 無人機航測技術

無人機屬于一種較為小型的輕便遙控飛行器，將其應用到測繪中，在無人機上搭載分辨率較高的攝影專用鏡頭，然后應用GNSS 導向或現場遙控的方式對飛行器飛行路線、飛行速度等進行控制，使之能夠在飛行過程中通過攝影拍攝到所需數據。在飛行結束后，利用專門的數據處理軟件，將拍攝獲得的影像轉化為所需要的數據信息[2-3]。

無人機航測技術作為新興高新技術，其優(yōu)勢主要有起降條件限制小，機身小巧便利、環(huán)境適應性強，操作簡單、安全性高，分辨率高、數據精確，經濟實惠、成本低[4]。

3 無人機航測工作流程（見圖1）

圖1 無人機航測工作流程圖

3.1 飛行前工作準備

飛機飛行前對天氣環(huán)境有一定要求，盡量選擇在天氣晴好的開闊地、小于五級風的環(huán)境下進行飛行，以提高飛行質量。起飛前檢查飛機各部件工作狀態(tài)良好，確保遙控器及智能飛行電池電量充足，以便能順利完成飛行任務。

飛行前準備工作主要包括像控點布設、規(guī)劃航線、飛行參數設置等。根據前期踏勘或搜集到的測區(qū)情況合理布設像控點，采用GNSS RTK 或全站儀等設備對像控點進行實地采集坐標數據。起飛前進行航線規(guī)劃[5]，針對項目需求采集正射影像或三維立體影像資料，規(guī)劃相應航線，設置飛機參數。

3.2 低空攝影數據采集

飛機在適宜的環(huán)境下進行低空攝影數據采集，飛行高度不大于120m。飛機按照規(guī)定的航線采集數據并返航，完成飛行任務。

3.3 內業(yè)數據處理

利用專業(yè)數據處理軟件對航測采集到的數據進行數據處理，設置坐標系統(tǒng)，導入像控點，進行空三計算，符合精度要求后提交生成正射影像圖或三維模型。檢查影像精度符合要求后，利用繪圖軟件進行地形圖描繪，繪制所需地形圖。

4 項目應用

4.1 項目概況及背景

本項目屬于土地調查項目中的復墾項目，所謂土地復墾是指對生產建設或自然災害造成破壞、廢棄的土地進行整治，恢復利用的活動。項目主要是摸清土地范圍內地類、位置、面積、分布等狀況，提供準確清晰的現勢數據，對各地類判別準確無誤，影像資料清晰可辨。項目要求測量精度指標見表1。

表1 界址點精度指標

項目位于城市郊區(qū)，分布較大面積耕地、農村居民地及工業(yè)低層廠房，視野較為開闊，面積約7km2。前期對測區(qū)采用傳統(tǒng)測量方式進行，即GNSS RTK或全站儀測量方式對測區(qū)不同地類邊界進行量測，同時進行拍照取證，后期內業(yè)人工判別地類繪制成圖，項目內外業(yè)歷時大約25d，質量檢查15d。由于地域范圍廣照片量大，檢查過程中發(fā)現地類判定多處出現誤判情況，圖中邊界線部分區(qū)域也未能與照片相一致，最后導致部分測區(qū)返工作業(yè)。針對此問題，考慮使用無人機航測技術對項目工作方法進行改進，嘗試部分區(qū)域（約0.9km2）進行無人機航攝飛行，利用傾斜攝影技術進行數據處理并成圖。

4.2 無人機數據采集

項目采用大疆精靈4RTK無人機，該無人機可提供實時厘米級定位數據，支持PPK后處理，通過實時網絡服務解算出高精度位置信息，是一款具備高精度測繪功能的航拍飛行器。無人機飛行區(qū)域約0.9km2，視野良好，飛行時天氣良好，微風2-3級。飛行前對無人機進行設置，攝影測量2D，飛行高度100m，飛行速度7m/s，航拍模式為定時拍攝，完成拍攝返航，點擊高程優(yōu)化，任務相對高度0；相機設置照片比例為4:3，照片分辨率為4864×3648；關閉畸變修正；重疊率設置70/80。

根據測區(qū)情況及項目精度要求，本次布設像控點21 個，間距200m～300m，平均分布整個測區(qū)，選用明顯固定地物角點處或固定專用相控布進行實地布設，并對布設的像控點進行取證記錄?，F場測量方法采用GNSS RTK施測，每個點位兩次數據采集，兩次讀數較差在2cm內。

起飛前進行航線規(guī)劃，將飛機聯網后選擇規(guī)劃方式，進入遙控器內置地圖界面，在地圖上選擇測區(qū)飛行范圍，飛機自動規(guī)劃任務航線，共規(guī)劃一條航線，航線呈“井”字形。此次無人機順利執(zhí)行飛行任務，共拍攝張照片2124張。

4.3 數據處理

將飛行采集到的影像資料導入Context Capture數據處理軟件中[6]，進行初始化快速檢測，初步檢查影像資料質量情況良好，剔除少量影像。設置坐標系，導入像控點，找到航帶上相應影像圖上的像控點進行像片刺點，逐點進行。然后提交空三加密計算及優(yōu)化。空三計算符合精度后，開始提交重建項目，選擇空間框架進行切塊，保留有效部分，之后運行生成三維模型。

由于影像數量較大，利用Context Capture 軟件處理的優(yōu)點是可以支持多臺電腦聯機處理，提高軟件處理能力，有效節(jié)約時間。缺點是利用軟件Con‐text Capture 進行空三解算時可能會出現失敗的情況，采用的處理方法為匹配相機參數。飛機飛行時，關閉畸變矯正功能，照片中會有相機參數相關值。根據相機參數相關值計算每臺飛機的相機參數，即相機的內方位元素和相應畸變參數。在編輯相機型號中輸入相機參數，再進行空三結算，可有效提高結算成功率。另外，如果利用軟件Context Capture 結算失敗，可更換用其他軟件進行結算。尤其是影像數量不是太大時，利用軟件Agisoft PhotoScan 進行空三解算，功能強大，成功率較高，解算后生成的正射影像或傾斜影像分辨率也較高。

對生成的三維立體圖進行檢查，是否存在分層、變形、缺失等情況，確認成果可用后進入下一步工序，否則應剔除問題數據部分，重新進行數據處理，至圖形或模型符合要求。如發(fā)現數據缺失嚴重，則返工重新執(zhí)行飛行任務。

成功生成模型后，利用AutoCAD10.1 加載已生成的三維模型進行地類邊界描繪，并根據《全國土地分類（試行）》的地類分類標準，進行人眼判別立體圖中實景地類，繪制成項目所需的1：500地形邊界圖。

4.4 精度檢查

本次實驗數據處理工作完成后，為檢驗成果精度情況，依據《測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 2456-2009）規(guī)定，同時根據本項目的特點，主要針對像控點進行平面中誤差檢核計算。隨機在試測范圍內抽檢6 個像控點，與利用GPS RTK 方式采集到的數據進行比對檢核，平面點位平均中誤差為2.4cm，精度檢查統(tǒng)計[7]如表2所示。

表2 像控點平面精度檢查統(tǒng)計表

利用AutoCAD打開本次繪制的地形圖，同時加載前期以傳統(tǒng)方式測繪出的地形圖進行數據比對，圖形吻合度較高。選取項目初期以傳統(tǒng)方式測繪的16個明顯界址點，作為檢查點進行平面精度檢查，平面距離中誤差最小0.7cm，最大為3.2cm，平均中誤差為2.6cm，滿足相關規(guī)范要求。

5 結語

項目試飛范圍（0.9km2）利用無人機航測技術，四五天時間完成了作業(yè)成圖及檢查工作，如將人員、無人機交叉作業(yè)，十五天時間可完成全區(qū)7km2的測繪任務，大大節(jié)約時間，減少資源投入，尤其在后期檢查過程中清晰易判，省時省力，使項目的質量更有把控性，后期可大力推廣應用到此類項目中。

無人機航測技術成熟完善，自動化程度高，快捷高效，通過本次實驗良好地驗證了無人機航測技術在土地調查項目中的應用，方法的改進是一次較大的飛躍，未來在行業(yè)中的應用將更為廣闊。