王凱倫

（河南智聯(lián)時空信息科技有限公司，河南 鄭州 450003）

1 引言

傾斜攝影測量技術(shù)是近年來測繪領(lǐng)域快速發(fā)展的一項高新技術(shù)，通過無人機平臺搭載多角度組合傳感器采集影像數(shù)據(jù)，彌補了傳統(tǒng)攝影測量僅從垂直角度采集數(shù)據(jù)的局限。以無人機傾斜攝影測量技術(shù)為基礎(chǔ)生產(chǎn)的數(shù)字表面模型可從三維方面提取空間地理信息，速度快、精度高、三維真實感強。從無人機的選型、系統(tǒng)集成、航線規(guī)劃等方面出發(fā)[1-2]，無人機傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用已較為成熟[3-6]，但針對農(nóng)房不動產(chǎn)測量的應(yīng)用仍需深入研究。

本文從無人機傾斜攝影測量技術(shù)設(shè)備選型、航測設(shè)計、矢量采集和精度驗證等方面進行分析，結(jié)合實例對無人機傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)精度進行了驗證，并對該技術(shù)應(yīng)用中存在的問題進行分析，為傾斜攝影測量在農(nóng)房不動產(chǎn)測量中的應(yīng)用提供參考。

2 作業(yè)方法

2.1 無人機航測數(shù)據(jù)采集

無人機航測數(shù)據(jù)采集主要影響因素有無人機平臺、任務(wù)荷載系統(tǒng)、航線布設(shè)和像控點布設(shè)。

（1）測繪項目常用的無人機平臺有固定翼無人機、多旋翼無人機、垂直起降固定翼無人機。農(nóng)房不動產(chǎn)項目對測量精度、穩(wěn)定性等因素要求較高，一般選用多旋翼無人機和垂直起降固定翼無人機。

（2）任務(wù)荷載系統(tǒng)是無人機傾斜攝影測量的核心部分，主要包括多角度多鏡頭的傾斜攝影相機、云臺、同步控制裝置、姿態(tài)與位置采集系統(tǒng)等[1]。傾斜攝影相機常用的有五鏡頭組合相機、三鏡頭組合相機。

（3）根據(jù)測區(qū)的地理概況，設(shè)計航向重疊度、旁向重疊度、相對航高等參數(shù)，規(guī)劃航線。

（4）像控點布設(shè)是影響傾斜攝影測量絕對坐標(biāo)精度的主要因素，需盡可能地覆蓋到全部區(qū)域。

2.2 數(shù)字表面模型構(gòu)建和模型精度檢查

基于無人機航測數(shù)據(jù)采集的影像，利用傾斜攝影建模軟件進行處理，在影像數(shù)據(jù)輸入完成后，通過幾何校正、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、影像密集匹配、特征點云生產(chǎn)、TIN 構(gòu)建、紋理映射，完成數(shù)字表面模型的生產(chǎn)工作，并利用冗余像控點對模型精度進行檢核。

2.3 矢量數(shù)據(jù)采集

以數(shù)字表面模型為基礎(chǔ)，對建、構(gòu)筑物進行矢量數(shù)據(jù)采集。

2.4 矢量數(shù)據(jù)精度檢查

采用GNSS-RTK、全站儀、鋼卷尺結(jié)合的方法對矢量數(shù)據(jù)進行精度檢核，檢核主要包括兩方面：（1）基于GNSS-RTK 和全站儀測量建、構(gòu)筑物的特征點作為檢核點，對矢量數(shù)據(jù)的特征點精度進行檢核；（2）利用經(jīng)檢校的鋼卷尺測量建、構(gòu)筑物的邊長作為檢查邊長。

矢量數(shù)據(jù)的精度需滿足表1 和公式（1）的要求[7]，超出限差的數(shù)值作為粗差值，粗差值不參與中誤差計算，粗差率不得高于5%，否則視為不合格[8]。

限差/m 誤差/m 備注±0.10 ±0.05 用于農(nóng)村新型社區(qū)房屋測量±0.20 ±0.10 用于宅基地和集體建設(shè)用地上房屋測量

公式（1）中，mj是相應(yīng)等級房角點的點位中誤差（單位：m）；D是相鄰房角點間的距離（單位：m）；ΔD是房角點坐標(biāo)計算的邊長與實量邊長較差的限差（單位：m）。

3 應(yīng)用分析

3.1 測區(qū)地理概況

本次實驗選擇的應(yīng)用測區(qū)為某行政村，地面起伏小，行政區(qū)劃面積約2.92 km2，居民地面積約為0.36 km2，建、構(gòu)筑物分布較為集中。

3.2 航測規(guī)劃方案

無人機平臺采用大疆M600，任務(wù)荷載系統(tǒng)采用紅鵬AP3400R。航測規(guī)劃方案如表2 所示。測區(qū)航測采集共拍攝照片11777 張，理論地面分辨率為0.01 m。

項目 參數(shù)相對航高（m） 83焦距（mm） 35傳感器尺寸（mm） 23.5×15.6航向重疊度 ≥80%旁向重疊度 ≥80%航速（m/s） 5

3.3 數(shù)字表面模型建立和模型精度檢查

航測外業(yè)采集完成后，采用傾斜攝影建模軟件制作數(shù)字表面模型，如圖1 所示。

圖1 數(shù)字表面模型

數(shù)字表面模型完成后，通過特征點檢核模型精度，檢核結(jié)果如表3 所示。最小誤差值為1.2 cm，最大誤差值為3.6 cm，中誤差為2.5 cm，數(shù)字表面模型精度滿足表1 要求。

檢測點號 X 檢（m） Y 檢（m） X 圖（m） Y 圖（m） ΔS（cm）1 3742121.929 512083.424 3742121.926 512083.412 1.2 2 3740684.624 513437.471 3740684.607 513437.472 1.7 3 3742139.415 512059.961 3742139.4 512059.966 1.6 4 3741475.845 512614.97 3741475.846 512614.992 2.2 5 3742117.546 512077.524 3742117.554 512077.499 2.6 6 3741495.676 512595.421 3741495.704 512595.417 2.8 7 3740644.313 513421.292 3740644.305 513421.324 3.3 8 3742131.721 512974.182 3742131.685 512974.181 3.6

3.4 矢量數(shù)據(jù)采集

基于數(shù)字表面模型，利用三維測圖軟件采集矢量數(shù)據(jù)，如圖2 所示。

圖2 矢量數(shù)據(jù)采集

3.5 矢量數(shù)據(jù)精度檢核和基于數(shù)字表面模型的誤差分析

3.5.1 特征點精度檢核

房角點精度檢核即對矢量數(shù)據(jù)的絕對精度檢核。檢核點共143 個，均為房角點、圍墻點等建、構(gòu)筑物特征點。根據(jù)檢核點測量方法，中誤差計算公式為[9]：

公式（2）中：m中是中誤差，n是檢核點個數(shù)，Δ是點位誤差值。

圖3 和圖4 分別為檢核點X值差值區(qū)間和Y值差值區(qū)間點位數(shù)量分布圖，在143 個檢核點位中，X值在-5 ～+5 cm 范圍內(nèi)的占總數(shù)的93%，Y值在-5 ～+5 cm占總數(shù)的80%，小誤差出現(xiàn)的概率較大，X值、Y值中誤差呈正態(tài)分布，符合偶然誤差分布規(guī)律。此次檢核點數(shù)據(jù)具有代表性，可作為分析研究依據(jù)。圖5 為檢核點與矢量數(shù)據(jù)同名地物點點位誤差統(tǒng)計圖。

測區(qū)矢量數(shù)據(jù)共143 個檢核點，其中，142 個檢核點誤差在0 ～20 cm 間，滿足限差要求；1 個檢核點誤差超出20 cm，不滿足要求，為粗差點，粗差率為0.6%，剔除該點后，最大誤差絕對值為14.0 cm，最小誤差絕對值為0.2 cm，根據(jù)公式（2）計算可得，中誤差為4.95 cm。矢量數(shù)據(jù)特征點精度滿足表1 及粗差率要求。

圖5 檢核點與矢量數(shù)據(jù)同名地物點點位誤差值統(tǒng)計

3.5.2 基于數(shù)字表面模型特征點誤差分析

圖6 至圖8 為特征點精度檢核中誤差大于10 cm的點位，為探索矢量數(shù)據(jù)部分區(qū)域特征點誤差較大的原因，以數(shù)字表面模型為基礎(chǔ)進行比對，結(jié)果如下：

（1）圖6 檢核點處矢量數(shù)據(jù)與模型貼合精度較好，但與檢查值誤差較大，差值為14 cm。建筑物紋理較好，但數(shù)字表面模型精度偏低。由此得出，無人機航測時受光線、風(fēng)速等因素影響，未能精確獲取部分建、構(gòu)筑物的位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)字表面模型精度降低。 （2）圖7 和圖8 的檢核點處誤差較大，差值分別為10.4 cm、11.2 cm。結(jié)合數(shù)字表面模型逐點查詢，圖7處是兩家交界處，有互相遮擋情況，模型紋理較差；圖8 處是圍墻與房屋交界處，模型紋理較差。由此得出，寬度較窄的線狀地物、紋理較差區(qū)域和遮擋區(qū)域是基于數(shù)字表面模型采集的矢量數(shù)據(jù)的精度薄弱點。

圖6 檢核點點位精度（紅圈為矢量點，綠圈為檢核點）

圖7 檢核點點位精度（紅圈為矢量點，綠圈為檢核點）

圖8 檢核點點位精度（紅圈為矢量點，綠圈為檢核點）

3.5.3 房屋邊長精度檢核

房屋邊長精度檢核為矢量數(shù)據(jù)的相對精度檢核。從測區(qū)房屋中隨機抽取94 個房屋邊長作為檢核邊長。房屋邊長的誤差分布較為集中在0 ～10 cm 間（如圖9所示），呈正態(tài)分布，符合偶然誤差分布規(guī)律，可作為分析研究依據(jù)。將檢核邊長與矢量數(shù)據(jù)同處邊長進行對比，差值統(tǒng)計如圖10 所示。

圖10 檢核邊長與矢量數(shù)據(jù)同處邊長差值統(tǒng)計

通過公式（1）計算，在94 條檢核邊長中，2 條差值超限，92 條滿足精度要求，粗差率為2.1%。在限差范圍內(nèi)，最大誤差絕對值為0.10 m，最小誤差絕對值為0.00 m，中誤差為0.05 m，矢量數(shù)據(jù)房屋邊長的精度滿足公式（1）及粗差率要求。

3.5.4 基于數(shù)字表面模型房屋邊長的誤差分析

圖11 和圖12 為房屋邊長超限區(qū)，為研究房屋邊長超限原因，基于數(shù)字表面模型進行比對，結(jié)果如下： （1）圖11 宗地主房長邊由于樹木遮擋，數(shù)字表面模型局部缺失或模糊，采集時難以確定精確值，導(dǎo)致矢量數(shù)據(jù)精度較低。由此可得，樹木遮擋導(dǎo)致影像難以精確獲取是影響房屋邊長矢量數(shù)據(jù)精度的重要因素。 （2）圖12 宗地主房長邊因為房屋年代久遠，墻面磚縫紋理較差，無人機難以獲取精確照片。由此可得，建、構(gòu)筑物紋理無規(guī)律且難以獲取，是影響模型精度和矢量數(shù)據(jù)精度的重要因素。

圖11 主房長邊受遮擋嚴(yán)重

圖12 主房房屋年代較長

4 結(jié)論

綜上研究，本文得出結(jié)論：（1）無人機傾斜攝影測量技術(shù)在理論基礎(chǔ)、作業(yè)方法和精度檢核等方面，均能滿足農(nóng)房不動產(chǎn)測量要求。（2）以應(yīng)用測區(qū)為基礎(chǔ)，對無人機傾斜攝影測量的矢量數(shù)據(jù)精度進行了檢驗，矢量數(shù)據(jù)特征點中誤差為4.95 cm，房屋邊長的中誤差為0.05 m，且測量粗差率均低于5%，符合農(nóng)房不動產(chǎn)測量精度的要求。（3）基于應(yīng)用測區(qū)精度檢核數(shù)據(jù)，逐項分析了無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用中的問題，為該技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)房不動產(chǎn)測量提供借鑒。