基于無人機在測繪成果質檢中的應用

馮偉 孟煌 何引蘭

摘? 要：基于無人機平臺進行測繪成果質檢的新方法，通過對數字地形圖成果和實景三維模型成果的質檢，總結出一套新的檢驗流程。在精度方面滿足國家規范要求，在效率方面大幅提高，為測繪成果質檢提供一種新的思路。

關鍵詞：實景三維模型;數字地形圖;數學精度;機查

引言

大數據時代，地理信息數據量越來越大、更新速度頻率越來越快、承載的信息量也越來越多，地理信息獲取手段日新月異，無人機、衛星遙感、激光掃描等等各種新技術廣泛應用，如何快速準確的對其進行質量檢驗檢測、評估分析目前發展較慢，不能滿足現在按需測繪的質檢需求。無人機做為搭載各種傳感器的平臺在地理信息獲取方面已經應用非常廣泛了，怎樣把無人機這種獲取信息的方法應用于測繪產品質檢，使其為測繪產品質檢服務，提高效率，減少人工工作強度，目前還處于探索階段。本次研究通過無人機搭載遙感設備，對樣本區域進行數據獲取、提取、比對。嘗試用新的技術手段來提高質檢效率、減輕質檢工作量、提高質檢速度。

一、平臺選取

目前市面上的無人機種類多樣、各有優缺點。經過對比選取，這次選用大疆經緯M300RTK飛行平臺（見圖1）做為此時實驗的平臺，M300RTK 位置精度在 RTK FIX 時：1 cm+1 ppm（水平）、1.5 cm + 1 ppm（垂直），平臺的穩定性和安全性也都處于最前列。相機選用DJI P1（見圖2），DJI P1是一款高性能、多用途的航測負載平臺，集成了全畫幅4500萬圖像傳感器與三足云臺，支持多款鏡頭。DJI P1搭配和大疆智圖后期處理軟件，一體化程度較高，作業效率單架次3平方公里，在免像控的情況下平面精度3公分，高程精度5公分。

二、技術路線

本次選取數字地形圖和實景三維模型作為檢驗比對像。野外數據采集與處理。采用DJI P1經緯M300RTK飛行平臺獲取試驗區范圍內數據。經大疆智圖后期處理成實景三維模型數據。對相同區域數字地形圖成果和實景三維成果分別由四名檢驗人員分兩組同時進行檢驗。一組采用傳統檢驗方法，包含內業人機交互檢查、外業檢查與精度檢測、檢查問題整理、質量評定。另一組采用無人機野外數據獲取與處理（包含點云數據處理與提取，三維實景模型生產與數據提取）、數據比對、問題整理、質量評定。檢驗情況比對。主要是分析兩種檢驗方法的工作強度、作業效率、檢查質量、時效性四個方面。通過設定的評分標準和體系，比對單項效果及整體效果。方法評估。對采用新手段的檢驗方法進行評估分析總結。技術路線如下（見圖3）：

三、實驗路線

1.項目概況

實驗項目位于海口市瓊山區大致坡鎮烏石村，成果包含1：500數字地形圖和實景三維模型成果，面積約1.5平方公里。測區為農村區域，地勢平坦，農村居民地密集，道路交通便利，植被茂密。具有典型的海南地貌特征。

根據GB/T 18316-2008 《數字測繪成果質量檢查與驗收》和GB/T 24356-2009 《測繪成果質量檢查與驗收》，數字地形圖詳查的質量元素為：數學精度、數據及結構正確性、地理精度、整飾質量、附件質量。實景三維模型數據質量元素為：數學精度、數據及結構正確性、位置精度、紋理質量、附件質量。分析兩種成果的詳查質量元素，主要采用內外業人工比對和機查的方式。

2.質檢的實施

（1）樣本抽取

根據測區的特點，兼顧均勻分布的原則，抽取4幅1：500的圖幅作為詳查的樣本。包含數字地形圖成果和實景三維模型成果，本次采用隨機抽樣。

（2）樣本檢查

先對樣本進行內業檢查，對數據及結構正確性、整飾質量、附件質量的參數進行質檢，統計相應的問題。

（3）比對數據外業采集

根據測區的情況，進行航線設計（見圖4），此次實驗涉及的圖幅是4幅1：500的數字地形圖和實景三維模型成果，為保證成果邊緣的精度，航線設計時外擴50米。測區內有農村居民地、道路，植被茂密，地勢平坦。

為了比對無像控和有像控兩種處理方式最后的精度，此次布設地標，進行像控點測量。同時為了在測區均勻布設50個檢查點。導入測區方位，航線規劃軟件DJI Pilot規劃出測圖需要航飛1個架次，航高120米，實際航飛共耗時23分鐘，獲得239張航片。

（4）內業數據處理。

此次內業處理軟件采用大疆智圖測繪版進行模型處理，大疆智圖是一款提供自主航線規劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建的 PC 應用軟件，一站式解決三維模型建，在提高效率方面效果明顯（見圖5）。在無像控的情況下239張片子從導入到三維實景模型輸出，共耗時2.2個小時。第二次在導入像控點的情況下進行處理，耗時2.4個小時。

從模型（見圖6）的實際效果來看，模型紋理清晰，建筑物棱角分明，無缺失，植被類型清晰可見，基本類型都可判讀，滿足數據比對要求。根據外業50個分布均勻的檢查點對模型精度進行檢測，得到無像控點參與處理的模型中誤差為±1.85CM，有像控點參與處理的模型進度為±2.03CM。分析原因為部分像控點的精度影響了模型的整體精度，在實際使用中大疆M300RTK無人機平臺在無像控情況下完全能夠滿足1：500比例尺精度要求。

（5）數據精度分析及比對。

根據此次實驗兩種成果的檢驗需求，獲取的實景三維模型成果可以用于檢測數字地形圖的數學精度、地理精度兩個質量元素。對實景三維模型成果，可以檢測位置精度（見圖7）、紋理質量兩個質量元素進。

（6）檢查效率比對。

采用無人機平臺主要目的是提高質檢效率，減少人工工作量，因此有必要全面分析此方法與傳統的質檢方法在時間效率上的差異。按照質檢經驗，以大比例尺數字地形圖為例，五個質量元素：數學精度、數據及結構正確性、地理精度、整飾質量、附件質量。工作大、強度高，需要外業檢查的是數學精度和地理精度兩項，約占總工作量的80%以上。傳統檢查方法，需要2人一組，進行外業檢查和外業打點。無人機平臺檢查組，需2人一組，主要進行外業航攝（見表1）。

在實際工作中，無人機獲取的航攝數據量大，內業處理需要時間長，但隨著測區面積的增加，效率優勢更能顯現出來，主要體現在外業的工作強度減輕了90%以上，把靠人的兩條腿走，變成了靠無人機飛，而且航飛時間短，受天氣因素的影響更小了。由表1也可看到，換算成1人1天的情況，效率也提高了4.6倍。

四、結語

本文結合具體的質檢項目，對無人機在測繪成果質檢中的應用進行了研究，主要有以下研究結論：

（1）傳統測繪項目的質檢，工作量大、耗時長、人員投入多，尤其是外業工作量大，并且容易受到天氣等外部因素的影響。無人機等技術除了在測繪項目生產中被應用外，在測繪質檢工作中也能應用，而且在提高效率和減少人工方面有顯著的效果;

（2）無人機平臺采集到的高分率實景三維模型，能在多種測繪產品質檢中進行使用，尤其是在數學精度檢測、地理精度檢測方面具有不可比擬的優勢;

（3）無人機采集的三維實景模型數據量大，需要相應的生產軟件進行加工，才能使用，對人員的要求高，必須具備生產方面的相關技術和經驗;

（4）通過實驗可以得出：無人機平臺在測繪成果質檢工作的應用可以滿足現有的國家規范要求，為質檢工作提供了一個便捷有效的創新方法，下一步探索在更多的測繪成果質檢中應用。

參考文獻：

[1] 陸玉祥，萬曉利，常岑等，車載移動測量系統在大比例尺地形圖數學精度檢測中的應用[J].測繪通報，2019（6）：109-111+125

[2] 國家測繪局，數字測繪成果質量檢查驗收規定：GB/T 18316-2008 [S].北京：中國標準出版社，2008.

[3] 國家測繪局，測繪成果質量檢查驗收規定：GB/T 24356-2009 [S].北京：中國標準出版社，2009.

作者簡介：

馮偉（1980.11—）男，漢族，陜西西安人，山東科技大學，在職研究生學歷，碩士，高級工程師，自然資源部海南測繪產品質量監督檢驗站，研究方向：測繪地理信息新型成果生產研究、質量控制與評價等。