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无人机大比例尺地籍测绘精度分析-测绘联盟
随着无人机飞控系统的提升，目前市面测绘型无人机技术逐步走向成熟[1]，基于各种类型的无人机大比例尺测绘项目也如火如荼地展开[2]，取得了令人满意的成果。凭借其快速高效、机动灵活、成本低、周期短、适应性强、信息真实、质量可靠等优点[3]，无人机测绘应用范围越来越广。在大比例尺地形图测绘方面，吕立蕾利用固定翼无人机分别测绘了1∶1000和1∶500地形图，最终得出无人机可满足1∶1000比例尺测图精度，而不满足1∶500测图精度[4]，刘聪等人利用无人机获取了某铝土矿1∶2000数字线划图、数字高程模型和数字正射影像[5]，李玉成等人通过空三测量精度与SDCORS对比、地物点精度与GPSRTK精度对比，得出了与吕立蕾相似的结论[6]，因此，无人机测绘1∶1000地形图精度可以满足要求。随着无人机应用的纵深发展，近年来无人机在地籍测绘中的应用也逐渐增多，宋亮利用无人机影像制作了调查底图[7]我们的甲顺，宋光浩等基于UX5无人机进行了地籍测绘初探，结果证明无人机测绘满足1∶500农村不动产测绘要求[8]。由于界址点是地籍测量的核心，因此地籍测绘中只要满足界址点的精度，地籍图的精度亦随之满足。在界址点精度方面，1994年国家测绘局颁布的《地籍测绘规范》设立一、二、三3个等级[9]，对应的中误差要求分别为±0.05m，±0.10m和±0.15m，2007年二调时国土资源部颁发的《第二次全土地调查技术规程》，将界址点精度定位一、二2个等级[10]，相应的中误差要求为±5cm和±7.5cm，精度有所提高，随后2012年国土资源部颁布的《地籍调查规程》又将界址点恢复3个级别，其中误差要求分别是±5cm、±7.5cm和±10.0cm[11]，这是综合了《地籍测绘规范》和《第二次全国土地调查技术规程》而制定的新标准。本文基于新版《地籍调查规程》对界址点的要求霸情悍将，利用无人机进行了佛山某区地籍图测绘，通过统计界址点中误差和地物平面位置精度，对无人机地籍测绘精度做出评价。
1、无人机测绘
1.1 无人机航摄平台
本次实验选用的是中海达P500E八旋翼无人机，整机重量4.2kg，有效载重4.5kg，悬停15min，巡航时间40min，巡航速度10-22m/s，抗风能力10m/s，搭载Canon 5D摄影机，焦距35mm，无人机航摄平台包括飞摄系统、地面控制系统和数据后处理系统。航摄无人机如图1所示。
图1 地籍测绘无人机
1.2 像控点布设与飞行设计
无人机体积小、质量轻，对气流敏感，甚至在二级风中都能造成飞行摄动，导致姿态不稳定，因此为了提高精度，地籍测绘控制测量采用地面布设控制网的方式进行。控制测量采用佛山坐标系，在测区范围内均匀测定11个E级控制点，平面及高程精度均为±2cm，控制点布设详细情况如图2中十字丝所示，其中6点作为控制点，其余5点为检查点。飞行前在地面或围护物上的界址点布设直径200mm的硬塑白色圆盘，作为界址点标志。
航摄飞行时，先将笔记本连接通讯电台，在eMotion2中设计飞行路线。实验区东部为低矮丘陵山脚，中西部较为平坦，是建筑集中区。该区域东西长150m，南北长120m，测区内高差约25m，飞行前预先设计航线航向重叠度、旁向重叠度、飞行高度、基高比、分辨率等重要技术参数。根据规范要求薛蛮子是谁，此次飞行航高300m，航向重叠度70%，旁向重叠度65%，基高比0.39，影像对地分辨率GSD为0.05m，共拍摄404张航片，航线及曝光点影像如图2所示。
图2 像控点与航摄航线
1.3 数字地籍图采集
根据相机内方位参数，在UASmaster软件中新建工程项目，设置参数、添加地面控制点，进行POS辅助空中三角测量，通过无人机记录的投影中心坐标和三轴姿态参数，解算每张航片的外方位元素，完成空三加密。对空三成果评价后，将原影像进行重采样进而生成核线影像，利用影像匹配方法逐像素搜索同名点，由空间前方交会生成点云，点云分类滤波后可得数字高程模型DEM。根据空三加密成果和测区的DEM，对影像进行数字微分纠正，生成单幅数字正射影像DOM，单幅影像镶嵌后，形成整个测区DOM。由于拍摄角度、色差、亮度和阴影的影响，无人机影像影像往往出现色差突变现象，因此必须对生成的DOM 进行匀光匀色处理。使之整体色调保持一致，无视角效应。
数据预处理后，将DOM 成果由Inpho导入到VituoZo2014数字摄影测量系统之中，设定测图比例尺为1∶500，根据野外控制测量和空三成果，对影像进行校正，测绘数字地籍图。李思晓由于地籍图图式并不丰富，且研究目的在于探测地籍测绘的精度，因此在数字成图过程中主要绘制三类要素，第一类是明显界址点，采集点位要绝对选取地面界标标志中心;第二类是隐蔽界址点，通过交会方法间接获取;第三类是出界址点以外的地物点，采集方法与数字测图一致。数字测图方法对精度影响较为明显，尤其是隐蔽界址点，必须与现场草图相吻合，否则精度很难达到要求。
2、精度分析方法
2.1 界址点精度
界址点点位精度是地籍测绘中所有精度中要求最高的，规范中通常用界址点相对于邻近控制点的点位精度表示。在地籍图中，如果界址点精度符合规范要求，那么其它地籍要素和地物点的精度一定符合规范要求山田五十铃。根据《地籍调查规程》[11]，界址点点位精度包括一、二、三3个等级，对应中误差分别为±5.0、±7.5和±10.0，具体情况如表1所示。
表1 界址点中误差与允许误差要求
2.2 地物点平面位置精度
除了绝对精度指标外，界址点还应满足一些相对指标，这些指标包括相邻界址点间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差，其限差要求如表2所示。与地形图点位精度类似，地物点平面位置精度是指地籍图上非界址点点位中误差万能钥匙迅雷下载，由于是非界址点要素大荒武神，因此地籍图中对此类要素的精度要求并不高。地物点平面位置精度包括地物点相对于邻近控制点的点位误差和邻近地物点的间距误差，两项限差精度要求较界址点要求低得多，如在1∶500的地籍图中，地物点相对于邻近控制点的点位中误差为±25cm，远小于表1所示的三级界址点要求±10cm。根据《地籍调查规程》，地物点相对于邻近控制点的点位误差和邻近地物点的间距误差具体要求如表2所示。
表2 地籍图平面位置精度
2.3 精度分析法
为了评定无人机地籍测绘的精度稳定性，这里采用一种带权平均的方法评定无人机地籍测绘稳定程度，采用绝对精度占优、相对精度次优的比例原则评定无人机测绘精度的稳定性。绝对精度占优，是指点位相对于邻近控制点精度所占评分比重大，相对精度次优，指的是间距精度评分所占比重少，依据以上方法，可得如公式(1)所示的界址点和地物点平面位置精度的各自加权精度，其中a、b、c、d、e分别表示界址点相对于邻近控制点点位误差、相邻界址点间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差、邻近地物点的间距误差这五项误差单点误差合格率评分(百分数)，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5 对应权重。采用加权方法评定精度稳定性，可将不同精度指标进行归一，有利于评价测绘方法的稳定性。
3、实测精度分析
3.1 界址点精度分析
明显界址点和地物点测绘方法相同，区别在于前者有地面标志物，且多布置在围墙、栅栏、铁丝网等地物之上，内业绘图须对准地面标志物中心。实验中，测区内总共布设地物点428个，界址点241个，其中明显界址点199个，42个为隐蔽界址点斗破后传。隐蔽界址点多被植被覆盖颜夏菲，测绘时采用直角交会或距离交会方法，当采用距离交会时，利用2个测定点按照半径求交的方法确定隐蔽点坐标。随机抽取40个明显界址点和20个隐蔽界址点，以地面控制点为基准，测绘抽取点平面坐标，将此坐标与全站仪测绘坐标作差，所得界址点中误差如表3所示。
表3 界址点相对于邻近控制点中误差
表3可知，无人机测绘明显界址点中误差为±7.3cm杨政龙，小于表1中二级精度要求±7.5cm;而隐蔽点界址点精度为±9.6cm，小于表1要求的±10.0cm，因此无人机地籍测绘可满足规范要求，但由于隐蔽界址点中误差较大，因此无人机测绘界址点只能满足规范最低要求。
3.2 其它精度要求与稳定性分析
表3仅反映了界址点中误差，在地籍测绘中，还包括相邻界址点间距误差、邻近地物点的间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差四项误差，对于前三项误差，采用钢尺精密量距的方法测定两点水平距离，然后用两点反算距离与此水平距离作差，将其差值按比例尺反算到图面，得到图上中误差;对于最后一项误差，采用类似求取界址点中误差的方法，计算其点位中误差，反算到图上后与表2要求作比较，四项误差与界址点中误差的最终统计数据如表4所示陶平生。
表4 无人机地籍测绘精度统计
比较表4与表2，发现各项限差均满足规范要求，为了评价无人机地籍测绘精度的稳定性，并顾及相邻界址点间距误差、邻近地物点的间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差四项误差，采用2.3所述的带权精度分析法计算界址点精度和地物平面位置精度进行分析。计算地籍测绘稳定度时，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5 取值依据“绝对精度占优、相对精度次优的原则”，分别按小差比例、中差比例和大差比例设置，其结果如表5所示。
表5 无人机地籍测绘精度稳定性分析
统计表5发现，ω1、ω2、ω3比例对明显界址点精度稳定性无影响，依据经验，0.5、0.3、0.2是其合理比例，此时明显界址点精度稳定度为δ′mj=84%，不同ω1、ω2、ω3值对隐蔽界址点精度稳定度有小幅影响，0.7和0.3是其合理比例，此时隐蔽界址点精度稳定度δ′mj=75%。不同的ω4、ω5 值对地物平面精度稳定度影响极小，其合理比例为0.7和0.3林显宗，对应地物稳定性为δ′md=84%，这表示无人机测绘明显界址点的精度稳定性与地物点一致，且可信度较高，而测绘隐蔽界址点则具有相对较低的稳定度，表明应用无人机测绘隐蔽界址点存在较大风险性。
4、结论
本文基于无人机测绘技术进行了地籍测绘，并以界址点精度和地物平面位置精度为指标进行精度评定。通过对测绘成果进行抽样精度检查，发现明显界址点精度可以达到二级精度要求，隐蔽界址点精度可达三级精度要求，地物平面位置精度完全符合规范要求。在稳定性验证中，发现隐蔽界址点精度稳定性较差，因此应用无人机测绘隐蔽界址点精度不稳定，可能出现个别观测误差较大的情况。与常规数字地籍测绘相比，无人机测绘具有如下特点：
(1)无人机测绘机动灵活，自动化程度高，在效率方面优于传统测量方法，但飞行前需布设界址点标志，且隐蔽点需要到现场勘察，因此实施完全独立的无人机地籍测绘目前是不可行的海涅定理。
(2)精度低于传统地面测绘，明显界址点仅能达到二级要求，隐蔽界址点仅能达到三级要求，因此无人机地籍测量仅能满足三级界址点测量精度，二级及其以上等级测量无法满足。
(3)由于隐蔽点测绘精度不稳定，因此无人机地籍测绘最佳方案是仅测绘明显界址点，隐蔽点由地面测量完成。
综上，无人机地籍测绘存在两大瓶颈马晨明，其一是测绘精度较低中美貘，其二是地面隐蔽点无法直接测量，导致无人机难以单独完成复杂条件下地籍测绘。随着测量型无人机测绘精度的提高和倾斜摄影技术的发展，将来无人机地籍测绘有望逐步代替传统测绘技术。
文章来源：勘测联合网
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全站仪导线测量的详细操作方法，一看就会！
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随着无人机飞控系统的提升，目前市面测绘型无人机技术逐步走向成熟[1]，基于各种类型的无人机大比例尺测绘项目也如火如荼地展开[2]，取得了令人满意的成果。凭借其快速高效、机动灵活、成本低、周期短、适应性强、信息真实、质量可靠等优点[3]，无人机测绘应用范围越来越广。在大比例尺地形图测绘方面，吕立蕾利用固定翼无人机分别测绘了1∶1000和1∶500地形图，最终得出无人机可满足1∶1000比例尺测图精度，而不满足1∶500测图精度[4]，刘聪等人利用无人机获取了某铝土矿1∶2000数字线划图、数字高程模型和数字正射影像[5]，李玉成等人通过空三测量精度与SDCORS对比、地物点精度与GPSRTK精度对比，得出了与吕立蕾相似的结论[6]，因此，无人机测绘1∶1000地形图精度可以满足要求。随着无人机应用的纵深发展，近年来无人机在地籍测绘中的应用也逐渐增多，宋亮利用无人机影像制作了调查底图[7]我们的甲顺，宋光浩等基于UX5无人机进行了地籍测绘初探，结果证明无人机测绘满足1∶500农村不动产测绘要求[8]。由于界址点是地籍测量的核心，因此地籍测绘中只要满足界址点的精度，地籍图的精度亦随之满足。在界址点精度方面，1994年国家测绘局颁布的《地籍测绘规范》设立一、二、三3个等级[9]，对应的中误差要求分别为±0.05m，±0.10m和±0.15m，2007年二调时国土资源部颁发的《第二次全土地调查技术规程》，将界址点精度定位一、二2个等级[10]，相应的中误差要求为±5cm和±7.5cm，精度有所提高，随后2012年国土资源部颁布的《地籍调查规程》又将界址点恢复3个级别，其中误差要求分别是±5cm、±7.5cm和±10.0cm[11]，这是综合了《地籍测绘规范》和《第二次全国土地调查技术规程》而制定的新标准。本文基于新版《地籍调查规程》对界址点的要求霸情悍将，利用无人机进行了佛山某区地籍图测绘，通过统计界址点中误差和地物平面位置精度，对无人机地籍测绘精度做出评价。
1、无人机测绘
1.1 无人机航摄平台
本次实验选用的是中海达P500E八旋翼无人机，整机重量4.2kg，有效载重4.5kg，悬停15min，巡航时间40min，巡航速度10-22m/s，抗风能力10m/s，搭载Canon 5D摄影机，焦距35mm，无人机航摄平台包括飞摄系统、地面控制系统和数据后处理系统。航摄无人机如图1所示。
图1 地籍测绘无人机
1.2 像控点布设与飞行设计
无人机体积小、质量轻，对气流敏感，甚至在二级风中都能造成飞行摄动，导致姿态不稳定，因此为了提高精度，地籍测绘控制测量采用地面布设控制网的方式进行。控制测量采用佛山坐标系，在测区范围内均匀测定11个E级控制点，平面及高程精度均为±2cm，控制点布设详细情况如图2中十字丝所示，其中6点作为控制点，其余5点为检查点。飞行前在地面或围护物上的界址点布设直径200mm的硬塑白色圆盘，作为界址点标志。
航摄飞行时，先将笔记本连接通讯电台，在eMotion2中设计飞行路线。实验区东部为低矮丘陵山脚，中西部较为平坦，是建筑集中区。该区域东西长150m，南北长120m，测区内高差约25m，飞行前预先设计航线航向重叠度、旁向重叠度、飞行高度、基高比、分辨率等重要技术参数。根据规范要求薛蛮子是谁，此次飞行航高300m，航向重叠度70%，旁向重叠度65%，基高比0.39，影像对地分辨率GSD为0.05m，共拍摄404张航片，航线及曝光点影像如图2所示。
图2 像控点与航摄航线
1.3 数字地籍图采集
根据相机内方位参数，在UASmaster软件中新建工程项目，设置参数、添加地面控制点，进行POS辅助空中三角测量，通过无人机记录的投影中心坐标和三轴姿态参数，解算每张航片的外方位元素，完成空三加密。对空三成果评价后，将原影像进行重采样进而生成核线影像，利用影像匹配方法逐像素搜索同名点，由空间前方交会生成点云，点云分类滤波后可得数字高程模型DEM。根据空三加密成果和测区的DEM，对影像进行数字微分纠正，生成单幅数字正射影像DOM，单幅影像镶嵌后，形成整个测区DOM。由于拍摄角度、色差、亮度和阴影的影响，无人机影像影像往往出现色差突变现象，因此必须对生成的DOM 进行匀光匀色处理。使之整体色调保持一致，无视角效应。
数据预处理后，将DOM 成果由Inpho导入到VituoZo2014数字摄影测量系统之中，设定测图比例尺为1∶500，根据野外控制测量和空三成果，对影像进行校正，测绘数字地籍图。李思晓由于地籍图图式并不丰富，且研究目的在于探测地籍测绘的精度，因此在数字成图过程中主要绘制三类要素，第一类是明显界址点，采集点位要绝对选取地面界标标志中心;第二类是隐蔽界址点，通过交会方法间接获取;第三类是出界址点以外的地物点，采集方法与数字测图一致。数字测图方法对精度影响较为明显，尤其是隐蔽界址点，必须与现场草图相吻合，否则精度很难达到要求。
2、精度分析方法
2.1 界址点精度
界址点点位精度是地籍测绘中所有精度中要求最高的，规范中通常用界址点相对于邻近控制点的点位精度表示。在地籍图中，如果界址点精度符合规范要求，那么其它地籍要素和地物点的精度一定符合规范要求山田五十铃。根据《地籍调查规程》[11]，界址点点位精度包括一、二、三3个等级，对应中误差分别为±5.0、±7.5和±10.0，具体情况如表1所示。
表1 界址点中误差与允许误差要求
2.2 地物点平面位置精度
除了绝对精度指标外，界址点还应满足一些相对指标，这些指标包括相邻界址点间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差，其限差要求如表2所示。与地形图点位精度类似，地物点平面位置精度是指地籍图上非界址点点位中误差万能钥匙迅雷下载，由于是非界址点要素大荒武神，因此地籍图中对此类要素的精度要求并不高。地物点平面位置精度包括地物点相对于邻近控制点的点位误差和邻近地物点的间距误差，两项限差精度要求较界址点要求低得多，如在1∶500的地籍图中，地物点相对于邻近控制点的点位中误差为±25cm，远小于表1所示的三级界址点要求±10cm。根据《地籍调查规程》，地物点相对于邻近控制点的点位误差和邻近地物点的间距误差具体要求如表2所示。
表2 地籍图平面位置精度
2.3 精度分析法
为了评定无人机地籍测绘的精度稳定性，这里采用一种带权平均的方法评定无人机地籍测绘稳定程度，采用绝对精度占优、相对精度次优的比例原则评定无人机测绘精度的稳定性。绝对精度占优，是指点位相对于邻近控制点精度所占评分比重大，相对精度次优，指的是间距精度评分所占比重少，依据以上方法，可得如公式(1)所示的界址点和地物点平面位置精度的各自加权精度，其中a、b、c、d、e分别表示界址点相对于邻近控制点点位误差、相邻界址点间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差、邻近地物点的间距误差这五项误差单点误差合格率评分(百分数)，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5 对应权重。采用加权方法评定精度稳定性，可将不同精度指标进行归一，有利于评价测绘方法的稳定性。
3、实测精度分析
3.1 界址点精度分析
明显界址点和地物点测绘方法相同，区别在于前者有地面标志物，且多布置在围墙、栅栏、铁丝网等地物之上，内业绘图须对准地面标志物中心。实验中，测区内总共布设地物点428个，界址点241个，其中明显界址点199个，42个为隐蔽界址点斗破后传。隐蔽界址点多被植被覆盖颜夏菲，测绘时采用直角交会或距离交会方法，当采用距离交会时，利用2个测定点按照半径求交的方法确定隐蔽点坐标。随机抽取40个明显界址点和20个隐蔽界址点，以地面控制点为基准，测绘抽取点平面坐标，将此坐标与全站仪测绘坐标作差，所得界址点中误差如表3所示。
表3 界址点相对于邻近控制点中误差
表3可知，无人机测绘明显界址点中误差为±7.3cm杨政龙，小于表1中二级精度要求±7.5cm;而隐蔽点界址点精度为±9.6cm，小于表1要求的±10.0cm，因此无人机地籍测绘可满足规范要求，但由于隐蔽界址点中误差较大，因此无人机测绘界址点只能满足规范最低要求。
3.2 其它精度要求与稳定性分析
表3仅反映了界址点中误差，在地籍测绘中，还包括相邻界址点间距误差、邻近地物点的间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差四项误差，对于前三项误差，采用钢尺精密量距的方法测定两点水平距离，然后用两点反算距离与此水平距离作差，将其差值按比例尺反算到图面，得到图上中误差;对于最后一项误差，采用类似求取界址点中误差的方法，计算其点位中误差，反算到图上后与表2要求作比较，四项误差与界址点中误差的最终统计数据如表4所示陶平生。
表4 无人机地籍测绘精度统计
比较表4与表2，发现各项限差均满足规范要求，为了评价无人机地籍测绘精度的稳定性，并顾及相邻界址点间距误差、邻近地物点的间距误差、界址点相对于邻近地物点的间距误差、地物点相对于邻近控制点的点位误差四项误差，采用2.3所述的带权精度分析法计算界址点精度和地物平面位置精度进行分析。计算地籍测绘稳定度时，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5 取值依据“绝对精度占优、相对精度次优的原则”，分别按小差比例、中差比例和大差比例设置，其结果如表5所示。
表5 无人机地籍测绘精度稳定性分析
统计表5发现，ω1、ω2、ω3比例对明显界址点精度稳定性无影响，依据经验，0.5、0.3、0.2是其合理比例，此时明显界址点精度稳定度为δ′mj=84%，不同ω1、ω2、ω3值对隐蔽界址点精度稳定度有小幅影响，0.7和0.3是其合理比例，此时隐蔽界址点精度稳定度δ′mj=75%。不同的ω4、ω5 值对地物平面精度稳定度影响极小，其合理比例为0.7和0.3林显宗，对应地物稳定性为δ′md=84%，这表示无人机测绘明显界址点的精度稳定性与地物点一致，且可信度较高，而测绘隐蔽界址点则具有相对较低的稳定度，表明应用无人机测绘隐蔽界址点存在较大风险性。
4、结论
本文基于无人机测绘技术进行了地籍测绘，并以界址点精度和地物平面位置精度为指标进行精度评定。通过对测绘成果进行抽样精度检查，发现明显界址点精度可以达到二级精度要求，隐蔽界址点精度可达三级精度要求，地物平面位置精度完全符合规范要求。在稳定性验证中，发现隐蔽界址点精度稳定性较差，因此应用无人机测绘隐蔽界址点精度不稳定，可能出现个别观测误差较大的情况。与常规数字地籍测绘相比，无人机测绘具有如下特点：
(1)无人机测绘机动灵活，自动化程度高，在效率方面优于传统测量方法，但飞行前需布设界址点标志，且隐蔽点需要到现场勘察，因此实施完全独立的无人机地籍测绘目前是不可行的海涅定理。
(2)精度低于传统地面测绘，明显界址点仅能达到二级要求，隐蔽界址点仅能达到三级要求，因此无人机地籍测量仅能满足三级界址点测量精度，二级及其以上等级测量无法满足。
(3)由于隐蔽点测绘精度不稳定，因此无人机地籍测绘最佳方案是仅测绘明显界址点，隐蔽点由地面测量完成。
综上，无人机地籍测绘存在两大瓶颈马晨明，其一是测绘精度较低中美貘，其二是地面隐蔽点无法直接测量，导致无人机难以单独完成复杂条件下地籍测绘。随着测量型无人机测绘精度的提高和倾斜摄影技术的发展，将来无人机地籍测绘有望逐步代替传统测绘技术。
文章来源：勘测联合网
和我们一起发掘有深度的测绘技术
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全站仪八大测量方法
全站仪导线测量的详细操作方法，一看就会！
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