劉 五 周

(河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

1 概述

在科技飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)在，數(shù)字化測(cè)繪對(duì)于航空航天相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在航空攝影測(cè)量技術(shù)方面。利用航空數(shù)字成圖技術(shù)[1]，獲取航拍影像后，結(jié)合內(nèi)業(yè)成圖軟件，得到地面立體模型數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中將地物的各種屬性信息存放在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，方便人員和機(jī)構(gòu)獲取地理信息[2-4]。這一技術(shù)在實(shí)際的生產(chǎn)生活中起到了重要的作用。

2 數(shù)字化測(cè)繪實(shí)施方案構(gòu)建

本研究是在全面收集分析已有成果資料的基礎(chǔ)上，以D,E級(jí)GPS控制點(diǎn)為起算依據(jù)，從而布置測(cè)區(qū)的圖根控制網(wǎng)；利用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行航空攝影測(cè)量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量，內(nèi)業(yè)通過(guò)區(qū)域網(wǎng)空三加密創(chuàng)立立體模型后進(jìn)行DLG數(shù)據(jù)采集及DOM制作；同時(shí)外業(yè)經(jīng)實(shí)地調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)對(duì)內(nèi)業(yè)采集的DLG進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量；內(nèi)業(yè)進(jìn)行編輯整理并經(jīng)過(guò)檢查后形成分幅地形圖成果及DOM成果；在完成所有工作的過(guò)程檢查和最終檢查后，按要求進(jìn)行成果資料整理。

2.1 航空攝影測(cè)繪

2.1.1任務(wù)內(nèi)容

本次航空攝影采用自有的無(wú)人機(jī)航空攝影系統(tǒng)，搭載尼康D810相機(jī)，選用50 mm定焦鏡頭，相機(jī)參數(shù)經(jīng)嚴(yán)格檢校，進(jìn)行了研究區(qū)數(shù)字化測(cè)繪的研究，主要工作內(nèi)容是：信陽(yáng)市南灣湖風(fēng)景區(qū)1∶1 000數(shù)字化地形圖測(cè)繪和數(shù)據(jù)整理。

2.1.2圖根控制測(cè)量

本研究圖根控制測(cè)量采用網(wǎng)絡(luò)RTK方式完成，共布設(shè)圖根控制點(diǎn)70個(gè)。點(diǎn)位埋設(shè)滿(mǎn)足后續(xù)地形圖修補(bǔ)測(cè)量需要，南部建筑密集區(qū)點(diǎn)位密度大，北部丘陵地物隨道路情況和地形情況適當(dāng)布設(shè)，點(diǎn)位成對(duì)出現(xiàn)并相互通視[5]。

觀測(cè)成果需要進(jìn)行內(nèi)外業(yè)檢測(cè)，內(nèi)業(yè)成果需要對(duì)總點(diǎn)數(shù)依次檢查，外業(yè)成果的檢查應(yīng)不少于總點(diǎn)數(shù)10%，平面坐標(biāo)外業(yè)檢測(cè)采取相應(yīng)等級(jí)全站儀測(cè)量邊長(zhǎng)的方式進(jìn)行，邊長(zhǎng)較差的相對(duì)誤差不大于1/3 000，高程檢測(cè)采用相應(yīng)等級(jí)三角高程測(cè)量方法進(jìn)行，高差較差不大于1/7基本等高距[6-8]。本研究共實(shí)地檢核圖根控制點(diǎn)13個(gè)，邊長(zhǎng)較差的相對(duì)誤差最大為1/4 215，高差較差最大為3.1 cm，均滿(mǎn)足上述規(guī)定，檢測(cè)點(diǎn)均勻分布測(cè)區(qū)。

2.1.3航空攝影設(shè)計(jì)

本研究航攝地面分辨率為0.08 m。項(xiàng)目區(qū)平均最高海拔211 m，平均最低海拔83 m，攝影基準(zhǔn)面高程147 m。攝影相對(duì)航高為820 m。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)大部分屬于丘陵或低山區(qū)，但相對(duì)高差不大，因此航攝按照同一航高統(tǒng)一布置航線(xiàn)，沒(méi)有進(jìn)行分區(qū)航攝。同時(shí)因?yàn)榈乇砹帜竞透邩谴髲B等建筑物的陰影會(huì)使得航拍影像成圖效果差，為使航拍影像可以更好地表達(dá)地面的詳細(xì)信息，攝影時(shí)間一般為11:00～13:40，陰影倍數(shù)小于1.5。航空攝影邊界超出項(xiàng)目區(qū)邊界300 m，項(xiàng)目區(qū)完全覆蓋，無(wú)產(chǎn)生攝影漏洞。

2.1.4像控點(diǎn)布設(shè)

本研究采取區(qū)域網(wǎng)法布設(shè)像控點(diǎn)，具體布設(shè)方案為：每條航帶兩頭各布設(shè)一個(gè)平高控制點(diǎn)，從首條航線(xiàn)起每間隔1條航線(xiàn)，隔5條～6條基線(xiàn)設(shè)置一個(gè)平高控制點(diǎn)。項(xiàng)目共施測(cè)平高控制點(diǎn)245個(gè)，見(jiàn)圖1。

2.1.5檢查像控點(diǎn)設(shè)置

本研究采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量方式聯(lián)測(cè)像控點(diǎn)平面和高程，利用測(cè)區(qū)周?chē)延械腄,E級(jí)GPS點(diǎn)求取測(cè)量參數(shù)，其點(diǎn)的分布均勻并能控制測(cè)圖范圍，共布設(shè)像控點(diǎn)245個(gè)，外業(yè)實(shí)地檢查42個(gè)，檢核像控點(diǎn)相對(duì)鄰近平面控制點(diǎn)的平面位置中誤差為0.026 m，高程相對(duì)于鄰近高程控制點(diǎn)的高程中誤差為0.035 m。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1空中三角測(cè)量

首先是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，搜集、整理測(cè)區(qū)航攝資料，通過(guò)畸變處理軟件對(duì)像片進(jìn)行畸變處理，然后創(chuàng)建加密分區(qū)inf信息文件，建立加密控制點(diǎn)文件等[9]。其次選擇模型加密點(diǎn)，在區(qū)域范圍進(jìn)行航線(xiàn)自動(dòng)匹配建立自由網(wǎng)，并經(jīng)由自動(dòng)匹配或者人工選擇模型連接點(diǎn)來(lái)進(jìn)行航線(xiàn)內(nèi)的模型連接，同時(shí)進(jìn)行航線(xiàn)之間的模型連接。然后根據(jù)外業(yè)測(cè)量所得的像控點(diǎn)成果，對(duì)區(qū)域四周外業(yè)控制點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)刺加密，對(duì)于特殊區(qū)域如攝區(qū)邊界以及水邊標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)較少的地方增加了標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行平差處理，檢驗(yàn)其定向點(diǎn)的殘差，通過(guò)人工修測(cè)超限的定向點(diǎn)，并重新計(jì)算平差，循環(huán)往復(fù)，最終使其全部在規(guī)定的限差之內(nèi)即可輸出加密成果。

模型定向限差設(shè)置：上下視差限差設(shè)為0.004 mm，模型連接限差為0.03 mm；自由網(wǎng)平差點(diǎn)間隔設(shè)為1，匹配點(diǎn)數(shù)不少于400點(diǎn)[10]。

相對(duì)定向自動(dòng)匹配：計(jì)算相對(duì)定向后，通過(guò)手動(dòng)對(duì)粗差點(diǎn)剔除[11]。相對(duì)定向精度不大于0.005 mm?；径ㄏ螯c(diǎn)殘差不大于0.005 mm，多余點(diǎn)一般不大于0.015 mm，最大不大于0.020 mm。

最后是對(duì)質(zhì)量及精度進(jìn)行評(píng)定，內(nèi)業(yè)空三加密的作業(yè)方法合理，設(shè)置正確的精度指標(biāo)，保證區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)接邊，同時(shí)使平面和高程較差在限差規(guī)定的要求之內(nèi)。具體加密點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 加密點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

2.2.2DLG采集及數(shù)字正射影像圖制作

本研究采用無(wú)人機(jī)航空攝影，立體影像清晰，用測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)地物外輪廓線(xiàn)，定位點(diǎn)按規(guī)定圖層及符號(hào)準(zhǔn)確繪出，并經(jīng)自檢避免人為丟漏、變形現(xiàn)象發(fā)生[12]。最終共制作1∶2 000標(biāo)準(zhǔn)分幅正射影像53幅，分辨率為0.15 m，格式選取非壓縮TIFF，以tfw格式作為地理信息頭文件，分幅方式采用正方形，規(guī)格為50 cm×50 cm，按照?qǐng)D幅號(hào)對(duì)DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，見(jiàn)圖2。

利用空三及DLG成果，生成TIN，并利用航天遠(yuǎn)景航空攝影測(cè)量工作站軟件生成了DEM，并對(duì)DEM進(jìn)行平滑過(guò)濾；在此基礎(chǔ)上，采用航天遠(yuǎn)景對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正和影像重采樣，生成單模型DOM；利用無(wú)縫鑲嵌技術(shù)，鑲嵌單片正射影像，同時(shí)選擇鑲嵌線(xiàn)的時(shí)候，要盡量避免高大、明顯的建筑物和高差急劇變化的地區(qū)。對(duì)重疊度較大的航攝影像，保持影像投影方向一致，然后裁切為標(biāo)準(zhǔn)分幅正射影像；按50 cm×50 cm標(biāo)準(zhǔn)分幅進(jìn)行裁切，1∶2 000比例尺圖幅影像輸出地面分辨率為0.15 m；采用無(wú)縫拼接技術(shù)，將1∶2 000標(biāo)準(zhǔn)分幅正攝影像進(jìn)行拼接，并降低分辨率為0.35 m輸出。

2.2.3外業(yè)補(bǔ)測(cè)及最終成圖

外業(yè)調(diào)繪的主要工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

1)內(nèi)業(yè)采集精度檢驗(yàn)；

2)對(duì)圖中以及內(nèi)業(yè)采集過(guò)程中遺漏的地物進(jìn)行補(bǔ)調(diào)和修正；

3)對(duì)房屋層數(shù)和房屋性質(zhì)進(jìn)行調(diào)注，大于0.2 m的房檐量注；

4)對(duì)內(nèi)業(yè)采集階段的遺留問(wèn)題進(jìn)行實(shí)地核實(shí)。

本次外業(yè)調(diào)繪總面積為36 km2，測(cè)區(qū)東南部為信陽(yáng)市城區(qū)，因此外業(yè)調(diào)繪工作圖按1∶500進(jìn)行回放，其他區(qū)域按照1∶1 000進(jìn)行回放。最后結(jié)合野外調(diào)繪成果，進(jìn)行1∶1 000地形圖編輯整理及分幅工作。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段應(yīng)用于測(cè)繪工作中的現(xiàn)代數(shù)字化地圖測(cè)繪技術(shù)中，數(shù)字化航空攝影測(cè)量技術(shù)愈加成熟，此項(xiàng)技術(shù)可利用無(wú)人機(jī)來(lái)完成高空測(cè)繪工作，具有靈活、機(jī)動(dòng)、成本低等特點(diǎn)[13]。本文針對(duì)信陽(yáng)市南灣湖風(fēng)景區(qū)進(jìn)行了數(shù)字化測(cè)繪及數(shù)據(jù)整理實(shí)施方案的構(gòu)建，在獲取航拍像片后進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)整理工作，結(jié)合內(nèi)業(yè)立體數(shù)據(jù)解譯和外業(yè)精準(zhǔn)測(cè)繪，制作了DOM數(shù)據(jù)和1∶2 000數(shù)字正射影像圖，最終完成1∶1 000地形圖編輯整理及分幅工作，為數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在城市規(guī)劃等領(lǐng)域的應(yīng)用方案構(gòu)建提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。