基于DPC與TDOM繪制大比例尺地形圖可行性研究

柳躍東，溫象東，董景利

(山東省地質測繪院，山東 濟南 250002)

0 引言

隨著計算機技術、遙感傳感器技術、網路系統技術、航攝平臺技術的快速發展，航空攝影測量已經進入智能化、信息化時代，其產品種類也從傳統的3D(DLG，DOM，DEM)產品擴展為3D+TDOM(True Digital Orthophoto Map)，DPC(Dense Point Clouds)；數據處理更自動、更智能，產品質量更可靠，不僅提高了地理信息更新速度，也減少了地理信息更新的成本。

航空攝影測量從模擬、解析到數字攝影測量，由人工測圖發展到計算機輔助測圖，攝影測量獲得了前所未有的發展與進步。但是，DLG的繪制方法本質變化不大，仍然通過空中三角測量、建立立體模型、立體測圖來實現DLG的繪制[1]。

眾所周知，DLG是GIS的重要組成部分，航空攝影測量為其主要生產手段，因此，更多地理信息專家與學者密切關注航空攝影測量繪制DLG技術。由于計算機的發展，特別是多核多CPU的發展，推動攝影測量數據處理能力的提高，空中三角測量、點云與正射影像生產自動化程度得到極大提高，提出了針對三維立體模型與DLG數據采集的分離問題，提出基于密集點云與正射影像生產DLG的可能性問題，破除從左到右的立體測圖的觀念；打破三維立體模型重建與攝影測量測圖分割；打破過去單臺計算機、單核、單模型測圖再接邊的效率低下、工序繁多的模式[2-3]。

1 低空無人機攝影測量系統

低空無人機系統由低空航攝平臺、遙感傳感器系統、飛行控制系統、遙控系統、地面站監控系統、數據處理系統組成[4-5]。該系統按照項目要求進行航線設計，自動航空攝影，遙感數據預處理、空三加密，生成DEM，DOM和DCP。采用高頻率、高精度GPS實時差分技術，在航控攝影測量中不需要外業布設像片控制點[6]。

2 項目實驗

2.1 實驗區選取

受濟南市規劃局的委托，山東省地質測繪院對濟南市臨空經濟示范區進行1∶500比例尺地形圖測繪工作。由于項目范圍內植被覆蓋率較高(約為65%)，實施時正值炎熱夏季，且項目位置在濟南遙墻國際機場周邊，因此實施難度較大。為保證產品質量，決定采用低空無人機攝影測量，密集點云、正射影像與外業檢核相結合的方法進行地形圖測繪。

2.2 實驗區情況

2.2.1 自然地理概況

試驗區位于濟南市歷城區，濟南遙墻國際機場周邊，屬平原地區，地勢平坦，最高海拔30m，最低海拔21m。交通較為便利，內有機場路、S321等主要交通干道，試驗區內已經實現村村通公路。實驗區位于北暖溫帶，具有鮮明的半濕潤季風氣候特點，四季分明，降水多集中在6—8月份，年降水量583.3mm。實驗期正值高溫多雨時節，天氣因素對無人機航攝及安全有一定的影響。實驗區內除村莊建筑區外，主要是耕地、林地、園地。

2.2.2 試驗區范圍

試驗區東西約8.5km，南北約5.5km，西至黃河，北至羅家村、東安村，東至徐家村，南至宋家村、北柴村,面積約40km2(圖1)。

圖1 試驗區范圍及航攝分區

2.3 低空攝影

2.3.1 航攝分區及航線設計

實驗區形狀不夠規則，根據無人機每架次航攝時間及有效航攝面積，劃分了39個航攝分區(圖1)。航向重疊度為80%，旁向重疊度70%，地面分辨率為3cm[7]。

2.3.2 航空攝影情況

航空攝影自2016年6月15開始至2016年7月10日結束。航攝相片18850張，相幅大小為4896×3264pixel，相機參數f=18cm，像素大小為4.6μm，影像清晰、反差適中、色調柔和、色彩平衡[8]。

2.4 影像處理及平面精度

將無人機所攝影像數據及POS數據導入數據處理軟件(Agisoft photoscan professional)，設置好坐標系統、投影方法、數據處理精度，選擇生成產品種類、格式，運行數據處理即可。影像處理分架次處理，產品種類主要有密集點云、TDOM，DEM，DSM。利用易拼圖(EPT)對TDOM進行鑲嵌、分幅[9]。TDOM位置精度檢查采用GPS-RTK(網絡模式)，采集明顯地物點、特征點共242個，數據采集時RTK為穩定的固定解狀態[10]。將檢核數據與TDOM中對應地物點平面位置坐標數據進行統計、比較，計算出TDOM平面位置中誤差為0.11m，滿足設計要求(表1)。

表1 TDOM平面位置誤差統計

2.5 地形圖測繪

2.5.1 測繪方法

地形圖繪制利用TDOM，在EPS繪圖軟件中進行矢量化，其內容主要有道路及道路附屬設施、河流及橋梁、建筑物及構筑物、溝坎、地類范圍界、線桿、路燈等能夠辨認的各類地物。高程數據采集主要從點云中篩選出正確的高程數據，展繪到線劃圖中。由于試驗區植被的覆蓋度較高，嚴重影響到點云數據的精度，因此在植被覆蓋區域采用全站儀實測部分高程，作為篩選正確高程的參考。

2.5.2 地形圖精度

地形圖精度檢查方法與TDOM精度檢查方法相同；平面檢查共210個點，DLG平面位置中誤差為0.17m；高程檢查共149個點、高程中誤差為0.20m，滿足設計要求(表2、表3)。

表2 DLG平面精度統計

表3 DLG高程精度統計

3 結論

(1)實驗打破三維立體模型重建與攝影測量立體測圖的分割，實現了利用密集點云與正射影像繪制大比例尺地形圖的設想。不再使用立體眼鏡，在三維立體模型上進行DLG矢量化；減少了作業人員的勞動強度。但是，利用TDOM與密集點云進行地形圖繪制要求作業人員具有較高的地形圖繪制素質，豐富的外業經驗。植被覆蓋密集區域對點云精度的影響和對地面高程精度的影響較大，在這些區域，還需采用全站儀實測地物與高程。在我國北方深秋、冬季、春季采用該辦法比較合適。

(2)實驗條件有一定的局限性，試驗區地形為平地，起伏較小，在丘陵和山地等起伏較大的地形能否適用還需驗證。無人機低空攝影測量需要高配數據處理器，以提高影像數據處理能力。

(3)采用本方法進行DLG生產，需要采集一定量的檢核數據，對TDOM及DPC的精度進行檢查，以確保DLG數據質量。