无人机倾斜摄影测量在土地资源调查与监测中的精度评估

引言

土地资源是人类生存和发展的基础，对其进行准确的调查与监测至关重要。传统的土地资源调查与监测方法往往存在效率低下、精度有限以及难以获取全面数据等问题。近年来，无人机倾斜摄影测量技术作为一种新兴的测量手段，逐渐崭露头角。该技术通过搭载多个传感器，从不同角度对目标区域进行拍摄，能够快速获取高分辨率、具有丰富纹理信息的影像数据。这不仅大大提高了数据采集的效率，而且为土地资源调查与监测提供了更全面、更精确的数据源。然而，在实际应用中，无人机倾斜摄影测量技术的精度受到多种因素的影响，如飞行平台的稳定性、传感器的精度、气象条件以及数据处理算法等。因此，对其在土地资源调查与监测中的精度进行评估具有重要的现实意义。通过精度评估，可以明确该技术的优势与不足，为其在土地资源领域的进一步推广和优化提供理论支持，从而提高土地资源管理的科学性和准确性。

一、无人机倾斜摄影测量原理及数据采集与处理

（一）测量原理

无人机倾斜摄影测量技术是基于航空摄影测量原理发展而来的。它利用无人机作为飞行平台，搭载倾斜摄影相机系统。通常，相机系统由一个垂直相机和多个倾斜相机组成。垂直相机获取正射影像，而倾斜相机从不同的倾斜角度（如前视、后视、左视和右视）对目标区域进行拍摄。通过这种多视角的拍摄方式，可以获取目标区域的全方位影像信息。在测量过程中，根据摄影测量中的共线方程原理，通过已知的相机内方位元素（如像主点坐标、主距等）、外方位元素（如无人机的位置、姿态等）以及影像上的像点坐标，可以解算出目标点的三维空间坐标。其核心在于建立像点、投影中心和物点之间的几何关系，从而实现对目标区域的三维建模和测量。

（二）数据采集与处理

1. 数据采集

在数据采集阶段，首先要进行飞行规划。这包括确定飞行区域、飞行高度、航线间距、重叠度等参数。飞行高度直接影响影像的分辨率，一般来说，飞行高度越低，影像分辨率越高，但覆盖范围越小；反之，飞行高度越高，覆盖范围越大，但分辨率越低。航线间距和重叠度的设置则是为了保证影像之间有足够的重叠区域，以便后续的立体匹配和三维重建。通常，航向重叠度一般设置为 70%-80% ，旁向重叠度设置为 60%-70% 。在飞行过程中，无人机需要保持稳定的飞行姿态，以确保获取的影像质量。要考虑气象条件的影响，避免在强风、大雨等恶劣天气下飞行。

2. 数据处理

采集到的影像数据需要经过一系列的处理才能得到可用的成果。首先是影像预处理，包括影像的畸变校正、色彩平衡等操作。由于相机镜头的光学特性，拍摄的影像可能存在几何畸变，需要通过特定的算法进行校正。然后是空中三角测量，它是摄影测量中的关键步骤。通过在影像上自动识别同名像点，利用共线方程建立起像点与物点之间的关系，解算出每张影像的外方位元素。接着进行密集匹配，根据影像的纹理特征，在相邻影像之间进行像素级别的匹配，获取大量的同名点，从而构建出目标区域的点云模型。基于点云模型，可以生成数字表面模型（DSM）、数字高程模型（DEM）和正射影像图（DOM）等成果，为土地资源调查与监测提供数据支持。

二、精度评估及与传统测量方法的对比

（一）精度评估方法与指标

在对无人机倾斜摄影测量精度进行评估时，通常采用检查点法和对比分析法两种主要方法。检查点法是通过在目标区域内布设一定数量的具有高精度地面控制点作为检查点，将无人机摄影测量获取的坐标数据与这些已知坐标的真值进行比对，进而计算其平面与高程误差，评估整体精度水平。该方法直观、可量化，适用于绝对精度的评价。而对比分析法则侧重于成果之间的横向比较，即将无人机倾斜摄影生成的三维模型、正射影像或点云数据与传统高精度测绘成果（如全站仪、地面激光扫描或精密GPS 测量结果）进行配准与差值分析，揭示两者在空间一致性方面的差异。实际工作中，常将两种方法结合使用，以全面反映测量系统的系统误差与偶然误差情况。精度评估的主要指标包括平面精度、高程精度及其对应的相对误差。其中，平面与高程精度一般采用中误差（RMSE）作为核心评价标准，分别表征水平与垂直方向上的整体偏离程度；相对精度则以相对误差形式体现，即误差与测区尺度的比值，用于说明测量精度的实际适用性。此外，还可引入最大误差、平均误差、置信区间等补充指标，增强评估的统计可靠性。通过多维度精度指标体系的构建，能够更科学地评判无人机倾斜摄影测量成果在土地资源调查中的可行性与应用价值。

（二）与传统测量方法的对比

1. 传统测量方法的局限性

传统的土地资源调查与监测方法主要包括全站仪测量、GPS-RTK 测量等。全站仪测量虽然具备较高的单点精度，但其作业方式为逐点采集，工作效率较低，难以适应大范围、快速测绘的需求。特别是在地形起伏较大或植被覆盖密集的区域，测设难度显著增加，且易受通视条件限制，影响测量完整性与可靠性。而GPS-RTK 测量虽具备动态定位能力，能够实现相对快速的数据采集，但在建筑物密集区、山区峡谷以及林地等信号遮挡严重的环境中，易出现卫星信号丢失或多路径效应，导致定位精度下降和成果不稳定。此外，传统测量手段获取的数据通常为离散点或线状数据，缺乏连续的地表覆盖信息，难以形成完整的空间认知，制约了后续的空间分析与应用。

2. 无人机倾斜摄影测量的优势

相较于传统测量方法，无人机倾斜摄影测量技术在土地资源调查中展现出显著优势。该技术能够在短时间内完成大面积区域的影像采集，大幅提高测绘效率与作业灵活性。通过多视角影像融合处理，可构建高分辨率的三维实景模型，全面反映地物结构、地形特征及空间分布关系，弥补了传统点数据的信息缺失问题。在精度方面，合理布设控制点并采用先进算法处理后，无人机倾斜摄影测量在多数应用场景下能够达到厘米级平面与高程精度，满足土地资源详查的基本要求。同时，随着传感器性能提升、POS 辅助定位技术和自动化建模算法的发展，其数据质量和成果稳定性持续优化，已在多个领域逐步替代传统测绘方式，成为现代土地资源监测的重要技术手段。

结论

无人机倾斜摄影测量技术在土地资源调查与监测中具有巨大的潜力。通过对其原理、数据采集与处理流程的分析，以及精度评估和与传统测量方法的对比，可以看出该技术在提高数据采集效率、提供丰富的三维信息方面具有明显优势。在精度方面，虽然受到多种因素的影响，但通过合理的飞行规划、数据处理和精度评估方法，可以有效地控制误差，满足土地资源调查与监测的需求。然而，该技术仍有进一步提升的空间，例如在复杂地形和特殊气象条件下的精度保证、数据处理算法的优化等方面。未来，随着技术的不断发展和完善，无人机倾斜摄影测量技术有望在土地资源管理领域发挥更加重要的作用，为土地资源的可持续利用和精准管理提供更有力的技术支撑。

参考文献

[1] 高登峰 . 无人机倾斜摄影测量技术在土地确权调查中的应用 [J]. 辽宁自然资源 ，2021，（01）：54-56.

[2] 李小光 . 基于无人机倾斜摄影测量的土地利用变化监测研究 [J]. 科技资讯 ，2023，21（10）：1-4.