采用无人机航测技术实现高速公路建设用地批后监测的探索

浙江省征地与资源交易中心 俞建康

无人机航测作为对信息数据采集的一种方式，与传统的测绘数据采集及更新方式相比，无人机航摄系统拥有低成本、高效率、支持云层下作业，可快速及时获取高分辨率大比例尺影像的优势，已成为航空摄影领域一个新的发展方向。近年来随着低空无人机摄影测量技术的发展，以及普通数码影像引入数字图像处理及模式识别等理论和技术的成熟，无人机数字航摄系统以其机动灵活、经济、便捷等特点，应用范围和前景越来越广阔，特别是在小范围快速成图、带状工程项目和建模方面显示出其独特优势。在经济高速发展新常态的背景下，已有高速公路的工程正成为基础设施建设领域的中心之一。由于高速公路建设用地批后竣工复测会受到道路交通流量的影响，考虑安全、保通、进度等影响因素，测量作业人员上高速公路测量风险较大，按精度及时间要求完成竣工复测存在较多困难。因此利用无人机低空航测技术完成杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）工程建设用地批后监测项目是较理想的方法。

无人机航摄技术路线

本文结合杭新景高速公路建设用地批后监测、不动产登记发证等工作需要，针对无人机低空系统如何按照航空摄影测量的要求获取数据，数据获取的流程和最后摄影测量成果的内业数据处理及成果的应用，探讨无人机航摄技术在高速公路建设用地批后监测等方面的应用。

一、批后监测的主要技术过程

经多方论证，现场踏勘，最终决定采用低空无人飞机高精度摄影测量方式对杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）工程建设用地批后监测项目进行施测，获取高质量、大比例尺正射影像图，并通过立体采集获取1∶1000 大比例尺DLG 数据。

（一）测区概况

本测区杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）工程起于建德寿昌镇，经建德市、衢江区、柯城区、常山县、开化县，终于开化县白沙关浙赣两省分界处，与江西省境内已建成的景婺常（黄）高速公路相接。项目全长128.05 公里，杭新景高速公路工程建设用地批后监测期间高速公路全线通车运行，项目施测需考虑安全、保通、进度等因素。传统的纯外业测绘效率相对较低，传统的测量方式存在安全隐患，即要求测量人员上高速公路施测，工程进度受雨天影响较大。利用无人机低空航测技术完成此次外业航飞任务，获取该地区最新的影像数据，采用全数字摄影测量法成图是较好的选择。

（二）无人机航测工作流程

根据对测区的实地调查情况，结合现有资料以及相关技术规范要求，确定杭新景高速公路建设用地批后监测选用成都纵横垂直起降无人机。该款无人机具有抗风能力相对较强，空中飞行姿态比较稳定，比较适合高精度低速航空摄影测量。成都纵横CW—10 垂直起降固定翼无人机航摄系统，搭载SONY A7R2全画幅微单相机进行航摄作业，技术路线如左图所示。

根据《低空数字航空摄影规范》（CH/Z 3005—2010）要求，确定飞行路线、地面分辨率和相对航高。

本次无人机设计航线飞行方向为高速公路线路飞行，相对航高为460 米，航线重叠度为75%，旁向重叠度50%，像元大小为4.8 微米，影像地面分辨率为0.05 米，有效架次10 次，总共获取4217 张照片，无人机由于搭载的是非量测相机数码相机，其受地区和环境的影响较大；无人机航飞相片边缘易产生相应的畸变；因此在空三加密平差时，会针对上述情况，结合实际，选取合理的加密点，保证空三加密和正射纠正的精度。

（三）数据处理软件介绍

本文引入武汉讯图公司开发的GODWORK、EOS 软件完成正射影像图制作，使用GODWORK 软件进行影像空三加密平差，恢复立体像对；结合全数字化测图平台航天远景Mapmartix 软件进行立体测图，制作相应的DLG 数据。

（四）数据处理

GODWORK 是针对航空遥感影像数据研发的高自动化数据处理软件，该软件以当前国内外主流摄影测量流程为依据，结合计算机视觉的最新理论，提出了一套完整的摄影测量数据处理解决方案，通过导入控制点生成具有真实地理参考以及详细彩色纹理的立体像对和正射影像，生成分辨率约为0.06 米的摄影测量数据。

本文使用GPS RTK 动态量测所需像片控制点，可以同时获取地物的平面和高程信息，由于无人机航空摄影要求影像重叠度大，基线较短，根据《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T 7931—2008），外业像片控制点布设要求沿高速公路布设，具体即为沿航向间隔400 米布点。

空三加密是决定无人机航空摄影像成图精度的关键步骤；本文分别使用GODWORK 软件中GODWORK—AT 模块进行无人机影像空三加密和平差，软件通过判读导入的控制点和量测的控制点之间的偏差，基于Patb 光束法严格平差，计算点位残差，保证立体测图所需像对的精度。

其后本文根据空三加密、平差恢复的影像立体像对，于数字化测图平台Mapmartix 软件进行DLG 数据采集工作。该软件基于高速公路线路方式的无缝测图，作业步骤包括建立工程、引入空三成果、分割模型、分配任务、客户端进行生产、客户端成果上交等。

此外软件不需要提前采集核线，可以采用实时核线进行测图；能根据外方位元素和影像重叠度自动组合立体像对，生成最佳的交会角，提高测图的高程精度，也支持自动、手动切换立体模型。这样的工作方式免除了模型接边，方便生产人员操作，提高了测图的效率。

平面精度统计表 单位：米

（五）外业补绘与调绘

内业数据采集完成后，需通过外业补绘与调绘工作检核内业数据成果，对于内业无法测量、识别的地物通过外业现场进行实地确认，主要关注以下几个方面。

1.对内业预判的地形图要素进行核查、纠错、定性。

2.对内业漏测和难以准确判绘的图形信息(如遮盖区域)，特别是由于地物遮挡造成的影像模糊，导致少量地物要素难以准确采集或漏采集的情况。部分线状悬空的地物，如电力线、铁丝绒网等，立体模型采集难度大，难以从模型中准确辨别其走向和连接关系的情况。

3.对内业难以获取的属性信息（如地理名称等）进行调绘，如检修井的属性信息、路名、企事业单位等注记信息。

（六）数据精度分析

影像数据依据《1∶500、1∶1000、1∶2000 地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T7931—2008）要求获取全部影像数据。采用 GPS—RTK 加密测量航线中像控点的三维坐标。使用 GODWORK—AT 软件对像控点坐标精度进行分析，可以达到成图精度要求。

根据《基础地理信息数字成果 1︰500、1︰1000、1︰2000数字正射影像图》（CH/T9008.3—2010）可知，DOM 地物点相对于实地同名点的点位中误差不得大于平地、丘陵地0.6 毫米，山地、高山地0.8毫米。特殊地区可放宽0.5 倍，规定2 倍中误差为其限差。

无人机正射影像的几何精度，可以采用影像与控制点、检查点的套合检查以及拼接线的检查。本文利用EOS 软件可以快速通过多视图影像对重叠照片进行处理，生成的高分辨率正射影像，再利用Photoshop 进行匀色修补输出单幅影像，由图可知影像接边处色彩过渡自然，地物接边合理，人工地物完整，无重影和发虚现象，实际平面精度可达0.25 米，满足上表相关规定。

为后续优化空三、立体建模提供精确的地理参考，本文在GODWORK—AT 软件处理过程中导入的实测控制点数据，可以基于照片对齐后生成的稀疏点云，创建的Mesh 手动更新照片上控制点标记的位置，再借助软件匹配提示，实时更新控制点在照片上量测的位置。

根据无人机航摄影像数据的特点，GODWORK—AT 软件可以自动化进行空三数据处理，本文根据《数字航空摄影测量空中三角测量规范》确定相关指标精度，设定平差阈值，保证加密精度。加密之后的测区控制点平面中误差约为4.1 厘米，高程中误差约为6.2 厘米，满足相关测图精度要求。

为评价基于无人机航测技术的大比例地形图测绘方法所测1︰1000DLG 的精度水平，对采用本方法完成的杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）工程建设用地批后监测1∶1000 比例尺地形图采用野外散点法分别进行平面和高程精度检测。

平面精度检测共检测明显地物点473 个，剔除9 处粗差，粗差率为1.9%，最大误差0.290 米，最小误差0.030 米，中误差为±0.118 米，小 于《1∶500、1∶1000、1∶2000 地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T 7930—2008）所规定的地物点相对于邻近平面控制点的点位中误差（±0.60 米），检测数据如上表所示。

高程精度检测共检测高程点522 个，剔除12 处粗差，粗差率为2.3%，最大误差0.260 米，最小误差0.012 米，中误差为±0.126 米，小于 《1∶500、1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范 》（GB/T 7930—2008）所规定的高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差（±0.15 米）。

经检验，该项目的精度达到规范“优级品”的要求。平面精度与高程精度均满足杭新景高速公路建德寿昌至开化白沙关（浙赣界）工程建设用地批后监测项目要求和1∶1000 地形图航空摄影测量数字化测图的规范要求。

二、批后监测的主要技术问题及解决措施

经过本次无人机航测获取高清正射影像图和1:1000 大比例尺DLG线划图的生产方式，与传统测量相比，在生产成本、生产效率、人员安全保障和劳动强度及成果要素全面性等方面都有了极大的提升和突破。

（一）无人机航测

用航测的解决方案来完成整个项目需要做以下工作：1.像控点的布设；2.航飞；3.空三加密；4.DLG的采集；5.外业调绘；6.内业编辑。

（二）传统测绘

传统测量的地形图精度高，但是对仪器、人员等方面要求较高，同时还受外界因素（天气、温度、地形条件等）影响较大，无人机航测具有快速方便、劳动强度低等优点，同时也存在成图精度略低于人工测量的精度、空中飞行安全性低等缺点。

（三）无人机航测在高速公路竣工复测项目应用中的创新点和优点

经实践证明，利用无人机倾斜摄影技术进行高速公路建设用地批后监测，能够满足规范精度的要求，是测绘技术的重大尝试和成功应用，其技术优势主要体现为以下几点。

1.作业效率高，劳动强度小。无人机摄影测量技术响应迅速，数据获取快捷，作业效率提升。与传统的大比例尺地形图测绘方法相比，应用无人机倾斜摄影测量技术可以大幅降低外业工作量和工作强度。

2.数据采集直观、全面。正射影像数据和立体模型数据分别从二维和三维世界再现地物的分布特征，直观、精确地反应了项目用地的位置、路基、服务区、枢纽互通、铁丝网、雨水结水沟和未批先用、批东建西等要素，作业员可直接在二三维作业环境下进行数据的采集和编辑。

3.数据精度高，干扰性因素少。在高速公路测量时，作业员经常遇到现场不配合或者地形地貌过于复杂的现象，从而难以确保地形图的准确性。利用无人机摄影技术进行高速公路建设用地批后监测的大比例尺地形图测绘，以非接触模式在二三维环境作业，可准确定位地物特征点位，确保数据精度和全面性。

三、结束语

无人机航测是传统地面测绘的有力补充，在高速公路建设用地批后监测项目中优势明显，有效弥补了传统测绘手段在信息化测绘时代难以满足生产需求的不足，提高了高速公路建设用地批后监测的效率，加快了建设用地竣工复测的进度，其数据精度与传统测绘相近，显著缩短了生产周期。随着无人机摄像分辨率以及稳定性的不断提升，无人机技术必将在自然资源管理中得到广泛应用。但是在对隐蔽工程、水下工程或者被树木遮盖区域，传统的实地勘察巡检工作仍然是有必要的。