无人机倾斜摄影在大比例尺地形图质量检验中的应用研究

锜彩霞

（福建省测绘产品质量检测中心 福建 福州 350001）

1 引言

大比例尺地形图作为空间地理信息的载体，其准确性尤为重要。传统地形图质量检验，采用先外业后内业的检验方式，检验重点在外业。外业检验主要是数学精度和地理精度的检查，内业检验主要是对相关文档资料、图面整饰质量等的检查。传统质检模式检验效率较低，在困难区域难以保证检验结果的正确性[1]。

随着无人机、倾斜摄测量软硬件技术的飞速发展，为地形图质量检验方法带来新的契机。刘玉洁等以无人机航摄方式获取大比例尺地形图数据[2]，并检验成果是否符合精度，验证了该方法的可行性。何亚锐等通过无人机方式针对复杂山区1∶500 地形图进行测绘[3]，验证能够满足精度要求。本文利用无人机倾斜摄影测量方法构建三维模型，并基于模型进行地形图质量检验，将检验结果与传统方法进行对比，探索新型方法的特点与可行性，并验证其可靠性，为提高地形图质量检验工作效率和质量创建一种新型的方法。

2 地形图质量检验流程内容及传统检验方式说明

3 无人机倾斜摄影地形图质量检验方法研究

依据GB/T 24356−2009《测绘成果质量检查与验收》规范要求[4]，地形图质量检查指标分为质量元素与质量子元素，单位成果评分模型为缺陷扣分法。质量子元素评分计算方法如下：

式中：S为质量子元素得分；a1、a2、a3为样本对应的B、C、D类错漏数量；t为扣分值调整系数。

质量元素评分计算方法如下：

式中：S1为质量元素得分；S2i为质量子元素得分；Pi为质量子元素的权重；n为质量子元素的个数。

依据GB/T 24356−2009《测绘成果质量检查与验收》规范要求，质量元素内容见表1。传统数学精度与地理精度的检验方式主要是野外核查，数学精度检验是通过RTK 或全站仪获取与样本特征点对应的同名点位置信息，通过统计得出样本得分，地理精度通过“走到，看到，查到”方式进行检验。另三个质量元素检验方式是采用人工检查与软件检查相结合的检查方式。检验流程、检验内容和权重如图1、表1。

表1 地形图质量检验内容和权重

图1 地形图质量检验流程

3.1 研究区概况

本次研究区选取福建省平潭综合试验区金井镇，试验区内岗峦起伏，山中多巨岩，最高的老虎山海拔97.8 米。试验区内存在道路不易通达区域，传统方法无法对样本存疑地物地貌进行实际检验，难以保证检验结果的可靠性。

3.2 三维模型和DOM的建立及精度验证

3.2.1 航飞数据采集

飞行器选择精灵Phantom 4 RTK，其具有厘米级定位、高精度成像、可自主飞行、轻便易携带等优点。飞行前确定作业范围，并导入遥控器进行航线规划，设置航飞参数。在合适的天气飞行，起飞前先检查，确保安全后起飞。航飞过程需实时关注飞行状态，如有异常及时中断飞行。飞行任务完成后，收纳无人机，将SD 卡里的航飞数据传输至电脑。飞行结束后，需对影像进行快速检查。检查影像是否存在漏拍、云雾遮挡地物、POS 数据缺漏等问题。若有漏洞，及时补飞。

3.2.2 DEM及DOM生产

本次实验利用大疆智图处理无人机拍摄的倾斜相片，由于每张相片均记录准确的POS 数据，无需再进行控制点的人工刺点，可一键生成三维模型，人工干预的只有坐标系设置、场景的选择。利用DasViewer将模型数据生成DOM数据。

3.2.3 精度验证

在测区选取低矮房屋、围墙、加固坎角点作为特征点实地测制平面及高程检测点，依据规范要求来评定无人机免像控航摄制作的三维模型数学精度。三维模型上选取13 个平面特征点，平面中误差为0.061m。选取17 个高程特征点，高程中误差为0.246m。

根据CH−T 9008.1−2010《基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1∶2000 数字线划图》要求，在平地、丘陵地，1∶1000 比例尺线划图地物点平面位置中误差应优于0.6m，高程注记点中误差应优于0.5m。试验区三维模型平面与高程精度较好，满足1∶1000 地形图数学精度检验需求。

3.3 地形图质量检验的运用

以目前相关技术的发展，数学精度与地理精度这两项质量元素的检查可通过无人机获取的三维模型辅助检查，另三项质量元素的检测方式仍为内业检核。检验内容与要求详见规范规定。

和林中伟比，梁肇彬显得“豪爽”得多。建安公司挂靠肇庆市城投公司下属市建公司开发建设房地产的过程中，梁肇彬虽然只给邓强送过两次钱，但总金额却高达170万元。2012年9月份的某天，梁肇彬约邓强在肇庆市端州区星湖湾小区旁边的道路见面，将一个装有70万元现金的纸皮礼品袋放到邓强车上，邓强没说什么就收下了。2013年年底的一天，梁肇彬又约邓强在肇庆市星湖大酒店的停车场碰面，梁肇彬拿了一个装有现金人民币100万元的纸皮箱及洋酒箱放到邓强车上，邓强同样没说什么就收下了。

3.3.1 数学精度检验

（1）检验方法

按规定，数学精度中平面精度、高程精度以中误差为评价标准。数学基础检验方式为参考资料比对和内业检验。

（2）实验结果

利用Cass91 For AutoCAD2008 软件在模型上获取点位坐标与长度信息。此方法可实现检测点随机均匀分布。样本获取平面精度检测点24 个，高程精度检测点21 个。实验中外业调绘检测点与三维模型获取的检测点点位相同，以验证新方法的可靠性。

通过统计，三维模型平面中误差为0.147m，传统调绘平面中误差为0.073m，两种方式均满足中误差限差（0.6m）要求。三维模型高程中误差为0.355m，传统方法高程中误差为0.203m，均满足规范中误差限差（0.5m）要求。具体精度折线图如图2。

图2 各类型精度折线图

图3 要素多余采集及地理要素正确性有误

3.3.2 地理精度检验1）检验方法

地理精度质量元素的具体检验内容参见表1。利用ArcGIS10.4 软件加载样本数据，依据规范，以人机交互方式对样本进行检验，检查内容包括：要素符号和名称注记，使用与规格的正确性和完整性、注记位置的合理性、图面要素协调性、图面整饰的完整性与合理性、接边质量。接着在Cass 平台上套合地形图成果与三维模型，比对分析成果要素采集是否正确，图面表达是否合理，位置与形态是否一致。

经检验，新型检验方式共检查出1个B类问题，2个C 类问题，10个D 类问题，按照规范要求的评价方法，样本地理精度质量得分为70 分。由于个别建筑无法进入，传统检验方法少发现1个C类问题，4个D类问题。因篇幅原因，截取一个问题示例如下，多余表示旱地植被符号，房屋层数错，应为石2。

3.4 结果分析

因误差的传播与累积，新型检验方式中平面和高程精度略低于传统调绘方式，但两者中误差均符合规范要求。数学精度检查结果均为优，地理精度检验结果均为良，两种方式的检验结果相同。通过实验验证，新型检验方式相较传统检验方式，发现了更多样本存在的问题，能提高检验内容的完整性与正确性，特别是在困难区域数学精度与地理精度的检验，新型检验模式更有其优越性。

参照规范评定方法与标准，针对金井镇样本，新型检验方式与传统检验方式进行质量评分结果见表2。两种检验方式样本质量等级均为良。

表2 三维模型辅助检验质量评分结果

在试验中，传统检验方式需1 组2 人，共耗时11.5 小时。新型检验方式需作业员1 人，共耗时7 小时。在效率方面，新型检验方式优于传统方式。

依据规范要求，数学精度检验的检测点理论上应均匀、随机地分布于样本中，但在实际检验中样本的选取存在局限性。规范要求单个样本平高检测点应满足20～50 个，当样本地貌复杂，或检测区域难以进入，易出现检测点疏密不均，只能联合多图幅进行数学精度评定，降低检验精度的可靠性。新型检验方式即使在困难区域内，仍可在相应的三维模型上任意提取检测数据，确保检测点随机均匀分布，提高成果检验的准确性与可靠性。

地理精度检验方面，传统检验方法检验员因部分居民区内部无法进入，难以保证检验的正确性与覆盖面。困难区域是生产成果质量无法保证的区域，同时是质检范围难以覆盖的区域。利用无人机三维模型辅助检验，可以突破传统质检手段在不易达、不可达区域的覆盖面，同时因三维模型上可以多个角度提取检验数据，提高检验的可靠性与准确性。得益于大疆智图生产影像和三维模型的高效处理，新型质检方式较传统质检方式在效率方面也有所提高。

在质检资料方面，传统方法的质检结果一般为数字、文字或照片，后期难以再利用。而三维模型丰富的点位坐标、纹理信息可解译出质检所需的位置和属性信息，对于今后地形图质量自动化检验的发展，有着革新性的意义。

4 结束语

通过试验，验证了无人机航摄成果地面分辨率一般优于0.2m，即使在困难地区，数学精度都可控制在限差范围内。可满足低于1∶500 比例尺成果数学精度和地理精度的检验需求。通过试验，验证了无人机辅助检验较传统方式，具有用时少、准确度高、可追溯性较强等优势，可有效突破现有检验手段的局限性，提升困难区域的质量控制能力，进而提升质量检验结果的可靠性和准确度，有较好的应用前景。面对自然资源“两支撑、一提升”工作定位，各种高新测绘项目日渐增多，无人机的更多应用，仍需在今后的检验项目中继续探索和优化。