基于无人机在测绘成果质检中的应用

冯伟 孟煌 何引兰

摘  要：基于无人机平台进行测绘成果质检的新方法，通过对数字地形图成果和实景三维模型成果的质检，总结出一套新的检验流程。在精度方面满足国家规范要求，在效率方面大幅提高，为测绘成果质检提供一种新的思路。

关键词：实景三维模型;数字地形图;数学精度;机查

引言

大数据时代，地理信息数据量越来越大、更新速度频率越来越快、承载的信息量也越来越多，地理信息获取手段日新月异，无人机、卫星遥感、激光扫描等等各种新技术广泛应用，如何快速准确的对其进行质量检验检测、评估分析目前发展较慢，不能满足现在按需测绘的质检需求。无人机做为搭载各种传感器的平台在地理信息获取方面已经应用非常广泛了，怎样把无人机这种获取信息的方法应用于测绘产品质检，使其为测绘产品质检服务，提高效率，减少人工工作强度，目前还处于探索阶段。本次研究通过无人机搭载遥感设备，对样本区域进行数据获取、提取、比对。尝试用新的技术手段来提高质检效率、减轻质检工作量、提高质检速度。

一、平台选取

目前市面上的无人机种类多样、各有优缺点。经过对比选取，这次选用大疆经纬M300RTK飞行平台（见图1）做为此时实验的平台，M300RTK 位置精度在 RTK FIX 时：1 cm+1 ppm（水平）、1.5 cm + 1 ppm（垂直），平台的稳定性和安全性也都处于最前列。相机选用DJI P1（见图2），DJI P1是一款高性能、多用途的航测负载平台，集成了全画幅4500万图像传感器与三足云台，支持多款镜头。DJI P1搭配和大疆智图后期处理软件，一体化程度较高，作业效率单架次3平方公里，在免像控的情况下平面精度3公分，高程精度5公分。

二、技术路线

本次选取数字地形图和实景三维模型作为检验比对像。野外数据采集与处理。采用DJI P1经纬M300RTK飞行平台获取试验区范围内数据。经大疆智图后期处理成实景三维模型数据。对相同区域数字地形图成果和实景三维成果分别由四名检验人员分两组同时进行检验。一组采用传统检验方法，包含内业人机交互检查、外业检查与精度检测、检查问题整理、质量评定。另一组采用无人机野外数据获取与处理（包含点云数据处理与提取，三维实景模型生产与数据提取）、数据比对、问题整理、质量评定。检验情况比对。主要是分析两种检验方法的工作强度、作业效率、检查质量、时效性四个方面。通过设定的评分标准和体系，比对单项效果及整体效果。方法评估。对采用新手段的检验方法进行评估分析总结。技术路线如下（见图3）：

三、实验路线

1.项目概况

实验项目位于海口市琼山区大致坡镇乌石村，成果包含1：500数字地形图和实景三维模型成果，面积约1.5平方公里。测区为农村区域，地势平坦，农村居民地密集，道路交通便利，植被茂密。具有典型的海南地貌特征。

根据GB/T 18316-2008 《数字测绘成果质量检查与验收》和GB/T 24356-2009 《测绘成果质量检查与验收》，数字地形图详查的质量元素为：数学精度、数据及结构正确性、地理精度、整饰质量、附件质量。实景三维模型数据质量元素为：数学精度、数据及结构正确性、位置精度、纹理质量、附件质量。分析两种成果的详查质量元素，主要采用内外业人工比对和机查的方式。

2.质检的实施

（1）样本抽取

根据测区的特点，兼顾均匀分布的原则，抽取4幅1：500的图幅作为详查的样本。包含数字地形图成果和实景三维模型成果，本次采用随机抽样。

（2）样本检查

先对样本进行内业检查，对数据及结构正确性、整饰质量、附件质量的参数进行质检，统计相应的问题。

（3）比对数据外业采集

根据测区的情况，进行航线设计（见图4），此次实验涉及的图幅是4幅1：500的数字地形图和实景三维模型成果，为保证成果边缘的精度，航线设计时外扩50米。测区内有农村居民地、道路，植被茂密，地势平坦。

为了比对无像控和有像控两种处理方式最后的精度，此次布设地标，进行像控点测量。同时为了在测区均匀布设50个检查点。导入测区方位，航线规划软件DJI Pilot规划出测图需要航飞1个架次，航高120米，实际航飞共耗时23分钟，获得239张航片。

（4）内业数据处理。

此次内业处理软件采用大疆智图测绘版进行模型处理，大疆智图是一款提供自主航线规划、飞行航拍、二维正射影像与三维模型重建的 PC 应用软件，一站式解决三维模型建，在提高效率方面效果明显（见图5）。在无像控的情况下239张片子从导入到三维实景模型输出，共耗时2.2个小时。第二次在导入像控点的情况下进行处理，耗时2.4个小时。

从模型（见图6）的实际效果来看，模型纹理清晰，建筑物棱角分明，无缺失，植被类型清晰可见，基本类型都可判读，满足数据比对要求。根据外业50个分布均匀的检查点对模型精度进行检测，得到无像控点参与处理的模型中误差为±1.85CM，有像控点参与处理的模型进度为±2.03CM。分析原因为部分像控点的精度影响了模型的整体精度，在实际使用中大疆M300RTK无人机平台在无像控情况下完全能够满足1：500比例尺精度要求。

（5）数据精度分析及比对。

根据此次实验两种成果的检验需求，获取的实景三维模型成果可以用于检测数字地形图的数学精度、地理精度两个质量元素。对实景三维模型成果，可以检测位置精度（见图7）、纹理质量两个质量元素进。

（6）检查效率比对。

采用无人机平台主要目的是提高质检效率，减少人工工作量，因此有必要全面分析此方法与传统的质检方法在时间效率上的差异。按照质检经验，以大比例尺数字地形图为例，五个质量元素：数学精度、数据及结构正确性、地理精度、整饰质量、附件质量。工作大、强度高，需要外业检查的是数学精度和地理精度两项，约占总工作量的80%以上。传统检查方法，需要2人一组，进行外业检查和外业打点。无人机平台检查组，需2人一组，主要进行外业航摄（見表1）。

在实际工作中，无人机获取的航摄数据量大，内业处理需要时间长，但随着测区面积的增加，效率优势更能显现出来，主要体现在外业的工作强度减轻了90%以上，把靠人的两条腿走，变成了靠无人机飞，而且航飞时间短，受天气因素的影响更小了。由表1也可看到，换算成1人1天的情况，效率也提高了4.6倍。

四、结语

本文结合具体的质检项目，对无人机在测绘成果质检中的应用进行了研究，主要有以下研究结论：

（1）传统测绘项目的质检，工作量大、耗时长、人员投入多，尤其是外业工作量大，并且容易受到天气等外部因素的影响。无人机等技术除了在测绘项目生产中被应用外，在测绘质检工作中也能应用，而且在提高效率和减少人工方面有显著的效果;

（2）无人机平台采集到的高分率实景三维模型，能在多种测绘产品质检中进行使用，尤其是在数学精度检测、地理精度检测方面具有不可比拟的优势;

（3）无人机采集的三维实景模型数据量大，需要相应的生产软件进行加工，才能使用，对人员的要求高，必须具备生产方面的相关技术和经验;

（4）通过实验可以得出：无人机平台在测绘成果质检工作的应用可以满足现有的国家规范要求，为质检工作提供了一个便捷有效的创新方法，下一步探索在更多的测绘成果质检中应用。

参考文献：

[1] 陆玉祥，万晓利，常岑等，车载移动测量系统在大比例尺地形图数学精度检测中的应用[J].测绘通报，2019（6）：109-111+125

[2] 国家测绘局，数字测绘成果质量检查验收规定：GB/T 18316-2008 [S].北京：中国标准出版社，2008.

[3] 国家测绘局，测绘成果质量检查验收规定：GB/T 24356-2009 [S].北京：中国标准出版社，2009.

作者简介：

冯伟（1980.11—）男，汉族，陕西西安人，山东科技大学，在职研究生学历，硕士，高级工程师，自然资源部海南测绘产品质量监督检验站，研究方向：测绘地理信息新型成果生产研究、质量控制与评价等。