無人機傾斜攝影在大比例尺地形圖質量檢驗中的應用研究

锜彩霞

（福建省測繪產品質量檢測中心 福建 福州 350001）

1 引言

大比例尺地形圖作為空間地理信息的載體，其準確性尤為重要。傳統地形圖質量檢驗，采用先外業后內業的檢驗方式，檢驗重點在外業。外業檢驗主要是數學精度和地理精度的檢查，內業檢驗主要是對相關文檔資料、圖面整飾質量等的檢查。傳統質檢模式檢驗效率較低，在困難區域難以保證檢驗結果的正確性[1]。

隨著無人機、傾斜攝測量軟硬件技術的飛速發展，為地形圖質量檢驗方法帶來新的契機。劉玉潔等以無人機航攝方式獲取大比例尺地形圖數據[2]，并檢驗成果是否符合精度，驗證了該方法的可行性。何亞銳等通過無人機方式針對復雜山區1∶500 地形圖進行測繪[3]，驗證能夠滿足精度要求。本文利用無人機傾斜攝影測量方法構建三維模型，并基于模型進行地形圖質量檢驗，將檢驗結果與傳統方法進行對比，探索新型方法的特點與可行性，并驗證其可靠性，為提高地形圖質量檢驗工作效率和質量創建一種新型的方法。

2 地形圖質量檢驗流程內容及傳統檢驗方式說明

3 無人機傾斜攝影地形圖質量檢驗方法研究

依據GB/T 24356?2009《測繪成果質量檢查與驗收》規范要求[4]，地形圖質量檢查指標分為質量元素與質量子元素，單位成果評分模型為缺陷扣分法。質量子元素評分計算方法如下：

式中：S為質量子元素得分；a1、a2、a3為樣本對應的B、C、D類錯漏數量；t為扣分值調整系數。

質量元素評分計算方法如下：

式中：S1為質量元素得分；S2i為質量子元素得分；Pi為質量子元素的權重；n為質量子元素的個數。

依據GB/T 24356?2009《測繪成果質量檢查與驗收》規范要求，質量元素內容見表1。傳統數學精度與地理精度的檢驗方式主要是野外核查，數學精度檢驗是通過RTK 或全站儀獲取與樣本特征點對應的同名點位置信息，通過統計得出樣本得分，地理精度通過“走到，看到，查到”方式進行檢驗。另三個質量元素檢驗方式是采用人工檢查與軟件檢查相結合的檢查方式。檢驗流程、檢驗內容和權重如圖1、表1。

表1 地形圖質量檢驗內容和權重

圖1 地形圖質量檢驗流程

3.1 研究區概況

本次研究區選取福建省平潭綜合試驗區金井鎮，試驗區內崗巒起伏，山中多巨巖，最高的老虎山海拔97.8 米。試驗區內存在道路不易通達區域，傳統方法無法對樣本存疑地物地貌進行實際檢驗，難以保證檢驗結果的可靠性。

3.2 三維模型和DOM的建立及精度驗證

3.2.1 航飛數據采集

飛行器選擇精靈Phantom 4 RTK，其具有厘米級定位、高精度成像、可自主飛行、輕便易攜帶等優點。飛行前確定作業范圍，并導入遙控器進行航線規劃，設置航飛參數。在合適的天氣飛行，起飛前先檢查，確保安全后起飛。航飛過程需實時關注飛行狀態，如有異常及時中斷飛行。飛行任務完成后，收納無人機，將SD 卡里的航飛數據傳輸至電腦。飛行結束后，需對影像進行快速檢查。檢查影像是否存在漏拍、云霧遮擋地物、POS 數據缺漏等問題。若有漏洞，及時補飛。

3.2.2 DEM及DOM生產

本次實驗利用大疆智圖處理無人機拍攝的傾斜相片，由于每張相片均記錄準確的POS 數據，無需再進行控制點的人工刺點，可一鍵生成三維模型，人工干預的只有坐標系設置、場景的選擇。利用DasViewer將模型數據生成DOM數據。

3.2.3 精度驗證

在測區選取低矮房屋、圍墻、加固坎角點作為特征點實地測制平面及高程檢測點，依據規范要求來評定無人機免像控航攝制作的三維模型數學精度。三維模型上選取13 個平面特征點，平面中誤差為0.061m。選取17 個高程特征點，高程中誤差為0.246m。

根據CH?T 9008.1?2010《基礎地理信息數字成果1∶500 1∶1000 1∶2000 數字線劃圖》要求，在平地、丘陵地，1∶1000 比例尺線劃圖地物點平面位置中誤差應優于0.6m，高程注記點中誤差應優于0.5m。試驗區三維模型平面與高程精度較好，滿足1∶1000 地形圖數學精度檢驗需求。

3.3 地形圖質量檢驗的運用

以目前相關技術的發展，數學精度與地理精度這兩項質量元素的檢查可通過無人機獲取的三維模型輔助檢查，另三項質量元素的檢測方式仍為內業檢核。檢驗內容與要求詳見規范規定。

和林中偉比，梁肇彬顯得“豪爽”得多。建安公司掛靠肇慶市城投公司下屬市建公司開發建設房地產的過程中，梁肇彬雖然只給鄧強送過兩次錢，但總金額卻高達170萬元。2012年9月份的某天，梁肇彬約鄧強在肇慶市端州區星湖灣小區旁邊的道路見面，將一個裝有70萬元現金的紙皮禮品袋放到鄧強車上，鄧強沒說什么就收下了。2013年年底的一天，梁肇彬又約鄧強在肇慶市星湖大酒店的停車場碰面，梁肇彬拿了一個裝有現金人民幣100萬元的紙皮箱及洋酒箱放到鄧強車上，鄧強同樣沒說什么就收下了。

3.3.1 數學精度檢驗

（1）檢驗方法

按規定，數學精度中平面精度、高程精度以中誤差為評價標準。數學基礎檢驗方式為參考資料比對和內業檢驗。

（2）實驗結果

利用Cass91 For AutoCAD2008 軟件在模型上獲取點位坐標與長度信息。此方法可實現檢測點隨機均勻分布。樣本獲取平面精度檢測點24 個，高程精度檢測點21 個。實驗中外業調繪檢測點與三維模型獲取的檢測點點位相同，以驗證新方法的可靠性。

通過統計，三維模型平面中誤差為0.147m，傳統調繪平面中誤差為0.073m，兩種方式均滿足中誤差限差（0.6m）要求。三維模型高程中誤差為0.355m，傳統方法高程中誤差為0.203m，均滿足規范中誤差限差（0.5m）要求。具體精度折線圖如圖2。

圖2 各類型精度折線圖

圖3 要素多余采集及地理要素正確性有誤

3.3.2 地理精度檢驗1）檢驗方法

地理精度質量元素的具體檢驗內容參見表1。利用ArcGIS10.4 軟件加載樣本數據，依據規范，以人機交互方式對樣本進行檢驗，檢查內容包括：要素符號和名稱注記，使用與規格的正確性和完整性、注記位置的合理性、圖面要素協調性、圖面整飾的完整性與合理性、接邊質量。接著在Cass 平臺上套合地形圖成果與三維模型，比對分析成果要素采集是否正確，圖面表達是否合理，位置與形態是否一致。

經檢驗，新型檢驗方式共檢查出1個B類問題，2個C 類問題，10個D 類問題，按照規范要求的評價方法，樣本地理精度質量得分為70 分。由于個別建筑無法進入，傳統檢驗方法少發現1個C類問題，4個D類問題。因篇幅原因，截取一個問題示例如下，多余表示旱地植被符號，房屋層數錯，應為石2。

3.4 結果分析

因誤差的傳播與累積，新型檢驗方式中平面和高程精度略低于傳統調繪方式，但兩者中誤差均符合規范要求。數學精度檢查結果均為優，地理精度檢驗結果均為良，兩種方式的檢驗結果相同。通過實驗驗證，新型檢驗方式相較傳統檢驗方式，發現了更多樣本存在的問題，能提高檢驗內容的完整性與正確性，特別是在困難區域數學精度與地理精度的檢驗，新型檢驗模式更有其優越性。

參照規范評定方法與標準，針對金井鎮樣本，新型檢驗方式與傳統檢驗方式進行質量評分結果見表2。兩種檢驗方式樣本質量等級均為良。

表2 三維模型輔助檢驗質量評分結果

在試驗中，傳統檢驗方式需1 組2 人，共耗時11.5 小時。新型檢驗方式需作業員1 人，共耗時7 小時。在效率方面，新型檢驗方式優于傳統方式。

依據規范要求，數學精度檢驗的檢測點理論上應均勻、隨機地分布于樣本中，但在實際檢驗中樣本的選取存在局限性。規范要求單個樣本平高檢測點應滿足20～50 個，當樣本地貌復雜，或檢測區域難以進入，易出現檢測點疏密不均，只能聯合多圖幅進行數學精度評定，降低檢驗精度的可靠性。新型檢驗方式即使在困難區域內，仍可在相應的三維模型上任意提取檢測數據，確保檢測點隨機均勻分布，提高成果檢驗的準確性與可靠性。

地理精度檢驗方面，傳統檢驗方法檢驗員因部分居民區內部無法進入，難以保證檢驗的正確性與覆蓋面。困難區域是生產成果質量無法保證的區域，同時是質檢范圍難以覆蓋的區域。利用無人機三維模型輔助檢驗，可以突破傳統質檢手段在不易達、不可達區域的覆蓋面，同時因三維模型上可以多個角度提取檢驗數據，提高檢驗的可靠性與準確性。得益于大疆智圖生產影像和三維模型的高效處理，新型質檢方式較傳統質檢方式在效率方面也有所提高。

在質檢資料方面，傳統方法的質檢結果一般為數字、文字或照片，后期難以再利用。而三維模型豐富的點位坐標、紋理信息可解譯出質檢所需的位置和屬性信息，對于今后地形圖質量自動化檢驗的發展，有著革新性的意義。

4 結束語

通過試驗，驗證了無人機航攝成果地面分辨率一般優于0.2m，即使在困難地區，數學精度都可控制在限差范圍內?？蓾M足低于1∶500 比例尺成果數學精度和地理精度的檢驗需求。通過試驗，驗證了無人機輔助檢驗較傳統方式，具有用時少、準確度高、可追溯性較強等優勢，可有效突破現有檢驗手段的局限性，提升困難區域的質量控制能力，進而提升質量檢驗結果的可靠性和準確度，有較好的應用前景。面對自然資源“兩支撐、一提升”工作定位，各種高新測繪項目日漸增多，無人機的更多應用，仍需在今后的檢驗項目中繼續探索和優化。