2023年12月29日发(作者：)
无人机航空摄影测量技术在东莞市“多测合一”工作中的应用
摘要：当前，东莞市作为施行“多测合一”测绘服务模式的先行城市，其核心在于优化营商环境，合并测绘事项，减少重复测绘，降低企业成本。在“多测合一”涉及的测绘事项中，立项用地规划许可阶段、工程建设许可阶段、竣工验收测量等阶段均需多次进行现状地形图测绘工作，而传统测绘工作呈现出信息要素多、工作繁琐、任务量大、耗时较长等特点，与我市“多测合一”政策的施行理念相悖。因此，本文将以东莞市“多测合一”项目生产为例，引入无人机航空摄影测量技术，为当前测绘成果生产模式带来全新思路与方向。本文采用“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现状地形图应用研究。通过详细介绍无人机航测的技术设计路线与数据采集参数，并对生产成果进行精度检验后，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，大幅提升测绘工作效率，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
东莞市测绘行业自2020年开始，全面推动东莞市工程建设项目实行“一次委托、联合测绘，成果共享”的“多测合一”联合测绘工作改革。
当前，我市“多测合一”联合测绘工作主要细分为四个阶段，分别是：立项用地规划许可阶段、工程建设许可阶段、施工许可阶段、竣工验收阶段。四个阶段之中，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、道路线形、绿化边界、水系走向、地貌特征与人工造景等要素采集，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。所以，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，选取东莞市松山湖实验小学作为试验区域，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“多测合一”为主要工作背景之下的应用前景。
1 项目概况
本次测区项目性质为教育科研类（R1）用地，项目总用地面积为32584.060㎡，总建筑面积51975.018㎡，共有建筑物3栋。测区位于东莞市松山湖中南部，项目自2018年通过用地规划许可进行项目施工建设，并于2021年6月完成项目建设并上报相关部门进行规划验收。
为满足学校多功能教学需求，建筑设计呈现出结构复杂、功能多样、造型独特的特点，且由于该项目现场条件限制、工期紧张等因素，采用无人机航空摄影测量技术也将有利于测量工作的顺利进行。
2 设计思路
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]。具体操作流程如下图所示：
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。本次测区范围较小，但采集要素复杂，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
准备开始无人机数据采集工作前的准备工作，主要包含①测区信息整理②制作KML文件③确定测区上方空域情况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100m；测区单次航线12条，五向总航线60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120m；飞行速度:7m/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3次；采集原始影像数据978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10个像控点进行空三解算，10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:
4.1数据预处理
本项目全程使用Phantom4 RTK进行飞行，飞行任务耗时3架次，存在3组原始影像文件，分别有296张、264张和418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西安1980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
本项目采用区域网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0.55pix，像控点水平中误差为0.004m，高程中误差为0.002m，点位中误差0.004m，检查点水平中误差0.033m，高程中误差0.024m，点位中误差0.041m，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3所示。
图3CASS 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±0.25m，高程注记点中误差±0.15m，最大允许误差不超过2倍中误差，平面控制点相对于起算点的点位中误差不得大于±5cm。因此，本次精度分析中将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[6]。
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，具体精度统计表如下表所示。
测点号
原测坐标X/m
原测坐标Y/m
检测坐标X/m
检测坐标Y/m
X/m
ΔY/m
ΔS/m
ΔA1
**63.2030
500
**74.2**63.2119
609
**74.20.0089
0.0109
0.0141
A2
**36.6090
240
**59.7**36.6183
859
**59.70.0093
0.0619
0.0626
A3
**46.7490
540
**27.0**46.7668
004
**27.10.0178
0.0464
0.0497
A4
**59.4940
930
**63.0**59.5188
281
**63.10.0248
0.0351
0.0430
A5
**27.0960
190
**34.0**27.1214
480
**34.00.0254
0.0290
0.0386
A**02.**48.9**02.**48.90.0.0.
6
2070
460
1651
733
0419
0273
0500
A7
**46.8150
610
**64.2**46.8076
088
**64.30.0074
0.0478
0.0484
A8
**83.9480
210
**47.4**83.9643
610
**47.40.0163
0.0400
0.0432
A9
**12.6120
000
**08.0**12.6034
272
**08.00.0086
0.0272
0.0285
A10
**52.9490
960
**30.3**52.9329
025
**30.40.0161
0.0065
0.0174
平面中误差m==0.0421
如图所示，共10个平面精度统计的点，平面位置精度均小于0.25m，中误差为
0.0421m，满足1∶500大比例尺地形图平面精度要求。
5.2.1平面精度分析
试验区共采集平面检测点10个，有效检测点10个，粗差0个;x方向中误差Mx=±0.0204m;y方向中误差My=±0.0369m;点位中误差Ms=±0.0421m。
点位S误差离散情况如下：
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，具体精度统计如下表所示。
高程点
原测高程/m
检测高程/m
ΔH/m
H1
17.48
62
17.40.018
H2
14.052
47
14.00.005
H3
14.694
46
14.70.052
H4
16.714
29
16.70.015
H5
16.511
57
16.50.046
H6
16.215
53
16.20.038
H7
16.299
28
16.30.029
H8
30.354
49
30.30.005
H9
34.15
56
34.10.006
H10
33.587
8
33.50.007
高程中误差m==0.0279
如图所示，共计10个高程精度统计点，高程误差均小于0.15m，最大高程误差为0.052m，高程中误差为0.0279m，满足1∶500地形图高程精度要求[5]。
5.3.1高程精度分析
试验区共采集高程检测点10个，有效检测点10个，粗差个数为0;中误差Mh=±0.0279m。
高程h误差离散情况如下：
6.效率对比
当前，以无人机航测技术的精度达标为前提，落实到测绘工作的实际之中，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3万㎡，总建筑面积5万㎡的教育科研类用地为基准进行对比参照。
由上表可知，此工程项目的外业投入人员踏勘，像控点布设，外业飞行总计2人0.5天，内业处理共计1人1.5天，耗时2.5人次，而传统测量总计耗时11人次。由计算可知，采用Phantom 4 RTK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.结语
经上述检测表明，利用大疆Phantom4 RTK采用2.72cm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产生的数据偏差，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
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[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.
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