天地圖“公眾版”底圖數據更新應用研究

摘 要：天地圖“公眾版”中的底圖數據更新工作一般采用航拍方式完成。然而，對于小規模的高清底圖數據更新過程來說，航拍成本無疑是太高了。航拍飛行器恰恰能夠滿足底圖數據更新工作小規模更新所要求的實時性天地圖“公眾版”底圖數據更新需求，能夠滿足1：500高精度測繪的需求，能夠滿足城市測繪基礎數據更新低成本和高可用性的需求。

關鍵詞：無人遙感；底圖數據更新工作；天地圖；基礎地理信息框架

天地圖“公眾版”作為國家地理公共服務平臺，已經在全國30多個省、自治區和直轄市中的上百座城市相繼建成。可以毫不夸張地講，隨著國家地區經濟的快速發展，城市地形、地貌每天都在發生著變化，這就要求天地圖“公眾版”中的底圖數據更新工作必須不斷地保持定期數據更新。假如底圖數據更新工作數據更新不及時機會導致系統的實用性大打折扣。

一、航拍飛行器在天地圖系統中的應用

航拍飛行器作為高清測繪的一個新的技術手段已經被各國專家和工程技術人員所接受，并被廣泛應用于測繪行業。在底圖數據更新工作更新過程中，航拍飛行器以其成本低、氣象條件要求少、實時性等特色占據了天地圖“公眾版”1：500高精度測繪數據更新技術手段的重要位置。航拍飛行器能夠彌補傳統地圖測繪方法在小規模測繪過程中獲得的數據清晰度不高、比例尺難以滿足實際需求、低現勢性等問題，能夠很好地實現對于線性地理信息測繪對象的拍攝。該技術在工程應用中的優勢包括：與航拍方式相比，無人駕駛航拍飛行器能夠實現拍攝場地的靈活選取，能夠在幾乎任何場地實現升降操作，能夠在空中懸停并智能化地從多個角度拍攝關注度較高的任意地上物。

二、航拍飛行器獲取的更新數據的圖像拼接

航拍飛行器獲取的更新數據的圖像拼接重點包括四個方面：首先，完成底圖數據更新工作更新圖像信息采集工作；其次，完成底圖數據更新工作更新圖像幾何校正工作；再次，完成底圖數據更新工作更新圖像預處理工作；最后，完成底圖數據更新工作更新圖像融合工作。

（一）底圖數據更新工作圖像更新問題

航拍飛行器的弊端在于航拍過程所獲得的圖像信息都有一定的幾何形變。這種幾何形變產生的原因有很多，例如無線遙感拍攝過程中飛行高度誤差、拍攝攝像頭位置偏移、拍攝視角不一致、大氣氣流的影響等等。這些因素導致地理信息采集對象反映的數據與真實的形狀和位置有一定的偏差。這就需要采用圖像拼接的技術手段來彌補這部分的不足。

（二）底圖數據更新工作幾何校正問題

底圖數據更新工作更新圖像的幾何校正的目的在于將采集到的產生幾何形變的原始數據通過一定的轉化方式，變為符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。這個過程可以簡單地描述為：一是設計能夠滿足幾何投影和坐標落圖要求的數學模型；二是根據現有的相鄰圖幅信息（例如，相對坐標位置）建立新的模型參數；三是根據圖像空間變換坐標大致確定圖像所在區域，找到合適的圖像變換函數和矯正函數；四是利用灰度插入值實現逐點逆變換。

（三）底圖數據更新工作預處理問題

底圖數據更新工作更新圖像預處理的主要技術手段包括：灰度校正、圖像平滑和圖像銳化、噪聲過濾等方式和方法。通過以上復雜的方法就是為了完成這個過程的核心步驟：圖像匹配。利用相關算法實現相似圖像之間的致點的選取。

底圖數據更新工作更新圖像預處理常采用的方法包括：相位相關法、基于邊緣的匹配法和基于圖像區域的匹配法。面對小規模的重合度較高的圖像預處理采用相位相關法就比較實用。該方法采用的是改進的傅立葉變換算法，通過變換算法將圖像置于相同的相對坐標系之下，并通過旋轉矢量方式計算不同圖幅之間的相對平移量。基于邊緣匹配的方式一般適合于能夠提取到邊緣算法的圖像。基于圖像區域的匹配要求必須滿足能夠獲取到區域面積、區域邊緣、區域特征值等關鍵信息的待處理的圖像。

（四）底圖數據更新工作融合問題

底圖數據更新工作更新圖像融合不僅僅是要找出科學的圖像縫合位置，而是要從改變圖像信息入手，依據兩圖像本身的內容信息，經過圖像融合的操作而產生新的圖像內容。此圖像內容將具有兩相鄰圖像在過渡區重疊部分的圖像特征，卻能讓兩相鄰圖像看起來是自然地接合成一張拼接圖像。所以圖像混合的操作，要將相鄰圖像在縫合線附近提高圖像轉變的平滑程度，并且還要在過渡區中同時保留兩張像在重疊部分的圖像特征。

三、航拍飛行器在底圖數據更新工作更新應用前景

使用航拍飛行器進行天地圖“公眾版”底圖數據更新工作地圖更新工作具有廣闊的應用前景。雖然更新成果的原始數據是一組微小型無人駕駛航拍飛行器拍到的地面照片，且存在一定的幾何畸變，然而相機鏡頭畸變幾何模型和所拍攝照片對應的無人駕駛航拍飛行器姿態數據，可以通過建立畸變校正方程，對照片進行幾何校正和處理。處理的結果完全可以滿足對地面的小面積底圖數據更新工作更新的應用和研究工作。

四、結語

天地圖“公眾版”作為數字城市平臺建設的重要組成部分，能否完善底圖數據更新工作的更新速度決定了基礎地理信息框架對社會服務的質量的高低。

對于小規模的高清底圖數據更新過程來說，航拍飛行器的優勢在于：

一是滿足了底圖數據更新工作小規模更新所要求的實時性天地圖“公眾版”底圖數據更新需求；

二是滿足了底圖數據更新工作數據更新對于1：500高精度測繪的需求；

三是滿足城市測繪基礎數據更新低成本和高可用性的需求。

航拍飛行器獲取的底圖數據更新工作更新數據的核心工作在于圖像拼接。拼接工作一般包括如下四部分內容：底圖數據更新工作更新圖像信息采集、底圖數據更新工作更新圖像幾何校正、底圖數據更新工作更新圖像預處理以及底圖數據更新工作更新圖像融合。

參考文獻：

[1] 郭娟.一體化測繪技術在城市基礎地理信息數據更新中的應用[J].科技展望，2016，21：162.

[2] 劉湘媛，岳小松.地籍測繪成果在基礎地理信息數據更新中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2015，02：194-195.

作者簡介：

張明昭（1982-），男，滿族，河北承德人，碩士，測繪工程師，研究方向測繪與地籍管理。