航空攝影測量在數字化測圖中的應用

李璇瓊 熊啟源 何應鵬

摘? 要：數字化測圖是獲取地理信息的重要手段。隨著科技的發展，航空攝影測量技術在數字化測圖領域應用越來越廣泛。該文介紹了利用航測軟件Double Grid軟件進行空三處理、DEM、DOM、DLG生成的具體過程。并從時間、精度、外界干擾等方面與RTK測圖結果進行優劣對比，證明了航空攝影測量技術在數字測圖應用中精度能滿足要求，測圖效率上遠遠超過RTK測圖，受外界干擾小，具有可行性。

關鍵詞：數字化測圖? 攝影測量 GPS-RTK? DLG

Abstract：Digital mapping is an important method to obtain geographic information. With the development of technology， aerial photogrammetry has been applied widely in digital mapping. This paper introduces the generation process of numerical triangulation， DEM， DOM and DLG with Double Grid. Based on the comparison with RTK mapping in time， precision and interference， it is proved that the precision of aerial photogrammetry can meet the requirements in the application of digital mapping and it can be more efficient than RTK mapping. Meanwhile it is feasible with little external interference.

Key Words： Digital mapping; Photogrammetry; GPS-RTK; DLG

隨著航空攝影測量技術的不斷發展，在數字化測圖方法得到了廣泛應用，其外業時間短，操作簡單，具有高效、靈活的優勢，并克服了以往全站儀、GPS-RTK等數字化測圖所需要的人員要求及嚴苛的作業條件。使其在數字化測圖領域有獨特的優勢[1-3]。

該文以云南交通職業技術學院為例，通過無人機所獲取的航測影像，完成拼接與空三矯正及DEM（數字高程模型）、DOM（數字正射影像）生產和DLG（數字線劃地圖）的繪制，并與RTK數字化測圖進行對比分析，論證了航空攝影測量技術在數字化測圖中的應用可行性以及創新性。

1? 航空攝影測量測圖基本方法

航空攝影測量指在在航空器上搭載攝像機，獲取測區像片，結合地面控制點進行地形圖的繪制。航空攝影測量作業一般分為外業與內業，其中外業作業內容有：（1）相控測量;（2）對測區影像進行采集。內業作業內容有：（1）空三加密;（2）DEM處理;（3）DOM處理;（4）數字化測圖。具體流程見圖1。

2? 測區特點

測區云南交通職業技術學院院處于山地丘陵地段，即中間高、四周低，其占地面積大、地形高低起伏大、植被多樣，于高海拔地帶。測區數字正射影像見圖2。

3? 航空攝影測量數字化測圖流程

該項目中使用Double Grid平民化攝影測量后處理軟件進行影像處理并繪制DLG，其主要步驟包括4個部分：空三制作、DEM制作、DOM制作、DLG制作。

3.1 空三制作

空中三角測量利用地面已知控制點計算測區中所有影像的外方位元素和加密點坐標，從而獲得測區任意點的絕對坐標。空中三角測量是攝影測量中至關重要的工序，空三精度直接影響影像生產成果質量和精度[4-8]。

該文使用Double Grid處理軟件進行空三制作，引入控制點后在TMAtEdit界面，選擇處理中的匹配連接點，根據在外業采集的控制點影像，在影像面中找到控制點的位置，調出精調界面，精細地調整控制點點位到正確位置，具體見圖3。啟動平差軟件ibundle進行平差，報告見圖4。平面精度誤差dx和dy要求小于0.3，高程dz要求小于0.5。若精度不滿足規范要求則需要重新進行空三制作，直至滿足規范要求。最后輸出方位元素。

根據空三報告可以得知X單誤差最大為-0.112 2，Y單誤差最大為0.091 5，平面位置中誤差最大為0.114 7，高程中誤差最大為0.260 5。根據空中三角測量精度規范（GB/T 23236-2009），其空三精度滿足航測要求[9-10]。

3.2 DEM制作

數字高程模型DEM是用離散的帶屬性值的格網來表示地面高程的一種模型。使用Double Grid處理軟件進行DEM制作主要帶上立體眼鏡后通過平滑、無效區、濾波，點擊確定功能進行。平滑是針對地面上突然飛起的等高線，橫向內插針對選擇區域的左右側高程點在地上，縱向內插針對選擇區域的上下側高程在地上，量測點內插針對把選擇的區域的高程壓在地面。所有圖片的DEM編輯完后查看各個控制點的高程誤差是否超限即dz<0.7，若滿足要求則關閉進行下一步操作，若不滿足則返回dem編輯重新對不合格的地方進行編輯。DEM成果命名應符合CH/T 1005的規定，DEM的質量檢驗要求符合GB/T 18316的規定。

3.3 DOM制作

DOM數字正射影像是利用DEM處理后的數字化的航空像片，經過逐個像元進行投影差改正，再進行影像鑲嵌，根據圖幅范圍進行裁剪生成影像數據。

使用Double Grid處理軟件進行DOM制作流程如下：選擇所有DOM影像后生成拼接線，選擇編輯拼接線（注即拼接線不能穿過房屋，不能相交，不能重合）[11-12]。保存后輸出拼接影像見圖6。

3.4 DLG制作

數字線劃地圖（DLG）是空間數據庫中的一類數據形式，數字線劃地圖是一種方便查詢坐標及屬性，并能夠在地圖上進行量測的地圖。DLG與相同比例尺地形圖相比較，在地圖內容、精度、坐標系統等都與之一致。DLG因為是矢量數據，所以方便傳輸且可以隨時修改，應用領域十分廣泛[13-16]。

使用Double Grid處理軟件進行DLG制作流程如下。

佩戴好立體眼鏡后，選擇測區后雙擊影像即可進行DLG繪制。用鼠標滾輪調整測標高程，選擇正確的符號采集地物地貌，選擇一般高程點符號，量取指定位置高程，完成地物地貌的采集。一般房屋從高向低畫。采集過程見圖7，繪制結果見圖8。

4? 航空攝影測量與RTK成果比較分析

將航空攝影測量所生產出的DLG與傳統作業的GPS-RTK所進行的數字化測圖成果進行比較，具體見圖9。可以發現其都具備在勘察、規劃設計等領域的要求。但更大的區別是在其數據采集與數據處理之中以及各應用領域的不同。在相同測區，通過對RTK測圖與航空攝影測量測圖的工作時間、點位精度、控制點依賴程度、外界因素影響等進行對比分析如下。

（1）工作時間分析采用對內業時間對比與外業時間對比見圖9。可知采用無人機進行航空攝影測量的效率更高，時間優勢明顯。

（2）通過實際驗證無人機航空攝影測量與RTK測圖點的精度，生成圖10。顯示兩者誤差都控制在20 cm之內，在測圖中都具有可行性。但RTK的精度更高。

（3）控制點依賴程度分析指無人機測圖與RTK測圖在坐標系校正時所依賴的控制點最少個數具體見圖11。證明航空攝影測量所需控制點較多。

（4）外界因素影響主要包括天氣因素、衛星信號因素、物體干擾信號影響、人為操作影響因素等方面。

無人機數字化測圖作業時，天氣因素主要體現在雨天和陰天的影響，雨天無法進行操作作業，陰天采集數據質量較差。物體干擾信號因素在無人機測圖時遇到可能性較小。人為操作影響在無人機測圖中主要表現在起飛前對航帶信息以及航片重疊度等的設置上，在采集過程中人為不需要進行操作，因此人為影響因素較小。

RTK數字化測圖作業時，RTK測圖作業具有全天候的能力，即使在雨天防水措施足夠好也能進行測圖作業，但精度會造成一定的影響。物體干擾信號在RTK測圖中影響也較大。人為操作影響在RTK測圖中主要體現在采集過程中，對信號強度的判別以及對桿的水平穩定性都能對采集數據精度造成影響。

通過分析得出，航空攝影測量作業不受太多因素的影響（例如作業范圍、信號強度等），運行成本低，在數據采集中具有高效、快速、靈活等優勢。但相對于RTK作業，航空攝影測量技術無人機續航能力較差，在數據處理中需要更強的專業操作能力，航測數據處理軟件還不夠特別成熟，精度相比于RTK精度較差。

5? 結語

該文利用航空攝影測量軟件Double Grid對測區云南交通職業技術學院進行解析空中三角測量、DEM、DOM、DLG生成，完成了數字化測圖。并從測圖時間、精度、控制點依賴程度、天氣因素、衛星信號因素、物體干擾信號影響等方面對無人機航空攝影測量數字化測圖與RTK測圖進行對比分析，通過實踐證明，航空攝影測量是一種高效、靈活的測繪手段，在數字化測圖領域中依然有著非常大的發展空間。

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