數(shù)字化測繪及數(shù)據(jù)整理實施方案的構(gòu)建與研究

劉 五 周

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000)

1 概述

在科技飛速運轉(zhuǎn)的現(xiàn)在，數(shù)字化測繪對于航空航天相關(guān)領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在航空攝影測量技術(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)庫系統(tǒng)中，方便人員和機構(gòu)獲取地理信息[2-4]。這一技術(shù)在實際的生產(chǎn)生活中起到了重要的作用。

2 數(shù)字化測繪實施方案構(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GPS控制點為起算依據(jù)，從而布置測區(qū)的圖根控制網(wǎng)；利用無人機航攝系統(tǒng)對研究區(qū)進行航空攝影測量，通過網(wǎng)絡RTK進行外業(yè)像控點測量，內(nèi)業(yè)通過區(qū)域網(wǎng)空三加密創(chuàng)立立體模型后進行DLG數(shù)據(jù)采集及DOM制作；同時外業(yè)經(jīng)實地調(diào)繪、補測對內(nèi)業(yè)采集的DLG進行補充測量；內(nèi)業(yè)進行編輯整理并經(jīng)過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程檢查和最終檢查后，按要求進行成果資料整理。

2.1 航空攝影測繪

2.1.1任務內(nèi)容

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

2.1.2圖根控制測量

本研究圖根控制測量采用網(wǎng)絡RTK方式完成，共布設圖根控制點70個。點位埋設滿足后續(xù)地形圖修補測量需要，南部建筑密集區(qū)點位密度大，北部丘陵地物隨道路情況和地形情況適當布設，點位成對出現(xiàn)并相互通視[5]。

觀測成果需要進行內(nèi)外業(yè)檢測，內(nèi)業(yè)成果需要對總點數(shù)依次檢查，外業(yè)成果的檢查應不少于總點數(shù)10%，平面坐標外業(yè)檢測采取相應等級全站儀測量邊長的方式進行，邊長較差的相對誤差不大于1/3 000，高程檢測采用相應等級三角高程測量方法進行，高差較差不大于1/7基本等高距[6-8]。本研究共實地檢核圖根控制點13個，邊長較差的相對誤差最大為1/4 215，高差較差最大為3.1 cm，均滿足上述規(guī)定，檢測點均勻分布測區(qū)。

2.1.3航空攝影設計

本研究航攝地面分辨率為0.08 m。項目區(qū)平均最高海拔211 m，平均最低海拔83 m，攝影基準面高程147 m。攝影相對航高為820 m。測區(qū)范圍內(nèi)大部分屬于丘陵或低山區(qū)，但相對高差不大，因此航攝按照同一航高統(tǒng)一布置航線，沒有進行分區(qū)航攝。同時因為地表林木和高樓大廈等建筑物的陰影會使得航拍影像成圖效果差，為使航拍影像可以更好地表達地面的詳細信息，攝影時間一般為11:00～13:40，陰影倍數(shù)小于1.5。航空攝影邊界超出項目區(qū)邊界300 m，項目區(qū)完全覆蓋，無產(chǎn)生攝影漏洞。

2.1.4像控點布設

本研究采取區(qū)域網(wǎng)法布設像控點，具體布設方案為：每條航帶兩頭各布設一個平高控制點，從首條航線起每間隔1條航線，隔5條～6條基線設置一個平高控制點。項目共施測平高控制點245個，見圖1。

2.1.5檢查像控點設置

本研究采用網(wǎng)絡RTK測量方式聯(lián)測像控點平面和高程，利用測區(qū)周圍已有的D,E級GPS點求取測量參數(shù)，其點的分布均勻并能控制測圖范圍，共布設像控點245個，外業(yè)實地檢查42個，檢核像控點相對鄰近平面控制點的平面位置中誤差為0.026 m，高程相對于鄰近高程控制點的高程中誤差為0.035 m。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1空中三角測量

首先是數(shù)據(jù)準備階段，搜集、整理測區(qū)航攝資料，通過畸變處理軟件對像片進行畸變處理，然后創(chuàng)建加密分區(qū)inf信息文件，建立加密控制點文件等[9]。其次選擇模型加密點，在區(qū)域范圍進行航線自動匹配建立自由網(wǎng)，并經(jīng)由自動匹配或者人工選擇模型連接點來進行航線內(nèi)的模型連接，同時進行航線之間的模型連接。然后根據(jù)外業(yè)測量所得的像控點成果，對區(qū)域四周外業(yè)控制點進行準確轉(zhuǎn)刺加密，對于特殊區(qū)域如攝區(qū)邊界以及水邊標準點較少的地方增加了標準點。通過對整個測區(qū)進行平差處理，檢驗其定向點的殘差，通過人工修測超限的定向點，并重新計算平差，循環(huán)往復，最終使其全部在規(guī)定的限差之內(nèi)即可輸出加密成果。

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

相對定向自動匹配：計算相對定向后，通過手動對粗差點剔除[11]。相對定向精度不大于0.005 mm。基本定向點殘差不大于0.005 mm，多余點一般不大于0.015 mm，最大不大于0.020 mm。

最后是對質(zhì)量及精度進行評定，內(nèi)業(yè)空三加密的作業(yè)方法合理，設置正確的精度指標，保證區(qū)域網(wǎng)間公共點接邊，同時使平面和高程較差在限差規(guī)定的要求之內(nèi)。具體加密點精度統(tǒng)計如表1所示。

表1 加密點精度統(tǒng)計表

2.2.2DLG采集及數(shù)字正射影像圖制作

本研究采用無人機航空攝影，立體影像清晰，用測標中心切準地物外輪廓線，定位點按規(guī)定圖層及符號準確繪出，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標準分幅正射影像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，按照圖幅號對DOM數(shù)據(jù)進行命名，見圖2。

利用空三及DLG成果，生成TIN，并利用航天遠景航空攝影測量工作站軟件生成了DEM，并對DEM進行平滑過濾；在此基礎(chǔ)上，采用航天遠景對原始影像進行數(shù)字微分糾正和影像重采樣，生成單模型DOM；利用無縫鑲嵌技術(shù)，鑲嵌單片正射影像，同時選擇鑲嵌線的時候，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，然后裁切為標準分幅正射影像；按50 cm×50 cm標準分幅進行裁切，1∶2 000比例尺圖幅影像輸出地面分辨率為0.15 m；采用無縫拼接技術(shù)，將1∶2 000標準分幅正攝影像進行拼接，并降低分辨率為0.35 m輸出。

2.2.3外業(yè)補測及最終成圖

外業(yè)調(diào)繪的主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面：

1)內(nèi)業(yè)采集精度檢驗；

2)對圖中以及內(nèi)業(yè)采集過程中遺漏的地物進行補調(diào)和修正；

3)對房屋層數(shù)和房屋性質(zhì)進行調(diào)注，大于0.2 m的房檐量注；

4)對內(nèi)業(yè)采集階段的遺留問題進行實地核實。

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

3 結(jié)語

現(xiàn)階段應用于測繪工作中的現(xiàn)代數(shù)字化地圖測繪技術(shù)中，數(shù)字化航空攝影測量技術(shù)愈加成熟，此項技術(shù)可利用無人機來完成高空測繪工作，具有靈活、機動、成本低等特點[13]。本文針對信陽市南灣湖風景區(qū)進行了數(shù)字化測繪及數(shù)據(jù)整理實施方案的構(gòu)建，在獲取航拍像片后進行一系列數(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)精準測繪，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)字化測繪技術(shù)在城市規(guī)劃等領(lǐng)域的應用方案構(gòu)建提供堅實的理論基礎(chǔ)。