低空機載GPS攝影測量在1∶1000地形圖測繪中的應用

劉德明

(合肥市測繪設計研究院，安徽合肥 230061)

1 前言

隨著城市建設的快速發展，城市規劃對基礎地理信息的供需矛盾日漸突出。為適應快速發展的城市建設需求，合理、有效地利用土地資源，及時提供滿足城市規劃需要的、現狀的地形圖是城市規劃測繪單位必須解決的課題。結合項目的生產，本文在這方面進行了有效的嘗試。

試驗項目位于某開發區，遠離市區，委托單位要求以最快的速度提供 23.5 km21∶1 000全要素現狀地形圖。項目從2013年9月下旬開始～2013年10月中、下旬提交成果，時間要求緊，利用傳統的全野外數字化成圖方法無法按期完成，經現場踏勘、分析，決定采用低空機載GPS輔助航空攝影測量方法完成此項工作。針對該項目的特點，制定了周密的實施計劃，保證了項目的順利完成。成果經檢測，地形圖各項數學精度均達到了預期的指標。

2 低空機載GPS輔助航空攝影

2.1 航攝儀

本項目選用瑞士萊卡公司生產的具有雙向像移補償功能的中幅面單中心投影數碼航攝儀RCD30，進行機載GPS輔助數碼航空攝影，該相機成像單元具有RGBN四個波段，除提供彩色波段外，另外提供近紅外波段影像，較常規數碼航攝儀，具有更高的影像清晰度，便于提高影像量測精度。

RCD30航攝儀主要技術參數:

2.2 機載GPS數據要求

(1)機載GPS采用雙頻量測型GPS，天線與飛機固連，量測3個偏移分量至厘米;

(2)作業時，GPS采樣頻率設置為2 Hz;

(3)機載數據需連續不間斷，起飛前 15 min開機，飛行結束 15 min后關機;相機曝光脈沖記錄不得遺漏;

(4)采用精密星歷，解算每一曝光點的3個線元素之相對坐標。

本測區共飛行10條航線，其中8條測圖航線，2條交叉航線，346張格式為TIF文件的航攝影像數據。平均地面分辨率小于 10 cm。航向重疊61%～70%，旁向重疊平均35%。影像清晰、層次豐富、反差適中、色調均勻，相同地物的色彩基本一致。無漏洞。

3 像片控制測量與空三加密

3.1 像片控制測量

與常規航空攝影相比，本次航攝使用的是中幅面像幅相機，如果按現行規范要求布設像控點，則像控點的數量和像控點聯測工作量非常大。為此按下列方式布設像控點。

(1)當交叉航線覆蓋完整時，測區每子區選刺4個平高控制點;當交叉航線覆蓋不完整，在子區端布設平高控制點和高程控制點。

(2)像控點布設在交叉航線與子區最外兩條測圖航線交叉中間部分，如果滿足不了條件，可布設高程控制點，并在左右10條基線內選擇平高控制點彌補。布點略圖如圖1所示。

(3)測區每子區均勻選刺不少于10個平高碎部檢查點，以檢測和評價機載GPS輔助空中三角測量精度。

圖1 有交叉航線的機載GPS輔助航空攝影區域網布點圖

像控點采用網絡RTK測量。

在測量像控點和平高碎部檢查點的同時，對照航攝索引圖均勻測量部分高程碎部點，供內業數據采集時，高程修正使用。

3.2 空三加密

空三加密前應先設計好加密區域，一般同外業布點區域，必要時可合并相鄰區域進行統一平差，減少加密接邊，提高整體精度。

加密選點前先對航攝像片自動進行內定向，需要使用焦距、像素大小、像素行數/列數、像素值參考位置等航攝儀鑒定資料以及坐標系統方向等自動內定向。內定向后進行像片加密點選點，然后相對定向。

空三模型連接點采用機載GPS輔助空三軟件嚴格按照攝影測量原理進行內業加密點的自動選取以及測圖航線與交叉航線之間的精密轉點。確保6個標準點位模型連接點的充足性，當標準點位缺少模型連接點時，必須手工添加，自動匹配，補齊標準點位點。

內業加密點由軟件自動編號。測圖航線模型連接點與交叉航線轉點完成后，交叉航線標準點位模型連接必須補充完整。

內業加密點滿足6個標準點位完整的情況下，其余的模型連接點，一般在100以內為宜。

本測區共分4個子區進行加密。區域網平差計算采用機載GPS輔助空三平差軟件WuCaps。區域網平差計算精度統計如表1所示。

區域網平差計算精度統計表 表1

本測區共設置56個保密檢查點，區域網平差計算成果與外業測量成果進行比對，較差全部小于規范(程)規定的限差要求，經統計，檢查點不符值中誤差平面位置為 ±0.074 m，高程為 ±0.106 m。不符值統計如表2所示。

區域網平差計算檢查點不符值統計表 表2

從平差結果看，采用交叉航線的方式航攝，使用機載GPS輔助空三平差軟件WuCaps進行平差計算，使成果精度更可靠。同時也減少了攝影測量空三加密對地面控制點的依賴。

4 1∶1 000地形圖數據采集

采用VirtuoZo全數字攝影測量工作站進行立體數字測圖。在全數字攝影測量工作站上，將空三加密數據導入，自動恢復大地模型，全要素采集地形、地物要素。

由于本次航攝的地面分辨率較高(GSD＜10 cm)，內業數據采集能判別地物性質的地物，如:房屋的性質、結構和層數，各種架空管線的性質和走向，溝塘水面等全部在圖中標注地物的屬性，盡量減少下道工序的工作量。

采集高程注記點和等高線時，比對外業實測的高程碎部點，進行高程修正，提高高程精度。

對于隱蔽、遮擋地物，凡影像清楚的部分均要采集，以方便外業利用其定位，同時在對應的位置作醒目標記，提醒外業補調。

5 外業調繪與數據編輯

5.1 外業調繪

對照航測原圖，調注地理名稱、屋檐尺寸、地物性質及植被，按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》規定符號在圖上標注。

對于內業無法采集的隱蔽、遮擋地物，根據周邊明顯地物，采用交會法、截距法或直角關系等方法進行補測。

為提高高程精度，外業調繪時逐幅對非硬化區域的大塊平地、平坦區域的農田均勻實測部分高程點，點位盡量選在內業測注的同名點上，分布均勻，以便內業對高程進行二次修正。

對于硬化鋪裝地面，高程注記點外業實測。

5.2 數據編輯

地形圖數據格式采用AutoCAD的DWG格式，數據編輯使用南方CASS軟件。數據分層、屬性代碼隨軟件。

數據編輯的主要工作是屋檐改正，套合外業補測數據，對照外業實測的高程點，對航內采集的高程進行二次修正。按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》要求配置符號、注記文字，賦地形圖中各要素的屬性值，按規定的要求進行圖外整飾等工作。

項目結束后，對項目成果進行了全面的檢查，重點檢查了地形圖的數學精度，為此外業隨機設站，共檢測地物點231點、高程點183點，巡視丈量地物點間距263條邊，檢測值與成果值比較計算得:地物點點位中誤差±0.23 m(允許±0.50 m)，臨近地物間距中誤差±0.21 m(允許±0.40 m)，硬化鋪裝地面高程中誤差±0.13 m(設計書規定 ±0.15 m)、非鋪裝地面高程中誤差±0.19 m(設計書規定 ±0.20 m)。地形圖數學精度達到規范和設計書規定的要求。

6 結語

低空攝影測量的優點眾所周知，但其缺點也非常明顯，尤其是拍攝的航攝像片幅面偏小、旋偏角大、航線彎曲度大，像片重疊度也不規范，這給空三加密帶來了困難，如按現行規范布設外業像控點，野外測量工作量則會非常大，因而無法顯現低空攝影測量優勢。

本項目如按現行《城市測量規范》“平高(高程)控制點間基線數≤8”要求，至少需要布設43個平高(高程)控制點，按交叉航線方式布設航線，進行機載GPS輔助航空攝影，采用有交叉航線的機載GPS輔助航空攝影區域網布點，空三加密區域網絕對定向僅使用平高控制點23個，減少像控點外業測量工作量近一半，降低了生產成本，且成圖質量滿足規范要求，縮短了工期，成效明顯，應用前景廣闊。

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