无人机航空摄影测量技术在交城县“清零行动多测合一”工作中的应用

作者简介：王永成（1980-），男，测绘工程硕士，测绘高级工程师。研究方向为遥感与地理信息应用、不动产测绘。

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

摘  要：交城县为解决国有建设用地上房屋不动产登记历史遗留问题，施行“多测合一”测绘服务，对项目用地、规划、施工、竣工及不动产登记阶段行政审批工作涉及的测绘业务进行优化。优化后实现一次委托、一次测绘、一次提交和成果共享，减轻企业负担，提升审批效率。该文采用交城县“清零行动多测合一”各阶段中操作流程最为复杂、成果要求最为严格的竣工验收阶段，进行基于无人机航空摄影测量技术1∶500地形图应用研究。通过介绍无人机航测，并对生产成果进行精度分析后，最终证明无人机航测技术能够完成当前1∶500地形图成图工作，且在精度满足相应标准的前提下，大幅提升测量效率，是一种快捷高效的测量技术。

关键词：无人机；航空摄影测量；多测合一；精度分析；测量效率

中图分类号：P217       文献标志码：A          文章编号：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（以下简称“我县”）自2021年开始，全面推动涉及国有建设用地工程建设项目实行“一次委托、联合测绘、成果共享”的“清零行动多测合一”联合测绘工作。

当前，我县“清零行动多测合一”联合测绘工作主要分为3个阶段，分别是项目立项用地、工程规划与施工、竣工验收及不动产登记。3个阶段之中，竣工验收阶段因其测区内部均已完成建筑施工，测绘要素多，工作复杂，且主要涉及建筑轮廓、建筑物特征点、道路、绿化、水系、自然地貌特征与人工地貌等要素采集，因此竣工验收测量阶段的地形图测量工作最为复杂，测绘成果的精度要求也最为严格。因此，选用此阶段进行无人机航测技术的应用实验最为合理，且操作模式将适用于大部分测绘场景，具有较高普适性与可行性。

本文以竣工验收阶段的规划条件核实测量地形图成果生产为例，选取交城县天宁镇东门小区作为试验区域，采用无人机航测技术与传统测绘工作同步开展的参照模式，并对最终成果进行精度对比、效率对比、可行性分析，以此来检测无人机航测技术的应用范围，尤其以我县“清零行动多测合一”为主要工作背景的应用前景。

1  项目概述

本次测区项目性质为居住（R2）用地，项目总用地面积为18 143.13 m2，总建筑面积85 840.56 m2，共有建筑物5栋。测区位于交城县天宁镇新开路中部，项目自2011年通过用地规划许可进行项目施工建设，并于2015年10月完成项目建设并上报相关部门进行规划验收。

为满足住户舒适、采光等性能需求，该小区建筑设计呈现出结构复杂、功能多样的特点，且由于该小区现场条件限制、工期紧张等，采用无人机航空摄影测量技术也将有利于该项目测量工作的顺利进行。

2  设计基本思路

为进行无人机航空摄影测量技术的工作成果对比分析，本次实验采用无人机航测技术与传统测绘双向并行的工作模式，通过对最终成果的数据精度进行比对，进一步得出此次测量工作中，无人机航测技术和传统测绘工作的优劣比较[1]。具体操作流程如图1所示。

图1  设计流程

3  数据采集

本次项目使用的无人机航测仪器型号为Phantom4 RTK SE。本次测区范围较小，但需要采集的要素相当复杂，为满足成果精度要求，本次飞行任务严格按照无人机外业测量规范进行参数设定。

3.1  准备工作

开始无人机数据采集工作前的准备工作主要包含：①测区信息分析整理；②制作KML文件；③确定测区空域情况；④飞行前仪器校核[2]。

3.2  实地飞行

为满足本次1∶500地形图精度要求，本次航测仪器飞行参数依据规范设定情况如下：航测任务高度100 m；测区单次航线7条，五向总航线35条；航线重叠度80%；旁向重叠度85%；正射飞行相机角度90°；四向飞行相机角度60°；返航高度120 m；飞行速度7 m/s[3]。

3.3  数据检测

现场作业完成后，进行现场数据检测，检测结果为飞行架次2次；采集原始影像数据446张；影像内置坐标为WGS 2000国家大地坐标系；影像断点数、坏点数、重复数均为0。因此，此次飞行数据满足外业影像数据采集标准，可用于内业实景三维建模使用。

4  数据处理

本项目采用12个像控点进行空三解算，12个特征点进行精度检查，实景三维建模采用CC（Smart 3D）软件进行制作，主要步骤如下所述。

4.1  数据预处理

本项目全程使用Phantom4 RTK SE进行飞行，飞行任务耗时2架次，存在2组原始影像文件，分别有165张、281张影像；原始POS数据坐标系为WGS 2000国家大地坐标系，通过七参数模型及似大地水准面补偿模型转换到2000国家大地坐标系平面、黄海1985高程系统下采取区域网布点。

4.2  空中三角解算

该小区采用区域网5点法布设像控点，即四周4个控制点，测区中心1个控制点，用于解算倾斜摄影空中三角测量;同时布设5个检查点以检验空中三角测量的精度。通过空三加密处理，自由网的精度为0.55像素，像控点水平中误差为0.004 m，高程中误差为0.002 m，点位中误差0.003 m，检查点水平中误差0.031 m，高程中误差0.024 m，点位中误差0.039 m，空中三角测量精度较高，满足大比例尺地形图测绘需求[4]。

4.3  数据成图

实景三维模型生成专门用于测绘工作的OSGB格式便可进行测绘成果生产。本次测区主要使用实景三维模型生成1∶500小区现状地形图用以规划条件核实阶段的数据进行校核。因此，需将三维模型（OSGB）导入CASS 3D测图软件进行数字线划图的生产，最终得到符合规范要求的测绘成果。

4.4  成果输出

依靠CASS 3D软件生产的测绘产品需严格按照1∶500地形图成图规范进行绘制，在绘制完成之后，便可对其进行特征点数据比对与精度分析，从而得出无人机航测技术的成果精度与可靠性，如图2所示。

图2  CASS 3D测图软件生产数字线划图

5  精度分析

5.1  精度标准

本次航测精度目标，要求实景三维模型成果能满足精度较严格的城市测量规范1∶500地形图测图标准，即平面中误差±0.25 m，高程注记点中误差±0.15 m，最大允许误差不超过中误差的2倍，平面控制点相对于起算点的点位中误差不得超过±5 cm。因此，本次精度分析中以主要使用平面位置与高程精度为分析目标，从而实现与原始测量数据的精度对比[5]。

5.2  平面精度对比

平面精度检查采用RTK外业实测特征点和地形图上的同名点进行统计分析，具体精度统计表见表1。

如表1所示，共12个平面精度统计的点，平面位置精度均小于0.25 m，中误差为0.032 9 m，满足1∶500大比例尺地形图平面精度要求。

试验区共采集平面检测点12个，有效检测点12个，粗差0个；X方向中误差MX=±0.025 4 m；Y方向中误差MY=±0.020 9 m；点位中误差MS=±0.032 9 m。

点位S误差离散情况如图3所示。

圖3  检查点点位S误差离散折线图

5.3  高程精度对比

高程精度检查采用RTK外业实测特征点和地形图上的同名点（可通过实景三维模型直接获取）进行统计分析，具体精度统计见表2。

如表2所示，共计12个高程精度统计点，高程误差均小于0.15 m，最大高程误差为0.051 m，高程中误差为0.030 3 m，满足1∶500地形图高程精度要求[6]。

试验区共采集高程检测点12个，有效检测点12个，粗差个数为0；中误差MH=±0.030 3 m。

高程H误差离散情况如图4所示。

6  效率对比

当前，以无人机航测技术的精度达标为前提，再到测绘工作的实际工作之中，我们可进一步开展工作效率提升的情况分析，本次对比将以此次实验为基础模型，主要以项目总用地面积为1.8万m2，总建筑面积8.5万m2的居住用地为基准进行对比参照。

表2  检查同名点高程精度统计表

图4  ΔH误差离散折线图

在本小区的实际工作当中，实际测绘的外业投入人员踏勘，像控点布设，外业飞行总计2人0.5 d，内业处理共计1人1.5 d，耗时2.5 d，而传统测量则总计耗时10 d。由计算可知，采用Phantom 4 RTK SE航测飞行方案，效率提升是传统测绘方式的4倍。如扩大项目测量面积，摄影测量在内外业工作效率提升将会更加巨大，这也进一步说明了航空摄影测量对测绘工作效率提升的重要意义与实际使用的可行性。

7  结束语

经上述实验表明，利用大疆Phantom4 RTK SE采用GSD 2.72 cm分辨率进行摄影测量3D建模后编辑生成1∶500地形图的方法满足1∶500地形图成图精度要求，且能大幅提升测绘工作效率。因此，本文认为，Phantom4 RTK SE无人机航测过程之中，采用合理的任务设置与标准生产流程，可以有效降低航测数据自身及生产过程中產生的数据偏差，且数据出品精度也完全可以满足目前竣工验收阶段中规划条件核实大比例尺测图精度要求，与此同时，摄影测量在无论在外业飞行与内业成图的过程中，对比传统测绘模式均有巨大提升，是一种实用、有效的新型测绘工具。

参考文献：

[1] 张伟，付玲，陈小松．基于无人机摄影的1∶500地形图测绘应用[J]．北京测绘，2017（S1）：126-129.

[2] 王凤国，胡润强.无人机航测技术的应用实践及可行性分析[J].甘肃科技，2014，30（6）：34-36.

[3] 贾彦昌，张斌.免像控无人机航摄系统在1∶500地形图测绘中的应用[J].北京测绘，2018，32（9）：1092-1096.

[4] 林翔．低空数码航空摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用[J].科技创新导报，2011（17）：142.

[5] 齐效成.Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术在规划勘测中的应用[J].北京测绘，2020，34（6）：775-778.

[6] 马海政，强德霞.免像控无人机航摄系统在大比例尺地形图测量中的应用[J].测绘通报，2020（7）：159-161.