基于無人機傾斜攝影測量的農村房屋調查研究

侯波

摘? 要：無人機傾斜攝影已基本取代傳統人工全野外測繪，成為小區域大比例尺測圖的主流方式。本文以貴陽市龍田村為工程背景，探討了無人機傾斜攝影測量技術在農村房屋調查測繪中的應用，通過對數據以及進行精度分析可知，界址點中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，滿足國家規范精度要求。結果表明，單鏡頭無人機可以滿足農房測量的精度要求，符合國家規范標準，也極大提高了工作效率、節省了大量人力、物力等資源。

關鍵詞：傾斜攝影測量? 無人機? 精度分析? 大比例尺地形圖測量

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ?文獻標識碼：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的發展，無人機傾斜攝影已基本取代傳統人工全野外測繪，成為小區域大比例尺測圖的主流方式[2]。

集體土地（含宅基地）使用權及農房所有權不動產調查測繪（簡稱農房測量）是當前測繪技術應用最廣泛的領域之一[3]。傳統農房測量一般采用全野外測繪技術的測量方式，采用全站儀+GPS+鋼尺相結合的方法。此方法雖然精度高，但具有一定的局限性，作業效率低、成本高、作業時間長[4]。因此，傾斜攝影技術廣泛應用于農房測量之中。

1? 無人機傾斜攝影測量的理論分析

無人機傾斜攝影的飛行高度是航線設計的基礎。航攝高度需要根據地面分辨率，然后結合傾斜相機的性能，其表達如式（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。對于本次實驗，使用的無人機為大疆精靈4。無人機焦距為2.8mm。農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。結合實驗區域實地情況，本次實驗航高設置為60m。無人機傾斜攝影規范規定，航向重疊度一般應為60%～80%，最小不小于53%;旁向重疊度一般應為15%～60%，最小不小于8%。

本次試驗選用單鏡頭相機，考慮單鏡頭的效果，航向與旁向重疊度都設置為80%。在大比例尺項目的生產過程中，五鏡頭無人機本身自帶高精度POS系統輔助，可適當減少控制點的數量，按照1.5km間距布設控制點。相反，單鏡頭無人機的POS數據精度較低[5]。因此，為提高實驗數據的精度，每平方千米布設20個左右的像控點和檢查點。結合相關原理，分析計算得出要滿足農房測量5cm精度，則必須滿足以下有關參數。無人機參數設置如表1所示。

2? 實驗驗證

2.1 全野外數據采集

本次實驗主要在貴陽市龍天村進行。該地區地勢平坦、無復雜地形，建筑物分布均勻、植被較少，多數為單層房屋，適合實驗的進行。實驗時間為上午10點到下午3點。無人機飛行速度為20m/s，續航時間為28min。天氣晴朗無云，有微風可能會造成精度的降低。

由于像控點的布設位置以及像控點的精度對模型的精度起著至關重要的作用，因此，在布設像控點時，依據整個航線區域來選擇布設。采用格網布設方法。首先，整個區域的四角必須布設像控點，保證周邊的重疊度;其次，在內部布設時，應盡量選擇地勢平坦且無周圍無明顯遮擋物的地區均勻布設，像控點的點位標志必須清晰明了。出于對本次實驗的檢查點布設，因此，檢查點選擇一些房屋的角點以及一些墻角點。結合實際區域布設像控點13個，檢查點28個，分布情況如圖1所示。

2.2 數據采集

通過對相片進行預處理，對獲取的傾斜影像數據利用Smart3D-Capture軟件進行三維建模，進行空三加密計算，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準1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內業規范（GB/T7930—2008）》的要求[6]。將建立的三維模型導入EPS中，分別通過不同的人進行農房的裸眼采集，得到二維平面圖（見圖2）。

經過多人采集分析精度得知，在EPS采集過程中應注意以下幾點。

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

（2）由于房檐有一定的高度，采集點在房檐上檐和下檐導致高程誤差較大。作業開始之前應確定好此類房屋的高程定點標準，按統一標準進行數據采集。

（3）磚房高程誤差產生原因為磚房頂是有坡度的房頂，每排瓦片高程不同，采集點稍微有偏差就導致高程誤差。應該對磚房進行實物觀察，確定一個采集點，以保證以后作業的精確度。因此，在EPS采集過程中必須仔細研究模型，以便滿足精度要求。

2.3 精度分析

為了保證農房的精度要求，本實驗選取了28個檢測點作精度對比。通過對無人機傾斜攝影測量采集后的坐標與實地采集的坐標進行差值計算，分別得到X與Y的限差如表2所示。

結果表明，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，充分體現偶然誤差的規律。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，占總數的88.89%;而誤差分布在-8～-6cm、6～10cm之間的共3個檢查點，占總數的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，占總數的92.6%;而誤差分布在-6～-4cm、6～8cm之間的共2個檢查點，占總數的7.4%。這充分體現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律，滿足要求。因此，這27個檢查點滿足要求，可進行更深層次的研究。

對各個界址點進行點位高精度及等精度中誤差計算可知，房屋界址點的中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，故滿足國家規范所要求的精度。因此，單鏡頭無人機可應用于小范圍高精度的農房測量實踐中。

3? 結語

本文主要通過嘗試單鏡頭無人機進行農房測量實驗，以龍天村為例，通過理論分析研究無人機在農房測量中的技術應用、規范流程設計方案，經過實驗驗證得出，單鏡頭無人機可以滿足農房測量的精度要求，符合國家規范標準，也極大提高了工作效率、節省了大量人力、物力等資源。這為單鏡頭無人機在農房測量中的使用提供了一個技術參考。具體結論如下。

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

（2）通過對理論的分析可知，在農房測量中，無人機的高度、重疊度的設置以及像控點的布設嚴格按照相關理論設置，并結合實際情況分析處理，這對無人機傾斜攝影測量技術有著關鍵作用。

（3）通過對數據以及進行精度分析可知，界址點中誤差為4.12cm，小于中誤差5cm，滿足國家規范精度要求。

參考文獻

[1] 韋蕾蕾.基于無人機單視場全景圖的地塊面積測量研究[J].遙感技術與應用，2020，35（2）：484-496.

[2] 陳成斌.基于無人機傾斜攝影的房地一體化農村宅基地測量方法[J].測繪與空間地理信息，2020，43（3）：197-200.

[3] 劉宇碩.控制點布設對冰川區無人機攝影測量精度的影響[J].遙感學報，2020，24（2）：161-172.

[4] 丁波，石若明.消費級無人機傾斜攝影測量三維模型精度評價[J].北京建筑大學學報，2019，35（4）：37-42.

[5] 陳明杰.無人機傾斜攝影測量三維建模及模型可視化研究[D].西安：西安科技大學，2019.

[6] 李建柱.基于無人機攝影測量點云濾波算法研究[D].徐州：中國礦業大學，2019.