无人机倾斜摄影测量不同像控...密度对地籍图成果精度的影响_陈兆斌.pdf

2023 年 2 月总第 349 期收稿日期：20220525；修回日期：20220623作者简介：陈兆斌（1992），男，甘肃永登人，助理工程师，主要从事国土空间规划、土地规划设计、无人机影像数据处理等研究，E-mail：。无人机倾斜摄影测量不同像控点密度对地籍图成果精度的影响陈兆斌摘要：为了降低倾斜摄影测量的像控点采集成本和缩短采集周期，以解决像控点测量费用高、周期长的问题，本文以实际项目为例，采用外业采集的特征检测点，针对不同密度像控点对地籍图成果精度的影响进行了探讨，并得出如下结论：一是随着像控点密度的增加，生产得到的地籍图成果精度也逐渐提高，但当像控点密度达到 36 个/km2时，其成果精度基本上不再随其密度的增大而提升；二是在像控点密度相同的条件下，实景三维模型的平面精度整体上比高程精度高。关键词：无人机；倾斜摄影测量；空中三角测量；像控点密度；实景三维模型；地籍图；成果精度中图分类号：P231；V279文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.02.017（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃天水741000）文章编号：1674-9146（2023）0201703近年来，航空摄影测量技术发展迅速，尤其是低空倾斜摄影测量，更是取得了前所未有的发展。随着农村房屋确权登记、大比例尺地形图生产、实景三维中国建设项目的推进，倾斜摄影测量被广泛用于各行各业1-3。农村房屋确权登记，传统的作业方式是采用 GPS-RTK、全站仪、钢尺等设备进行采集和量测的，这种作业方式的作业效率低、成本高、周期长，长期野外作业，风险性也高4-5。为了提高作业效率、降低生产成本，越来越多的作业单位选择利用倾斜摄影测量的作业方案进行地籍图的测绘，倾斜摄影测量技术被广泛用于地籍图测绘项目中6。然而由于地籍图精度要求高，因此需要大量的像控点来进行精度的控制与平差调整，像控点的布设密度成为了研究热点之一7-8。在倾斜摄影测量作业过程中，像控点布设费用高、周期长，影响着整个项目工期的进度。在不影响成果精度的前提下，降低像控点采集成本和缩短采集周期，对于整个项目来说至关重要，因此有必要对其在房地一体项目中的布设密度进行深入研究9。本文以实际项目为例，采用外业采集的特征检查点，对不同像控点密度下的地籍图成果进行精度检测，并对成果精度检测结果进行统计分析，得出如下结论：一是随着像控点密度的增加，生产得到的地籍图成果精度也逐渐提高，但当像控点密度达到 36 个/km2时，其成果精度基本上不再随其密度的增大而提升；二是在像控点密度相同的条件下，实景三维模型平面精度整体上比高程精度高。1倾斜摄影测量在房地一体项目中的作业流程房地一体项目主要的测绘产品是地籍图。倾斜摄影测量是指在飞行器上搭载多台航摄仪，从多个角度获取高分辨率影像数据，并进行影像数据的空中三角测量解算和实景三维模型的生产，然后基于实景三维模型生产地籍图，其作业流程见图 1。图1倾斜摄影测量在房地一体项目中的作业流程2案例分析2.1像控点的布设方案设计本次研究对象来源于三和数码测绘地理信息技术有限公司承接的某一农村地籍图生产项目，该区域地势平坦，形状呈矩形，面积约为 1 km2。该区域内约有宗地 50 宗，房屋分布较为稀疏，其中12 层房屋居多。为了便于后期对地籍图成果精度像控点布设航线规划像控点喷涂POS 获取像控点采集数据预处理成果整理测区勘察资料收集地籍图测绘空中三角测量三维模型生产影像获取空域申请-017-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.2 Feb.2023，Total No.349进行检测统计，本次采集宗地、房屋角点 12 个，该 12 个像控点点位分布于整个任务区，可以用于整个区域地籍图成果精度的评定，也可以用于实景三维模型精度的评定。结合像控点布设原则和布设密度，本次像控点布设主要有以下 5 种方案，其中所有像控点均为平面高程控制点（以下简称平高点），且实地采集的像控点点位均为红白油漆喷涂的点位，这样便于内业进行准确转刺。方案一按照500 m 的间距布设并采集像控点，共采集 9 个平高点。方案二按照 300 m 的间距布设并采集像控点，共采集 16 个平高点。方案三按照 200 m 的间距布设并采集像控点，共采集 36 个平高点。方案四在方案三的基础上进行加密，按照 100 m 的间距布设并采集像控点，共采集 121 个平高点。图 2 为方案一和方案二的像控点布设示意图。方案三和方案四只是在方案一和方案二的基础上进行了加密。2.2实景三维模型生产及地籍图测绘2.2.1实景三维模型生产本次实景三维模型生产采用的软件为 ContextCapture，该软件生产的模型更加精细，能够更好地保留建构筑物的顶部以及棱角信息，便于后期更加准确地采集界址点。由于实景三维模型数据量大，因此在生产的过程中，为了提高建模效率，采用集群的方式进行模型生产。考虑到集群电脑的配置，本次在进行建模时，采用规则平面格网划分的方式，对模型进行分块。在进行平面简化时，简化数值设置为 0，单位选择为 m。输出格式选择 OSGB（Open Scene Gragh Binary，即开源的三维引擎的二进制格式），该格式自带多层级金字塔，便于后期浏览和地籍图采集，导入建模范围线，只生产本次需要用到的模型，所有参数设置完成后，提交建模任务，开启引擎，完成实景三维模型的生产。2.2.2地籍图测绘为了确保精度对比的可靠性，在地籍图采集时，采集作业员为同一人，采集软件为同一个软件，对 4 个方案得到的模型均进行采集。房屋在建造时，房屋角点可能并不是垂直的，但是在实际作业中，为了保证地籍图图面美观、成果易管理，在对四边房屋进行采集时，使用五点房采集命令。该命令采集得到的房屋界址线与界址线之间都是垂直的，这样虽然与实际情况稍微有出入，但是这样采集的成果是规范中允许的，因此本次采集也按照这种方法进行。3精度检测统计与分析实景三维模型生产完成后，用外业采集的特征检测点对 4 种不同方案下得到的实景三维模型精度进行检测。这里将外业采集的坐标值作为真值，将模型上提取的坐标值作为测量值，分别计算各检测点点位的平面中误差和高程中误差。由于由此选定的检测点数量为 12 个，小于规范中要求的 20 个，因此这里以检测点在各方向上的平均值来代替中误差。将 12 个点导入到 EPS 地理信息工作站软件中，采用人机交互的方式，对 4 种方案得到的实景三维模型精度进行检测，检测结果统计见第 19 页表 1，其中 mx、my和 mz分别为在 x 方向、y 方向和 z 方向上的较差，单位为 m。由表 1 可知，一是随着像控点密度的增加，其模型成果精度也逐渐提高，但当像控点密度达到36个/km2时，其模型精度基本上不再随其密度的增大而提升；二是在像控点密度相同的条件下，实景三维模型的平面精度整体上比高程精度高。将 12 个检测点加载到 CASS 软件中，对其位置进行确定，并对 4 种方案得到的不同像控点密度下的地籍图平面精度进行检测，检测结果见第 19 页图 3。按照地籍二级精度要求，平面中误差为0.05m，最大误差为 2 倍中误差，即0.1 m。由图 3 可知，方案一到方案四的平面中误差分别为：方案一和方案二的精度无法满足地籍图精度要求；方案三和方案四得到的地籍图，其成果精度可以满足地籍图精度要求，但方案四像控点密度为 121 个/km2，方案三仅为 36 个/km2。由于在精度均满足项目要求的前提下，方案三比方案四作业效率更高，成本更低，可以有效缩短作业工期，因此在实际地籍图生产过程中，按照 36 个/km2的密度布设像控点，是更加可取的作业方案。4结束语本文以实际项目为研究对象，探讨了不同密度的像控点对实景三维模型和地籍图成果精度的影响。通过对精度检测结果进行统计与分析可知：一般情况下，像控点密度的增大和实景三维模型精度、地籍图精度呈正相关，但是当像控点密度达到一定值时，其精度不再随着像控点密度的增大而提高；在像控点密度相同的情况下，实景三维模型的（a）方案一图 2方案一和方案二的像控点布设示意图创新 思 维Innovative Thinking（b）方案二-018-2023 年 2 月总第 349 期Influence of Different Image Control Point Densities on the Accuracyof Cadastral Map Results in UAV Oblique PhotogrammetryCHEN Zhao-bin(Sanhe Digital Surveying and Mapping Geographic Information Technology Co.,Ltd.,Tianshui 741000,China)Abstract：In order to reduce the acquisition cost of image control points and shorten the acquisition period of obliquephotogrammetry,and to solve the problem of high cost and long period of measurement of image control points,this papertakes an actual project as an example,uses the feature detection points collected in the field,and discusses the influence ofdifferent image control point densities on the accuracy of cadastral map results,the following conclusions are drawn:firstly,with the increase of the density of image control points,the accuracy of the cadastral map results produced will graduallyimprove,but when the density of image control points reaches 36/km2,the accuracy of the results will no longer improvewith the increase of its density;secondly,under the condition that the densities of image control points is the same,theplane accuracy of the realistic 3D model is generally higher than the elevation accuracy.Key words：UAV;oblique photogrammetry;aerial triangulation;image control point density;realistic 3D model;cadastralmap;achievement accuracy图 3不同像控点密度下的地籍图平面精度检测结果点号方案一方案二方案三方案四mxmymzmxmymzmxmymzmxmymzJCD010.1050.0890.1210.0980.0740.0870.041-0.0340.0470.0440.0150.062JCD02-0.1250.087-0.1570.074-0.068-0.0990.0360.025-0.051-0.0350.022-0.044JCD030.1030.0890.139-0.0590.0610.099-0.0350.0360.0490.0330.0310.048JCD04-0.098-0.102-0.1510.081-0.069-0.0790.038-0.0340.0530.045-0.0250.058JCD050.0880.0710.131-0.0710.0480.1250.0440.0510.054-0.025-0.0190.051JCD06-0.103-0.104-0.1250.073-0.0770.131-0.041-0.033-0.051-0.0310.021-0.033JCD070.0780.0810.159-0.082-0.061-0.0890.0360.0280.0430.0440.0330.053JCD080.096-0.097-0.155-0.0810.059-0.098-0.0110.025-0.0560.031-0.025-0.036JCD09-0.0880.1070.134-0.0610.0790.0890.0330.031-0.049-0.0250.009-0.044JCD100.109-0.121-0.1890.0590.061-0.0710.035-0.0340.048-0.036-0.031-0.058JCD110.0790.0970.1140.063-0.0590.148-0.0290.0270.0490.0450.026-0.061JCD12-0.0590.087-0.1410.0590.066-0.1270.027-0.0220.056-0.0440.0330.031中误差0.1340.1430.0970.1040.0470.0510.0440.049平面精度普遍优于高程精度，要想提高高程精度，就要增加像控点的数量，从而达到提升成果精度的目的。参考文献：1罗东山,李相庭,何军,等.无人机航测像控点布设对空三精度的影响J.测绘标准化,2017,33(3):34-36.2周胜洁,邸国辉,李秉乾,等.基于无人机倾斜摄影的像控点布设对空三精度的影响J.测绘与空间地理信息,2021,44(11):23-26+30.3何磊,李金忠,王旭东.无人机航测像控点布设对空三精度的影响研究J.青海大学学报,2021,39(6):87-93.4李万能,唐庆忠,陈黎.无人机航摄像控点数量对空三解算精度的影响J.测绘通报,2017(S1):90-95.5吴海兵,张翔.无人机低空摄影测量像控点布设方案的优化研究J.勘察科学技术,2018(6):12-15.6王伟丽,许存玲,蒙晓攀.无人机数码影像外业像控点布点方案探讨J.测绘标准化,2020,36(2):27-29.7郭瑞隆,王京,段英.无人机航测像控点布设方法探讨J.测绘标准化,2017,33(2):24-25.8桑文刚,李娜,韩峰,等.小区域消费级无人机倾斜摄影像控点布设及建模精度研究J.测绘通报,2019(10):93-96.9胡荣明,曹延虎,高想卓.基于困难地区的无人机影像像控点布设研究J.测绘与空间地理信息,2017,40(4):1-3.（责任编辑邸开宇）表 14 种不同方案下的实景三维模型精度检测结果统计表0.180.160.140.120.10.080.060.040.020JCD01JCD02JCD03JCD04JCD05JCD06JCD07JCD08JCD09JCD010JCD011JCD012方案 1方案 2方案 3方案 4平面较差-019-