无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用

高永禄

（昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明，650504）

摘要：由于无人机航摄的测绘精度受到其相机镜头畸变的影响，其测绘结果会产生一定的误差，为分析无人机倾斜摄影测量的测绘精度，本研究以某测区为研究对象，计算其定向点、检查点的残差及中误差，得出以下结论：不同方向的无人机倾斜摄影测量的精度不一致，当采用无人机测绘时，其平面测量的精度较高，其高程测量的精度较低。本研究所测量的平面及高程中误差均小于规范所规定的限值，采用无人机倾斜摄影测量对检查点进行测绘的精度可达到1:500比例尺的测量精度。

关键词：无人机倾斜摄影测量；测绘精度；中误差

中图分类号：P231 文献标志码：A  文章编号：1006-2890（2023）05

Application of UAV Tilt Photogrammetry in Large-scale Topographic Mapping

Gao Yonglu, Zhang Shengping, Chen Xu

(School of Architecture and Engineering, Kunming University of Technology, Kunming, Yunnan, 650504)

Abstract: Due to the influence of camera lens distortion on the surveying accuracy of unmanned aerial vehicle aerial photography, the surveying results may produce certain errors. To analyze the surveying accuracy of unmanned aerial vehicle oblique photogrammetry, this study takes a certain survey area as the research object, calculates the residual and mean square error of its orientation points and check points, and concludes that the accuracy of unmanned aerial vehicle oblique photogrammetry in different directions is inconsistent. When using unmanned aerial vehicle surveying, The accuracy of its plane measurement is relatively high, while the accuracy of its elevation measurement is relatively low. The mean square error of the plane and elevation measured by this research institute is less than the limit values specified in the specifications. The accuracy of surveying checkpoints using unmanned aerial vehicle oblique photogrammetry can reach a measurement accuracy of 1:500 scale.

Keywords: drone tilt photogrammetry; surveying and mapping accuracy; mean square error

0 引言

无人机倾斜摄影测量可适用于复杂地形的测绘，且操作较为便捷，但是其测量存在一定的误差，近年来，许多专家学者针对无人机测绘精度开展相关研究。

刘康等人[1]对某农村测区开展测绘，分析无人机三维测图技术的测绘精度，结果表明，高技术的测绘精度可达到1：500比例尺的测绘精度。李霞等人[2]以某建筑工程为研究对象，对比分析不同测绘方法的测绘误差，结果表明，采用无人机倾斜测量的测量精度较高。牟海鹏等人[3]以某公路工程为研究对象，通过无人机测绘技术，分析公路的变形情况，并研究影响其测绘精度的因素，结果表明，像控点的布设对其测量精度存在一定的影响。陈兆斌等人[4]以某测区为研究对象，分析像控点布设对无人机倾斜摄影测量精度的影响，结果表明，当像控点布设密度为36个/km2时，其测量精度最优。刘德亮[5]采用无人机技术对某矿山进行测绘，并分析其测绘误差，结果表明，该技术得出的测绘结果满足规范要求。

本研究以某测区为研究对象，采用无人机倾斜摄影测量对该地区进行测绘，并对其测绘精度进行分析。

1 工程概况

本研究以某测区为研究对象，该地区中心位于北纬25°08′，东经117°03′，平均海拔342 m，面积约为0.15 km2，该地区为丘陵地貌，海拔高度相对较大。为顺利开展该测区的测绘工作，在该测区地势较为平坦的地区布设4个像控点。

2 无人机倾斜摄影测量及相关设备

为对该测区开展测绘，首先需要基于倾斜影像、竖直影像、POS数据及控制点数据进行影像匹配，开展空中三角测量，然后进行密集匹配，构建三角网、纹理映射，最后将模型输出，并将其测绘结果与全站仪免棱镜测绘数据进行对比，分析无人机倾斜测量的精度及可靠性。本次无人机测绘采用大疆M600Pro六旋翼无人机，无人机镜头采用睿铂D2倾斜摄影相机，相机型号为Riy-DG2倾斜5目相机。

为分析无人机倾斜摄影测量的精度，根据《数字航空摄影测量空中三角测量规范》[6]，得出不同比例尺下的测量精度限值，如表1所示。

表1 不同比例尺下的测量精度

3 结果分析

首先，对本次测绘的像控点精度进行分析，计算XKD1、XKD2、XKD3、XKD4的定向点残差，如表2所示。由表可知，不同方向的定向点残差存在一定的差异性，其中，Z方向的平均定向点残差最大，其值为0.1195 m；X方向的平均定向点残差次之，其值为0.04925 m；Y方向的平均定向点残差最小，其值为0.0475 m。说明不同方向的无人机倾斜摄影测量的精度不一致，当采用无人机测绘时，其平面测量的精度较高，其高程测量的精度较低。对比表4所示的精度规范限值可得，当比例尺为1:500时，丘陵地区的定向点高程中误差需小于0.2 m，平面位置中误差需小于0.13 m，本研究所测量的平面及高程中误差均小于规范所规定的限值，说明采用无人机倾斜摄影测量的测绘精度可达到1:500比例尺的测量精度。

表2 定向点残差

在该测区布控16个检查点，并对其精度进行评价，其X、Y、Z方向点残差（Rx、Ry、Rz）计算结果如表3所示。由表可知，不同方向的残差具有一定的差异性，其中，Z方向的平均检查点残差最大，其值为0.1386 m；X方向的平均检查点残差次之，其值为0.0904 m；Y方向的平均检查点残差最小，其值为0.0823 m。X、Y、Z方向的最大误差分别为-0.122 m、-0.120 m、-0.317 m，总体而言Y方向的检查点精度最高，其次为X方向的检查点精度最高，Z方向的检查点精度最低。根据表6所示的数据可计算得出，采用无人机倾斜摄影测量得出的平面中误差为0.128 m，得出的高程中误差为0.131 m，对比表4所示的精度规范限值可得，当比例尺为1:500时，丘陵地区的检查点高程中误差需小于0.28 m，平面位置中误差需小于0.175 m，本研究所测量的平面及高程中误差均小于规范所规定的限值，说明采用无人机倾斜摄影测量对检查点进行测绘的精度可达到1:500比例尺的测量精度。

表3 检查点残差

4 结论

本研究以某测区为研究对象，采用无人机倾斜摄影测量对该地区进行测绘，并对其测绘精度进行分析，得出以下结论：

（1）不同方向的定向点残差存在一定的差异性，其中，Z方向的平均定向点残差最大，其值为0.1195 m；X方向的平均定向点残差次之，其值为0.04925 m；Y方向的平均定向点残差最小，其值为0.0475 m。说明不同方向的无人机倾斜摄影测量的精度不一致，当采用无人机测绘时，其平面测量的精度较高，其高程测量的精度较低。

（2）Z方向的平均检查点残差最大，其值为0.1386 m；X方向的平均检查点残差次之，其值为0.0904 m；Y方向的平均检查点残差最小，其值为0.0823 m。X、Y、Z方向的最大误差分别为-0.122 m、-0.120 m、-0.317 m，总体而言Y方向的检查点精度最高，其次为X方向的检查点精度最高，Z方向的检查点精度最低。

参考文献

[1]刘康,何高波,马高锋.无人机三维测图技术应用于1∶500农村地籍图测绘精度分析[J].测绘地理信息,2021,46(04):92-94.

[2]李霞,熊晶.无人机倾斜摄影测量与地面三维激光扫描的精度对比[J].地矿测绘,2023,39(01):52-55.

[3]牟海鹏,杨默含,张孝鲁等.像控点分布对无人机监测公路变形的精度影响分析[J].现代矿业,2023,39(02):75-78.

[4]陈兆斌.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[J].科技创新与生产力,2023,No.349(02):17-19.

[5]刘德亮.矿山地质测绘中利用无人机高清摄影测量的精度研究[J].世界有色金属,2020,No.561(21):20-21.

[6]GB/T 23236-2009, 数字航空摄影测量 空中三角测量规范[S].

作者简介：高永禄（1988-），男，云南大理人，硕士，从事地形测量工作。

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