侯波

摘? 要：無人機(jī)傾斜攝影已基本取代傳統(tǒng)人工全野外測繪，成為小區(qū)域大比例尺測圖的主流方式。本文以貴陽市龍?zhí)锎鍨楣こ瘫尘?，探討了無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房屋調(diào)查測繪中的應(yīng)用，通過對數(shù)據(jù)以及進(jìn)行精度分析可知，界址點(diǎn)中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，滿足國家規(guī)范精度要求。結(jié)果表明，單鏡頭無人機(jī)可以滿足農(nóng)房測量的精度要求，符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也極大提高了工作效率、節(jié)省了大量人力、物力等資源。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量? 無人機(jī)? 精度分析? 大比例尺地形圖測量

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）03（a）-0051-03

Research on Rural Housing Survey Based on UAV Tilt Photogrammetry

HOU Bo

（Guizhou Qianmei Institute of Surveying and Mapping， Guiyang， Guizhou Province， 550001 China）

Abstract： In recent years， with the development of tilt photogrammetry technology， UAV tilt photography has basically replaced the traditional manual field surveying and mapping， and has become the mainstream method of small area large-scale mapping. Taking Longtian village of Guiyang City as the engineering background， this paper discusses the application of UAV incline photogrammetry technology in rural housing survey and mapping. Through the analysis of data and accuracy， it can be seen that the mean square error of boundary point is 4.12cm， less than 5cm， which meets the accuracy requirements of national standards. The results show that the single lens UAV can meet the accuracy requirements of Rural Housing measurement， meet the national standards， and greatly improve the work efficiency， save a lot of human and material resources.

Key Words： Tilt photogrammetry; UAV; Accuracy analysis; Large scale topographic map survey

傳統(tǒng)大比例（1：500、1：1000、1：2000）地形圖測量主要采用全野外測繪的方法，采集要素多、精度高，資金和時間消耗大[1]。近年來，隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影已基本取代傳統(tǒng)人工全野外測繪，成為小區(qū)域大比例尺測圖的主流方式[2]。

集體土地（含宅基地）使用權(quán)及農(nóng)房所有權(quán)不動產(chǎn)調(diào)查測繪（簡稱農(nóng)房測量）是當(dāng)前測繪技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一[3]。傳統(tǒng)農(nóng)房測量一般采用全野外測繪技術(shù)的測量方式，采用全站儀+GPS+鋼尺相結(jié)合的方法。此方法雖然精度高，但具有一定的局限性，作業(yè)效率低、成本高、作業(yè)時間長[4]。因此，傾斜攝影技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)房測量之中。

1? 無人機(jī)傾斜攝影測量的理論分析

無人機(jī)傾斜攝影的飛行高度是航線設(shè)計的基礎(chǔ)。航攝高度需要根據(jù)地面分辨率，然后結(jié)合傾斜相機(jī)的性能，其表達(dá)如式（1）所示。

（1）

式中：H為航攝高度，單位為m;f為鏡頭焦距，單位為mm;α為像元尺寸，單位為mm;GSD為地面分辨率，單位為m。對于本次實(shí)驗(yàn)，使用的無人機(jī)為大疆精靈4。無人機(jī)焦距為2.8mm。農(nóng)房測量所需要的地面分辨率為5cm，像元尺寸為0.0024mm。通過計算可知，航高為58.3m。結(jié)合實(shí)驗(yàn)區(qū)域?qū)嵉厍闆r，本次實(shí)驗(yàn)航高設(shè)置為60m。無人機(jī)傾斜攝影規(guī)范規(guī)定，航向重疊度一般應(yīng)為60%～80%，最小不小于53%;旁向重疊度一般應(yīng)為15%～60%，最小不小于8%。

本次試驗(yàn)選用單鏡頭相機(jī)，考慮單鏡頭的效果，航向與旁向重疊度都設(shè)置為80%。在大比例尺項(xiàng)目的生產(chǎn)過程中，五鏡頭無人機(jī)本身自帶高精度POS系統(tǒng)輔助，可適當(dāng)減少控制點(diǎn)的數(shù)量，按照1.5km間距布設(shè)控制點(diǎn)。相反，單鏡頭無人機(jī)的POS數(shù)據(jù)精度較低[5]。因此，為提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，每平方千米布設(shè)20個左右的像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)。結(jié)合相關(guān)原理，分析計算得出要滿足農(nóng)房測量5cm精度，則必須滿足以下有關(guān)參數(shù)。無人機(jī)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

2? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 全野外數(shù)據(jù)采集

本次實(shí)驗(yàn)主要在貴陽市龍?zhí)齑暹M(jìn)行。該地區(qū)地勢平坦、無復(fù)雜地形，建筑物分布均勻、植被較少，多數(shù)為單層房屋，適合實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時間為上午10點(diǎn)到下午3點(diǎn)。無人機(jī)飛行速度為20m/s，續(xù)航時間為28min。天氣晴朗無云，有微風(fēng)可能會造成精度的降低。

由于像控點(diǎn)的布設(shè)位置以及像控點(diǎn)的精度對模型的精度起著至關(guān)重要的作用，因此，在布設(shè)像控點(diǎn)時，依據(jù)整個航線區(qū)域來選擇布設(shè)。采用格網(wǎng)布設(shè)方法。首先，整個區(qū)域的四角必須布設(shè)像控點(diǎn)，保證周邊的重疊度;其次，在內(nèi)部布設(shè)時，應(yīng)盡量選擇地勢平坦且無周圍無明顯遮擋物的地區(qū)均勻布設(shè)，像控點(diǎn)的點(diǎn)位標(biāo)志必須清晰明了。出于對本次實(shí)驗(yàn)的檢查點(diǎn)布設(shè)，因此，檢查點(diǎn)選擇一些房屋的角點(diǎn)以及一些墻角點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際區(qū)域布設(shè)像控點(diǎn)13個，檢查點(diǎn)28個，分布情況如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集

通過對相片進(jìn)行預(yù)處理，對獲取的傾斜影像數(shù)據(jù)利用Smart3D-Capture軟件進(jìn)行三維建模，進(jìn)行空三加密計算，最后形成高精度的三維模型。

最終計算的空三加密精為：Mxy=0.054m，Mz=0.014m，滿足《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范（GB/T7930—2008）》的要求[6]。將建立的三維模型導(dǎo)入EPS中，分別通過不同的人進(jìn)行農(nóng)房的裸眼采集，得到二維平面圖（見圖2）。

經(jīng)過多人采集分析精度得知，在EPS采集過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）采集時模型墻面有變形、凹凸，采集點(diǎn)不同導(dǎo)致誤差，或采集點(diǎn)分別在墻面和窗戶上導(dǎo)致誤差（此房屋窗戶與墻面屬于同一平面，但精確的坐標(biāo)有誤差）。應(yīng)將模型旋轉(zhuǎn)到相對清晰的角度，尋找相對變形不嚴(yán)重、平滑的地方進(jìn)行采集。

（2）由于房檐有一定的高度，采集點(diǎn)在房檐上檐和下檐導(dǎo)致高程誤差較大。作業(yè)開始之前應(yīng)確定好此類房屋的高程定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（3）磚房高程誤差產(chǎn)生原因?yàn)榇u房頂是有坡度的房頂，每排瓦片高程不同，采集點(diǎn)稍微有偏差就導(dǎo)致高程誤差。應(yīng)該對磚房進(jìn)行實(shí)物觀察，確定一個采集點(diǎn)，以保證以后作業(yè)的精確度。因此，在EPS采集過程中必須仔細(xì)研究模型，以便滿足精度要求。

2.3 精度分析

為了保證農(nóng)房的精度要求，本實(shí)驗(yàn)選取了28個檢測點(diǎn)作精度對比。通過對無人機(jī)傾斜攝影測量采集后的坐標(biāo)與實(shí)地采集的坐標(biāo)進(jìn)行差值計算，分別得到X與Y的限差如表2所示。

結(jié)果表明，X軸方向的誤差范圍為-8～10cm之間，Y軸方向的誤差范圍為-8～8cm之間，充分體現(xiàn)偶然誤差的規(guī)律。X軸方向的誤差主要分布在-6～6cm之間，總共占有24個檢查點(diǎn)，占總數(shù)的88.89%;而誤差分布在-8～-6cm、6～10cm之間的共3個檢查點(diǎn)，占總數(shù)的11.11%。Y軸方向的誤差主要分布在-4～6cm之間，總共占有25個檢查點(diǎn)，占總數(shù)的92.6%;而誤差分布在-6～-4cm、6～8cm之間的共2個檢查點(diǎn)，占總數(shù)的7.4%。這充分體現(xiàn)了誤差具有集中性的體征。而且X、Y軸的誤差分布均符合偶然誤差的分布規(guī)律，滿足要求。因此，這27個檢查點(diǎn)滿足要求，可進(jìn)行更深層次的研究。

對各個界址點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)位高精度及等精度中誤差計算可知，房屋界址點(diǎn)的中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，故滿足國家規(guī)范所要求的精度。因此，單鏡頭無人機(jī)可應(yīng)用于小范圍高精度的農(nóng)房測量實(shí)踐中。

3? 結(jié)語

本文主要通過嘗試單鏡頭無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)房測量實(shí)驗(yàn)，以龍?zhí)齑鍨槔?，通過理論分析研究無人機(jī)在農(nóng)房測量中的技術(shù)應(yīng)用、規(guī)范流程設(shè)計方案，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出，單鏡頭無人機(jī)可以滿足農(nóng)房測量的精度要求，符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也極大提高了工作效率、節(jié)省了大量人力、物力等資源。這為單鏡頭無人機(jī)在農(nóng)房測量中的使用提供了一個技術(shù)參考。具體結(jié)論如下。

（1）單鏡頭無人機(jī)在飛行高度為60m，旁向重疊度和航向重疊度設(shè)置為80%、80%，則可滿足農(nóng)房測量的規(guī)范要求。

（2）通過對理論的分析可知，在農(nóng)房測量中，無人機(jī)的高度、重疊度的設(shè)置以及像控點(diǎn)的布設(shè)嚴(yán)格按照相關(guān)理論設(shè)置，并結(jié)合實(shí)際情況分析處理，這對無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)有著關(guān)鍵作用。

（3）通過對數(shù)據(jù)以及進(jìn)行精度分析可知，界址點(diǎn)中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，滿足國家規(guī)范精度要求。

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