基于航攝數據的大比例尺測圖應用研究

曹　茜，婁　偉

（山東元鴻勘測規劃設計有限公司，山東濟南250000）

基于航攝數據的大比例尺測圖應用研究

曹茜*，婁偉

（山東元鴻勘測規劃設計有限公司，山東濟南250000）

在簡要闡述航空攝影測量的理論方法、流程及特點的基礎上，以山東省德州市航攝數據為例，結合外業控制點對原始航片數據進行空三加密、立體采集等處理，獲得該項目區的大比例尺線劃圖（DLG）及正射影像圖（DOM），并結合野外實測數據對成果進行精度評價，結果表明無人機攝影測量技術在大比例尺測圖具有較高的時效性、適用性與推廣能力。

無人機航攝系統；空三加密；數字成圖；DLG；DOM

隨著信息技術、數字圖像處理、模式識別、人工智能及專家系統等學科與技術在測繪領域中的廣泛應用，近年來新技術新方法層出不窮。攝影測量也逐步經過模擬攝影測量、解析攝影測量階段，全面進入到數字攝影測量的階段，其數據獲取手段、數據分析方法與技術、輸出產品多樣性及時效性等方面得到了極大地提升。科學技術與社會需求的迅速發展導致傳統測量技術已無法滿足現今多領域多元化的需要。

1　方法

無人駕駛飛機簡稱無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），是一種利用無線電遙控設備和自備程序來進行控制裝置操縱的無人駕駛航空器。它以無人駕駛飛行器為飛行平臺，負載數碼相機、數碼攝錄機等數字遙感設備進行拍攝和記錄，通過遙感數據處理技術進行影像的同步傳輸，以實現對地理信息的實時調查與監測［1］。作為一種新型的應用型技術，無人機航攝系統具有視角廣、精度高、成本低、效率高等眾多優勢，在地籍測量、公路測設、城市建設規劃等領域得到廣泛應用［2］。

攝影測量是從非接觸成像系統，通過記錄、量測、分析與表達等處理，獲取地球及其環境和其他地物的幾何屬性等可靠信息的工藝、科學與技術［3］。攝影測量科學是一門有著悠久歷史的學科，并且隨著各種科技手段的發展進步，影像采集的法由傳統的膠片式成像模式轉變為目前應用廣泛的數碼成像模式；影像采集平臺也由傳統的穩定的大飛機轉變為無人機。這種技術的進步與發展，不僅使航測影像拍攝工作成本和人工成本大大降低，而且拓寬了數據探測范圍，甚至能夠深入氣候嚴酷的無人區，使得攝影測量的應用領域越來越廣［4］。

采用航空攝影技術進行大比例尺成圖的基本流程如圖1所示：

圖1　航測成圖技術路線

2　實例分析

2.1項目區概況

樂陵市位于山東省西北部，是德州市所轄的一個縣級市。北臨天津濱海新區，東依山東半島城市群，地處環渤海經濟圈與山東半島制造業基地（半島城市群）結合部，北京、天津、濟南經濟龍脈的中心位置，是山東省的北大門和主要進京門戶，素有“齊燕要塞”、“魯冀樞紐”之稱。

該項目區位于樂陵市境內，北緯37°08′19″～37°10′20″，東經117°11′27″～117°12′46″。測區主要為平原地形，地形起伏不大，較為平坦。測區內最大高差約為50m，東西長約1km，南北寬約1km。

2.2外業控制測量

（1）無人機航攝設計。數據采集過程，測區內航線按照東西方向共敷設6條航線（見圖2），航向重疊度為65%，旁向重疊度為35%，航攝比例尺約為1∶4000。本次拍攝采用的相機為Nikon D800，相機焦距為f= 35.872588mm，相對航高約為600m，攝影基線長度約為60m。攝影方式采用定點曝光方式。

圖2　航線設計圖

（2）控制點布點。該項目區地面外業測量采用全站儀作業。為滿足該項目區地形及大比例尺測圖精度規范，在每個區域橫跨四條基線布一個控制點。像控點原則上應選刺在航向及旁向6片重疊范圍內，且布設的控制點在航線間盡量公用。自由圖邊的像控點，應布設在圖廓線以外，以保證滿幅。像控點應選擇在旁向重疊中線附近，且整個項目區控制點的布設原則為：邊緣密布，測區內部均勻布點，從而保證整個項目區的平差及成圖精度。

2.3數據處理分析

（1）空中三角測量。在整個航空攝影測量流程中最為關鍵的是空中三角測量技術，即空中加密技術。空中三角測量主要包括內業數據處理、相對定向、平差計算等主要步驟［5］。進行空三加密的目的在于對影像糾正、高程采集及航測立體測圖提供定向的成果。

該項目區采用武漢航天遠景公司的數碼空中三角測量系統DATMatrix結合外業所測量的控制點，利用空中三角解析測量的原理，完成對內業測圖點進行平差結算。其中，平差采用PATB軟件進行。

調節測區內控制點平差權值與匹配點位置，將測區內爭議點誤差交接到誤差允許范圍內，即低于2像素。最終加密精度滿足項目設計書要求。測區加密點標準差如表1所示。

表1　加密點標準差統計表（單位：m）

（2）DLG數據。MapMatrix系統是航天遠景公司設計的多源信息處理平臺，主要應用于DEM、DOM、DLG等數字成果的生產，具有強大的圖形顯示及編輯功能，和便捷的人機交互處理界面［6］。空三加密后，結合項目設計書要求對測區內主要地物及地貌元素進行分層采集。

（3）DOM數據。數字正射影像圖（DOM，DigitalOrthophoto Map）是對航空（或航天）像片進行數字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數字正射影像集。它是同時具有滿足地圖幾何精度和數字影像特征的圖像［7］。

依據項目區成圖規范與要求，基于空三加密工程設置DEM網格大小，生成DEM。再由相應的單幅DEM經數字微分糾正后輸出DOM，分辨率設置為0.1m。并對DOM進行勻色、鑲嵌等編輯，最終生成該項目區數字正射影像圖。

2.4成果評價

檢查點主要分布在項目區內部，采用全站儀對圍墻角、電桿、房屋角、道路交叉點等特征明顯的地物點進行平面及高程數據采集，并在圖紙上進行標注。將檢查點坐標與成果坐標進行對比計算，得出檢查點誤差與中誤差。見表2。

表2　精度統計表（單位：m）

對比數據分析，平面中誤差及高程中誤差都滿足GB/T 15967-2008《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》要求，且精度滿足項目計劃書要求。

將矢量采集數據與正射影像套合對比發現，兩者套合準確，且無明顯的拉花、拼痕等問題，滿足項目要求。

3　結語

利用無人機機動、快速航攝等特點，使用無人機獲取的高分辨率影像，結合地表布設的一定數量的像控點，完成了進行空三加密處理，實現了在航測數字測圖系統中進行地形圖測繪，隨后結合外業檢測點數據，進行地形圖修測，最終生成了DLG，DOM等主流測繪數據產品。

但是，無人機航攝技術屬于比較新的領域，相關的技術配套、設備、人員到軟件，到相關的技術流程與質量控制想要完全成熟還需要一定的時間。但在國家開放低空空域后，無人機低空遙感技術這項地理信息數據快速獲取技術近年快速發展起來，相信隨著相關技術和方法的逐漸完善，這些問題都會迎刃而解，應用領域將會更加廣泛，前景將會越來越好。

［1］王青山.簡述無人機在遙感技術中的應用［J］.測繪與空間地理信息，2010，33（3）：100-104.

［2］郭輝，李天子，徐克科.基于數字影像的大比例尺測圖［J］.地理空間信息，2006，4（3）：61-63.

［3］王樹根，張劍清，潘勵.攝影測量學［M］.武漢大學出版社，2009.

［4］馬俊.基于GoogleEarth的無人機地面站監控系統［D］.2011.

［5］張國柱，許桂平.城市大比例尺測圖中全數字攝影測量的應用方法［J］.科技信息，2011（5）：34-35.

［6］熊文平，李文杰.淺談MapMatrix系統下DEM和DOM的制作方法［J］.中國新技術新產品，2013（4）：30-31.

［7］郭廣田.無人機航空攝影測量技術制作呼和浩特市回民區1∶2000正射影像圖［J］.內蒙古科技與經濟，2013（8）：91-93.

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A

1004-5716（2016）05-0124-03

2015-04-25

2015-04-29

曹茜（1987-），女（漢族），山東新泰人，助理工程師，現從事無人機航測在實際生產中的研究、管理工作。