应用于土地确权的无人机遥感影像DEM生产探讨
于学广 李芳芳
摘 要：土地承包经营权确权需要以正射影像作为工作底图，因此需要采用分辨率优于0.2 m的真彩色数码航空摄影并处理制作分辨率优于0.2 m（1∶2 000）的数字正射影像图（DOM），局部区域采用分辨率优于0.5 m的遥感卫星数字正射影像图（DOM）制作并形成用于调查和实测的基础工作底图。作为DOM生产的基础，该文探讨了应用于土地确权的数字高程模型（DEM）的生产过程。对DEM生产中空三加密处理等进行了详细规划与实施，建立了DEM作业步骤及主要技术指标，进行了精度检查等工作。
关键词：DOM DEM 土地确权 空三加密
中图分类号：P231 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）06（c）-0031-03
Discussion on DEM Production of UAV Remote Sensing Image Applied to Land Ownership Confirmation
YU Xueguang1 LI Fangfang2
（1.Beijing Branch of Hebei Xiangtong Information Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100191 China; 2.Zhongke Remote Sensing Technology Group Co.， Ltd.， Tianjin， 300384 China）
Abstract：
The confirmation of land contractual management right needs orthophoto as the working base map. Therefore， it is necessary to adopt true color digital aerial photography with resolution better than 0.2 m and process to produce DOM with resolution better than 0.2 m （1：2000）. In some areas， DOM with resolution better than 0.5m is used to make and form basic working base map for investigation and measurement. As the basis of DOM production， this paper discusses the production process of DEM applied to land ownership confirmation. In this paper， the detailed planning and implementation of the digital elevation model （DEM） production are carried out. The detailed planning and implementation of aerial triangulation processing in DEM production are carried out， the DEM operation steps and main technical indexes are established， and the accuracy inspection is carried out.
Key Words：
DOM; DEM; Land right confirmation; aerial triangu lation
低空無人机测绘遥感系统主要由航拍无人机、任务负载系统和数据处理系统组成。利用低空无人机进行航拍，在测区快速获取大尺度4D产品，由于天气干扰小，成为一种高效、廉价的遥感制图方法。无人机配备摄像设备和倾斜拍摄设备，用于环境安全开发利用，实时监控，为决策部门提供及时准确的数据信息，以更好地服务国民经济绿色发展[1]。
该项目航拍计划使用UAVRS-20无人机完成航拍任务。照片相机使用佳能5D Mark II数码相机来获取图像。图像拼接使用随机软件完成，并计划使用内部处理。数字摄影测量工作站MapMatrix、南方凯思软件完成了整个航测内部工作，实现了照片与地图制作流程的一体化。整个DEM生产流程如图1所示。
1 无人机飞行设计
1.1 航区与航线设计
（1）航摄分区的划分。摄区地形高差相差较小，根据规范要求可不用分区。在摄区略图上注摄区代号经纬度、图幅编号、重要湖泊，及城镇河流、有关说明等。（2）航线敷设要求。航线按地形条件和摄区进行设计。（3）航摄季节和航摄时间的选择。航摄时间应根据摄区太阳高度角顾及光照阴影倍数确定平地太阳高度角大于20°，阴影倍数小于3.5;丘陵地太阳高度角应大于25°，阴影倍数小于2.1[2]。
1.2 航姿与像片设计
（1）像片重叠。测区按平地要求采用正常重叠进行设计，航向重叠不小于80%，旁向重叠不小于40% 。（2）像片倾角设计。像片倾角一般不大于2°，最大不超过3°。（3）覆盖摄区、图廓设计。航向覆盖要超出测区整个边界线且大于一条基线;旁向覆盖超出测区大于像幅的50%，最少要大于像幅的30%[3]。
1.3 POS参数阈值
当相邻的照片的重叠度小于该阈值时认为这两张照片分属不同的航带。设置每天航带的最少像片数少于该照片数会忽略。照相时飞行姿态的最大俯仰角阈值，俯仰角超过该阈值的照片会被忽略。当相邻照片的旋偏角超过阈值时则认为它们分属不同的航带。设置航带最大曲率阈值自动创建的航带保证其曲率不超过该阈值[4]。航摄资料不允许有漏洞，任何航摄中出现的漏洞均要及时补摄，必须按原设计要求满足区域网加密的要求并超出漏洞外采用同一主距的数字航摄仪进行补摄一条基线。设置照相时飞行姿态的最大侧滚角，侧滚角超过该阈值的照片将会被忽略。旋偏角一般不大于10°，最大不超25°，超过25°重飞。
同一条航线上最大航高与最小航高之差小于50 m，航摄分区内的实际航高与设计航高之差小于设计航高的5%，相邻的航高差不大于30 m。
1.4 相机校验
相机检校的目的是为了检校出像主点的偏移量、畸变参数等重要信息，是摄影测量应用的基础工作，相机检校的精度会直接影响到后期摄影测量成果的精度。如果相机检校精度不够，会影响整个数据后处理结果的精度，导致辛辛苦苦航飞的数据，经过繁复的加工处理，依然达不到既定的项目目标，浪费人力、物力，耽误项目工期。
正是由于相机检校的重要性，所以航测的测绘工作中对相机检校的工作不能马虎。校验的方法主要有两种：三维检校场检校和自检校。
根据立体影像进行检查DEM，精度不满足要求时需重新对特征点、线进行整合生成DEM。
2 数字高程模型（DEM）生产中空三加密处理
DEM生产过程中需要设置的基本参数：POS参数、航带参数、空三转点、空三解算等。
2.1 POS参数设置
相对航高：设置飞行时相机距离地面的高度。相机焦距：默认的相机焦距，以毫米为单位。从影像文件中获取相机焦距：如果选中该选项程序试图从影像文件中获取相机焦距信息，如果获取失败则使用默认的相机焦距;如果没有选中该选项则直接使用默认的焦距[5]。像素大小：默认像素大小以毫米为单位。从影像文件中获取像素大小：如果选中该选项程序试图从影像文件中获取像素大小信息，如果获取失败则使用默认的像素大小;如果没有选中该选项则直接使用默认大小。坐标类型：选择POS參数文件中的坐标是大地坐标还是UTM投影坐标。UTM带号：如果POS参数文件中的坐标是UTM投影坐标设置UTM带号。北半球：如果POS参数文件中的坐标是UTM投影坐标设置是否是北球坐标。偏航角起始方位：设置偏航角的起始方位。
2.2 空三转点设置
提取设置：初始金字塔宽度设置一般数值为原始影像宽度的1/10（建议数值800～1 200），指的是将影像按比例采样后影像宽度，数值越大精度越高，数值越小处理速度越快。提取区域大小设置指的是在标准点位的范围大小，一般用像素衡量。提取区域设置：把一张影像划分成M行N列进行自动转点。一般默认的格式有3×5、5×3、5×7、7×5，例如：3×5即三列五行标准点位。区域内保留点：每个标准点位保留转点的个数。测区编号：对多个测区进行规则编号。在该模块中测区编号支持1位数，即1～9;航带编号支持三位数即1～999;影像编号支持3位数，1～999;连接点编号支持两位数1～99，使得在.xy文件中根据这些编号能快速准确地确定连接点信息。
2.3 自动化处理
自动处理包括：自动划分航线转点、自动平差解算输出全区粗略DEM并输出单片纠正DOM，最后匀光匀色输出全区快视图。如果精度要求不高输出的DEM成果即可满足需求，如果还需要进一步制作更精细的DEM正射影像就需要继续执行人工操作[6]。
2.4 平差计算
完成初步平差系统就可以预测控制点并重复自动加点过程完成剩余控制点的量测工作。像坐标限差默认为像素大小的一半，控制点在大地坐标系中的平面限差，高程限差默认大小都是0.6 m。设置好限差后根据指定的限差进行光束法空三解算。由于匹配已经够多，不需要进行人工编辑粗差点。进行平差解算后直接删除，直到无粗差点被挑出。
3 作业步骤及主要技术指标
3.1 内定向和相对定向
定向精度要求内定向框标坐标量测误差不大于0.02 mm;相对定向各点的残余视差一般不大于0.025 mm，最大0.03 mm。直接使用空三加密创建的模型进行定向需要检查内定向、相对定向和绝对定向的精度。
3.2 检查DEM数据范围、精度接边是否合格
DEM精度的检查方法：当DEM数据精度满足规定的相应要求时，将DEM生成等高线叠加到模型上来检查，也可以在立体模型上采集检查点。
3.3 修改DEM数据
当有DEM数据存在错误时需重新采集不符合要求的特征点、线，整合后生成DEM符合要求并重新提交修改后的DEM数据。特征点、线的采集DEM具体要求如下：（1）特征点：肩部、山头、鞍部和凹地等。（2）特征线：山地与平地交界的山脊谷线;有一定高差的地形变换线和静止水面，堑坎、斜坡、梯田坎等;静止水面（如：水库、湖泊等）、宽度大于5 m水涯线、大面积平坦地区内的道路及有地形变换的要素。在丘陵地山地地区要利用同种资料相同设备检测特征点线的高程精度，特征点、线采集的密度数量应能较好的反映地貌。
3.4 生成DEM
将整合后的特征点线生成分辨率正确DEM，要求符合精度无漏洞无异常值，见图2。
3.5 DEM的精度评价
利用空三加密检查点（个别不大于1.0 m）。丘陵地的高程误差不大于1.7米来评价DEM的精度。用线性内插检查高程值并与检查点高程值比较，要求山地的高程误差一般不大于3.3 m，平地误差不大于0.7 m，并以1：10 000图幅为单位分别评价数字高程模型形成的DEM。
4 结语
无人机给测绘行业带来了革命性的发展，已经应用于土地管理、设计规划、实时监控和灾害预测等很多领域。该文给出了适合于土地确权的无人机遥感影像DEM生产流程设计，对数字高程模型（DEM）生产中空三加密处理（POS参数设置、空三转点设置、自动化处理、交互编辑）等进行了详细规划与实施，建立了DEM作业步骤及主要技术指标，进行了精度检查等工作。
参考文献
[1] 赵秀臣.基于无人机低空遥感和深度学习的DEM生产技术[D].西安：西安电子科技大学，2019.
[2] 赵飞，熊礼阳，姚瑾，等.基于无人机高精度DEM数据的梯田自动提取算法[J].南京师范大学学报：工程技术版，2020，20（2）：59-65.
[3] 张立川，刘林红，梁新星，等.无人机影像采集与DSM/DEM模型在铜堆浸场的应用[J].云南冶金，2019，48（6）：82-88.
[4] 徐月雪.基于DEM影像纹理的山东地貌空间特征分析与分类[D].青岛：山东科技大学，2020.
[5] 黄剑飞.基于Smart3D和TerraSolid软件的无人机倾斜摄影生产DEM方法研究[J].经纬天地，2018（3）：35-41.
[6] 李潇屹，万鲁河.基于无人机倾斜摄影点云滤波的新疆某地区精确DEM构建方法[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2017，33（5）：108-114.
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