無人機航空攝影測量技術在交城縣“清零行動多測合一”工作中的應用

作者簡介：王永成（1980-），男，測繪工程碩士，測繪高級工程師。研究方向為遙感與地理信息應用、不動產測繪。

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

摘? 要：交城縣為解決國有建設用地上房屋不動產登記歷史遺留問題，施行“多測合一”測繪服務，對項目用地、規劃、施工、竣工及不動產登記階段行政審批工作涉及的測繪業務進行優化。優化后實現一次委托、一次測繪、一次提交和成果共享，減輕企業負擔，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雜、成果要求最為嚴格的竣工驗收階段，進行基于無人機航空攝影測量技術1∶500地形圖應用研究。通過介紹無人機航測，并對生產成果進行精度分析后，最終證明無人機航測技術能夠完成當前1∶500地形圖成圖工作，且在精度滿足相應標準的前提下，大幅提升測量效率，是一種快捷高效的測量技術。

關鍵詞：無人機；航空攝影測量；多測合一；精度分析；測量效率

中圖分類號：P217? ? ? ?文獻標志碼：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用地工程建設項目實行“一次委托、聯合測繪、成果共享”的“清零行動多測合一”聯合測繪工作。

當前，我縣“清零行動多測合一”聯合測繪工作主要分為3個階段，分別是項目立項用地、工程規劃與施工、竣工驗收及不動產登記。3個階段之中，竣工驗收階段因其測區內部均已完成建筑施工，測繪要素多，工作復雜，且主要涉及建筑輪廓、建筑物特征點、道路、綠化、水系、自然地貌特征與人工地貌等要素采集，因此竣工驗收測量階段的地形圖測量工作最為復雜，測繪成果的精度要求也最為嚴格。因此，選用此階段進行無人機航測技術的應用實驗最為合理，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。

本文以竣工驗收階段的規劃條件核實測量地形圖成果生產為例，選取交城縣天寧鎮東門小區作為試驗區域，采用無人機航測技術與傳統測繪工作同步開展的參照模式，并對最終成果進行精度對比、效率對比、可行性分析，以此來檢測無人機航測技術的應用范圍，尤其以我縣“清零行動多測合一”為主要工作背景的應用前景。

1? 項目概述

本次測區項目性質為居?。≧2）用地，項目總用地面積為18 143.13 m2，總建筑面積85 840.56 m2，共有建筑物5棟。測區位于交城縣天寧鎮新開路中部，項目自2011年通過用地規劃許可進行項目施工建設，并于2015年10月完成項目建設并上報相關部門進行規劃驗收。

為滿足住戶舒適、采光等性能需求，該小區建筑設計呈現出結構復雜、功能多樣的特點，且由于該小區現場條件限制、工期緊張等，采用無人機航空攝影測量技術也將有利于該項目測量工作的順利進行。

2? 設計基本思路

為進行無人機航空攝影測量技術的工作成果對比分析，本次實驗采用無人機航測技術與傳統測繪雙向并行的工作模式，通過對最終成果的數據精度進行比對，進一步得出此次測量工作中，無人機航測技術和傳統測繪工作的優劣比較[1]。具體操作流程如圖1所示。

圖1? 設計流程

3? 數據采集

本次項目使用的無人機航測儀器型號為Phantom4 RTK SE。本次測區范圍較小，但需要采集的要素相當復雜，為滿足成果精度要求，本次飛行任務嚴格按照無人機外業測量規范進行參數設定。

3.1? 準備工作

開始無人機數據采集工作前的準備工作主要包含：①測區信息分析整理；②制作KML文件；③確定測區空域情況；④飛行前儀器校核[2]。

3.2? 實地飛行

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

3.3? 數據檢測

現場作業完成后，進行現場數據檢測，檢測結果為飛行架次2次；采集原始影像數據446張；影像內置坐標為WGS 2000國家大地坐標系；影像斷點數、壞點數、重復數均為0。因此，此次飛行數據滿足外業影像數據采集標準，可用于內業實景三維建模使用。

4? 數據處理

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

4.1? 數據預處理

本項目全程使用Phantom4 RTK SE進行飛行，飛行任務耗時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數據坐標系為WGS 2000國家大地坐標系，通過七參數模型及似大地水準面補償模型轉換到2000國家大地坐標系平面、黃海1985高程系統下采取區域網布點。

4.2? 空中三角解算

該小區采用區域網5點法布設像控點，即四周4個控制點，測區中心1個控制點，用于解算傾斜攝影空中三角測量;同時布設5個檢查點以檢驗空中三角測量的精度。通過空三加密處理，自由網的精度為0.55像素，像控點水平中誤差為0.004 m，高程中誤差為0.002 m，點位中誤差0.003 m，檢查點水平中誤差0.031 m，高程中誤差0.024 m，點位中誤差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? 數據成圖

實景三維模型生成專門用于測繪工作的OSGB格式便可進行測繪成果生產。本次測區主要使用實景三維模型生成1∶500小區現狀地形圖用以規劃條件核實階段的數據進行校核。因此，需將三維模型（OSGB）導入CASS 3D測圖軟件進行數字線劃圖的生產，最終得到符合規范要求的測繪成果。

4.4? 成果輸出

依靠CASS 3D軟件生產的測繪產品需嚴格按照1∶500地形圖成圖規范進行繪制，在繪制完成之后，便可對其進行特征點數據比對與精度分析，從而得出無人機航測技術的成果精度與可靠性，如圖2所示。

圖2? CASS 3D測圖軟件生產數字線劃圖

5? 精度分析

5.1? 精度標準

本次航測精度目標，要求實景三維模型成果能滿足精度較嚴格的城市測量規范1∶500地形圖測圖標準，即平面中誤差±0.25 m，高程注記點中誤差±0.15 m，最大允許誤差不超過中誤差的2倍，平面控制點相對于起算點的點位中誤差不得超過±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，從而實現與原始測量數據的精度對比[5]。

5.2? 平面精度對比

平面精度檢查采用RTK外業實測特征點和地形圖上的同名點進行統計分析，具體精度統計表見表1。

如表1所示，共12個平面精度統計的點，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。

試驗區共采集平面檢測點12個，有效檢測點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；點位中誤差MS=±0.032 9 m。

點位S誤差離散情況如圖3所示。

圖3? 檢查點點位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外業實測特征點和地形圖上的同名點（可通過實景三維模型直接獲?。┻M行統計分析，具體精度統計見表2。

如表2所示，共計12個高程精度統計點，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]。

試驗區共采集高程檢測點12個，有效檢測點12個，粗差個數為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

當前，以無人機航測技術的精度達標為前提，再到測繪工作的實際工作之中，我們可進一步開展工作效率提升的情況分析，本次對比將以此次實驗為基礎模型，主要以項目總用地面積為1.8萬m2，總建筑面積8.5萬m2的居住用地為基準進行對比參照。

表2? 檢查同名點高程精度統計表

圖4? ΔH誤差離散折線圖

在本小區的實際工作當中，實際測繪的外業投入人員踏勘，像控點布設，外業飛行總計2人0.5 d，內業處理共計1人1.5 d，耗時2.5 d，而傳統測量則總計耗時10 d。由計算可知，采用Phantom 4 RTK SE航測飛行方案，效率提升是傳統測繪方式的4倍。如擴大項目測量面積，攝影測量在內外業工作效率提升將會更加巨大，這也進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際使用的可行性。

7? 結束語

經上述實驗表明，利用大疆Phantom4 RTK SE采用GSD 2.72 cm分辨率進行攝影測量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，本文認為，Phantom4 RTK SE無人機航測過程之中，采用合理的任務設置與標準生產流程，可以有效降低航測數據自身及生產過程中產生的數據偏差，且數據出品精度也完全可以滿足目前竣工驗收階段中規劃條件核實大比例尺測圖精度要求，與此同時，攝影測量在無論在外業飛行與內業成圖的過程中，對比傳統測繪模式均有巨大提升，是一種實用、有效的新型測繪工具。

參考文獻：

[1] 張偉，付玲，陳小松．基于無人機攝影的1∶500地形圖測繪應用[J]．北京測繪，2017（S1）：126-129.

[2] 王鳳國，胡潤強.無人機航測技術的應用實踐及可行性分析[J].甘肅科技，2014，30（6）：34-36.

[3] 賈彥昌，張斌.免像控無人機航攝系統在1∶500地形圖測繪中的應用[J].北京測繪，2018，32（9）：1092-1096.

[4] 林翔．低空數碼航空攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應用[J].科技創新導報，2011（17）：142.

[5] 齊效成.Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術在規劃勘測中的應用[J].北京測繪，2020，34（6）：775-778.

[6] 馬海政，強德霞.免像控無人機航攝系統在大比例尺地形圖測量中的應用[J].測繪通報，2020（7）：159-161.