無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在交城縣“清零行動多測合一”工作中的應(yīng)用

作者簡介：王永成（1980-），男，測繪工程碩士，測繪高級工程師。研究方向?yàn)檫b感與地理信息應(yīng)用、不動產(chǎn)測繪。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.036

摘? 要：交城縣為解決國有建設(shè)用地上房屋不動產(chǎn)登記歷史遺留問題，施行“多測合一”測繪服務(wù)，對項(xiàng)目用地、規(guī)劃、施工、竣工及不動產(chǎn)登記階段行政審批工作涉及的測繪業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后實(shí)現(xiàn)一次委托、一次測繪、一次提交和成果共享，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，提升審批效率。該文采用交城縣“清零行動多測合一”各階段中操作流程最為復(fù)雜、成果要求最為嚴(yán)格的竣工驗(yàn)收階段，進(jìn)行基于無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)1∶500地形圖應(yīng)用研究。通過介紹無人機(jī)航測，并對生產(chǎn)成果進(jìn)行精度分析后，最終證明無人機(jī)航測技術(shù)能夠完成當(dāng)前1∶500地形圖成圖工作，且在精度滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，大幅提升測量效率，是一種快捷高效的測量技術(shù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航空攝影測量；多測合一；精度分析；測量效率

中圖分類號：P217? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0155-04

Abstract： In order to solve the problems left over by the history of housing real estate registration on state-owned construction land， Jiaocheng County implements "multi-survey in one" surveying and mapping service， optimize the surveying and mapping business involved in the administrative examination and approval of project land， planning， construction， completion and real estate registration. After optimization， one commission， one surveying and mapping， one submission and sharing of results can be realized， which can reduce the burden of enterprises and improve the efficiency of examination and approval. This paper adopts the completion acceptance stage with the most complex operation flow and the most stringent achievement requirements in each stage of "zero-clearing action and multi-survey in one" in Jiaocheng County， and carries on the research on the application of 1∶500 topographic map based on UAV aerial photogrammetry technology. Through the introduction of UAV aerial survey and the accuracy analysis of the production results， it is proved that the UAV aerial survey technology can complete the mapping of the current 1∶500 topographic map， and greatly improve the measurement efficiency on the premise that the accuracy meets the corresponding standards. It is a fast and efficient measurement technology.

Keywords： UAV; aerial photogrammetry; integration of multiple measurements; accuracy analysis; measurement efficiency

交城縣（以下簡稱“我縣”）自2021年開始，全面推動涉及國有建設(shè)用地工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)行“一次委托、聯(lián)合測繪、成果共享”的“清零行動多測合一”聯(lián)合測繪工作。

當(dāng)前，我縣“清零行動多測合一”聯(lián)合測繪工作主要分為3個階段，分別是項(xiàng)目立項(xiàng)用地、工程規(guī)劃與施工、竣工驗(yàn)收及不動產(chǎn)登記。3個階段之中，竣工驗(yàn)收階段因其測區(qū)內(nèi)部均已完成建筑施工，測繪要素多，工作復(fù)雜，且主要涉及建筑輪廓、建筑物特征點(diǎn)、道路、綠化、水系、自然地貌特征與人工地貌等要素采集，因此竣工驗(yàn)收測量階段的地形圖測量工作最為復(fù)雜，測繪成果的精度要求也最為嚴(yán)格。因此，選用此階段進(jìn)行無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)最為合理，且操作模式將適用于大部分測繪場景，具有較高普適性與可行性。

本文以竣工驗(yàn)收階段的規(guī)劃條件核實(shí)測量地形圖成果生產(chǎn)為例，選取交城縣天寧鎮(zhèn)東門小區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)域，采用無人機(jī)航測技術(shù)與傳統(tǒng)測繪工作同步開展的參照模式，并對最終成果進(jìn)行精度對比、效率對比、可行性分析，以此來檢測無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用范圍，尤其以我縣“清零行動多測合一”為主要工作背景的應(yīng)用前景。

1? 項(xiàng)目概述

本次測區(qū)項(xiàng)目性質(zhì)為居?。≧2）用地，項(xiàng)目總用地面積為18 143.13 m2，總建筑面積85 840.56 m2，共有建筑物5棟。測區(qū)位于交城縣天寧鎮(zhèn)新開路中部，項(xiàng)目自2011年通過用地規(guī)劃許可進(jìn)行項(xiàng)目施工建設(shè)，并于2015年10月完成項(xiàng)目建設(shè)并上報相關(guān)部門進(jìn)行規(guī)劃驗(yàn)收。

為滿足住戶舒適、采光等性能需求，該小區(qū)建筑設(shè)計呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的特點(diǎn)，且由于該小區(qū)現(xiàn)場條件限制、工期緊張等，采用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)也將有利于該項(xiàng)目測量工作的順利進(jìn)行。

2? 設(shè)計基本思路

為進(jìn)行無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的工作成果對比分析，本次實(shí)驗(yàn)采用無人機(jī)航測技術(shù)與傳統(tǒng)測繪雙向并行的工作模式，通過對最終成果的數(shù)據(jù)精度進(jìn)行比對，進(jìn)一步得出此次測量工作中，無人機(jī)航測技術(shù)和傳統(tǒng)測繪工作的優(yōu)劣比較[1]。具體操作流程如圖1所示。

圖1? 設(shè)計流程

3? 數(shù)據(jù)采集

本次項(xiàng)目使用的無人機(jī)航測儀器型號為Phantom4 RTK SE。本次測區(qū)范圍較小，但需要采集的要素相當(dāng)復(fù)雜，為滿足成果精度要求，本次飛行任務(wù)嚴(yán)格按照無人機(jī)外業(yè)測量規(guī)范進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

3.1? 準(zhǔn)備工作

開始無人機(jī)數(shù)據(jù)采集工作前的準(zhǔn)備工作主要包含：①測區(qū)信息分析整理；②制作KML文件；③確定測區(qū)空域情況；④飛行前儀器校核[2]。

3.2? 實(shí)地飛行

為滿足本次1∶500地形圖精度要求，本次航測儀器飛行參數(shù)依據(jù)規(guī)范設(shè)定情況如下：航測任務(wù)高度100 m；測區(qū)單次航線7條，五向總航線35條；航線重疊度80%；旁向重疊度85%；正射飛行相機(jī)角度90°；四向飛行相機(jī)角度60°；返航高度120 m；飛行速度7 m/s[3]。

3.3? 數(shù)據(jù)檢測

現(xiàn)場作業(yè)完成后，進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測，檢測結(jié)果為飛行架次2次；采集原始影像數(shù)據(jù)446張；影像內(nèi)置坐標(biāo)為WGS 2000國家大地坐標(biāo)系；影像斷點(diǎn)數(shù)、壞點(diǎn)數(shù)、重復(fù)數(shù)均為0。因此，此次飛行數(shù)據(jù)滿足外業(yè)影像數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，可用于內(nèi)業(yè)實(shí)景三維建模使用。

4? 數(shù)據(jù)處理

本項(xiàng)目采用12個像控點(diǎn)進(jìn)行空三解算，12個特征點(diǎn)進(jìn)行精度檢查，實(shí)景三維建模采用CC（Smart 3D）軟件進(jìn)行制作，主要步驟如下所述。

4.1? 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本項(xiàng)目全程使用Phantom4 RTK SE進(jìn)行飛行，飛行任務(wù)耗時2架次，存在2組原始影像文件，分別有165張、281張影像；原始POS數(shù)據(jù)坐標(biāo)系為WGS 2000國家大地坐標(biāo)系，通過七參數(shù)模型及似大地水準(zhǔn)面補(bǔ)償模型轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系平面、黃海1985高程系統(tǒng)下采取區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)。

4.2? 空中三角解算

該小區(qū)采用區(qū)域網(wǎng)5點(diǎn)法布設(shè)像控點(diǎn)，即四周4個控制點(diǎn)，測區(qū)中心1個控制點(diǎn)，用于解算傾斜攝影空中三角測量;同時布設(shè)5個檢查點(diǎn)以檢驗(yàn)空中三角測量的精度。通過空三加密處理，自由網(wǎng)的精度為0.55像素，像控點(diǎn)水平中誤差為0.004 m，高程中誤差為0.002 m，點(diǎn)位中誤差0.003 m，檢查點(diǎn)水平中誤差0.031 m，高程中誤差0.024 m，點(diǎn)位中誤差0.039 m，空中三角測量精度較高，滿足大比例尺地形圖測繪需求[4]。

4.3? 數(shù)據(jù)成圖

實(shí)景三維模型生成專門用于測繪工作的OSGB格式便可進(jìn)行測繪成果生產(chǎn)。本次測區(qū)主要使用實(shí)景三維模型生成1∶500小區(qū)現(xiàn)狀地形圖用以規(guī)劃條件核實(shí)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。因此，需將三維模型（OSGB）導(dǎo)入CASS 3D測圖軟件進(jìn)行數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)，最終得到符合規(guī)范要求的測繪成果。

4.4? 成果輸出

依靠CASS 3D軟件生產(chǎn)的測繪產(chǎn)品需嚴(yán)格按照1∶500地形圖成圖規(guī)范進(jìn)行繪制，在繪制完成之后，便可對其進(jìn)行特征點(diǎn)數(shù)據(jù)比對與精度分析，從而得出無人機(jī)航測技術(shù)的成果精度與可靠性，如圖2所示。

圖2? CASS 3D測圖軟件生產(chǎn)數(shù)字線劃圖

5? 精度分析

5.1? 精度標(biāo)準(zhǔn)

本次航測精度目標(biāo)，要求實(shí)景三維模型成果能滿足精度較嚴(yán)格的城市測量規(guī)范1∶500地形圖測圖標(biāo)準(zhǔn)，即平面中誤差±0.25 m，高程注記點(diǎn)中誤差±0.15 m，最大允許誤差不超過中誤差的2倍，平面控制點(diǎn)相對于起算點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得超過±5 cm。因此，本次精度分析中以主要使用平面位置與高程精度為分析目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)與原始測量數(shù)據(jù)的精度對比[5]。

5.2? 平面精度對比

平面精度檢查采用RTK外業(yè)實(shí)測特征點(diǎn)和地形圖上的同名點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計分析，具體精度統(tǒng)計表見表1。

如表1所示，共12個平面精度統(tǒng)計的點(diǎn)，平面位置精度均小于0.25 m，中誤差為0.032 9 m，滿足1∶500大比例尺地形圖平面精度要求。

試驗(yàn)區(qū)共采集平面檢測點(diǎn)12個，有效檢測點(diǎn)12個，粗差0個；X方向中誤差MX=±0.025 4 m；Y方向中誤差MY=±0.020 9 m；點(diǎn)位中誤差MS=±0.032 9 m。

點(diǎn)位S誤差離散情況如圖3所示。

圖3? 檢查點(diǎn)點(diǎn)位S誤差離散折線圖

5.3? 高程精度對比

高程精度檢查采用RTK外業(yè)實(shí)測特征點(diǎn)和地形圖上的同名點(diǎn)（可通過實(shí)景三維模型直接獲?。┻M(jìn)行統(tǒng)計分析，具體精度統(tǒng)計見表2。

如表2所示，共計12個高程精度統(tǒng)計點(diǎn)，高程誤差均小于0.15 m，最大高程誤差為0.051 m，高程中誤差為0.030 3 m，滿足1∶500地形圖高程精度要求[6]。

試驗(yàn)區(qū)共采集高程檢測點(diǎn)12個，有效檢測點(diǎn)12個，粗差個數(shù)為0；中誤差MH=±0.030 3 m。

高程H誤差離散情況如圖4所示。

6? 效率對比

當(dāng)前，以無人機(jī)航測技術(shù)的精度達(dá)標(biāo)為前提，再到測繪工作的實(shí)際工作之中，我們可進(jìn)一步開展工作效率提升的情況分析，本次對比將以此次實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)模型，主要以項(xiàng)目總用地面積為1.8萬m2，總建筑面積8.5萬m2的居住用地為基準(zhǔn)進(jìn)行對比參照。

表2? 檢查同名點(diǎn)高程精度統(tǒng)計表

圖4? ΔH誤差離散折線圖

在本小區(qū)的實(shí)際工作當(dāng)中，實(shí)際測繪的外業(yè)投入人員踏勘，像控點(diǎn)布設(shè)，外業(yè)飛行總計2人0.5 d，內(nèi)業(yè)處理共計1人1.5 d，耗時2.5 d，而傳統(tǒng)測量則總計耗時10 d。由計算可知，采用Phantom 4 RTK SE航測飛行方案，效率提升是傳統(tǒng)測繪方式的4倍。如擴(kuò)大項(xiàng)目測量面積，攝影測量在內(nèi)外業(yè)工作效率提升將會更加巨大，這也進(jìn)一步說明了航空攝影測量對測繪工作效率提升的重要意義與實(shí)際使用的可行性。

7? 結(jié)束語

經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)表明，利用大疆Phantom4 RTK SE采用GSD 2.72 cm分辨率進(jìn)行攝影測量3D建模后編輯生成1∶500地形圖的方法滿足1∶500地形圖成圖精度要求，且能大幅提升測繪工作效率。因此，本文認(rèn)為，Phantom4 RTK SE無人機(jī)航測過程之中，采用合理的任務(wù)設(shè)置與標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)流程，可以有效降低航測數(shù)據(jù)自身及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差，且數(shù)據(jù)出品精度也完全可以滿足目前竣工驗(yàn)收階段中規(guī)劃條件核實(shí)大比例尺測圖精度要求，與此同時，攝影測量在無論在外業(yè)飛行與內(nèi)業(yè)成圖的過程中，對比傳統(tǒng)測繪模式均有巨大提升，是一種實(shí)用、有效的新型測繪工具。

參考文獻(xiàn)：

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