新型基礎測繪在地理信息數據更新中的應用
——以中山市為例

吳澤洪

中山市自然資源信息中心 廣東 中山 528403

基礎測繪以促進國民經濟發展為目標，長期為社會各項專業測繪提供基礎地理信息數據。隨著測繪技術的進步以及社會各行業對測繪資料的新需求，構建新型基礎測繪體系已經成為新時代基礎測繪轉型的必由之路[1]。2021年1月，《中山市基礎測繪“十四五”規劃（2021-2025）》經中山市政府批準同意印發，《規劃》提出“十四五”期間要加強全市基礎地理信息數據更新和三維地理信息數據建設，為各級政府、部門在管理和決策中提供準確的基礎地理信息數據支撐。

在這個時代背景下，中山市自然資源局統籌開展中山市新一輪基礎地理信息數據獲取工作，以填補中山市產業平臺范圍內的基礎地理信息數據需求，為各級政府決策、社會經濟發展提供基礎數據支撐。

1 實踐區域概況

中山市是廣東省地級市，珠江口西岸都市圈城市之一。本項目覆蓋范圍主要包括中山市火炬開發區、石岐街道、東區、南區、小欖鎮、古鎮鎮、黃圃鎮、港口鎮、橫欄鎮、大涌鎮、神灣鎮、坦洲鎮、東升鎮、三鄉鎮等地區，具體位置和面積以建設單位提供的位置圖為準，工作面積約784.2km2（見圖1）。

圖1 項目工作范圍

2 項目技術流程設計

2.1 總體技術路線

項目基于直升機平臺，采用傾斜航攝儀和機載激光雷達系統集成的同步數據采集方案，實現一次航飛獲取傾斜影像和LiDAR點云兩套數據。采用空間數據一體化在線協同生產作業云平臺，實現任務和內容協同，基于航飛采集的數據進行傾斜三維實景模型、DEM、DSM、TDOM和1：500地形圖測圖生產。

項目的主要工作內容有：準備工作、像控點布設及測量、航飛數據采集、傾斜攝影實景三維模型、數字高程模型（Digital Elevation Model：DEM）、數字表面模型（Digital Surface Model：DSM）、真正射影像（True Digital Orthophoto Map：TDOM）、1∶500地形圖測圖、傾斜攝影實景單體三維模型成果生產、質量檢查等。

總體技術路線圖如2圖所示。

圖2 總體技術路線

2.2 數據采集

2.2.1 像控點布設測量

通過實地測量驗證，基于中山市連續運行衛星定位城市測量綜合服務系統（ZSCORS可滿足像控點RTK測量要求。采用基于ZSCORS的GNSS-RTK測量方式施測，無需事先進行基礎控制測量，其中像控點精度要求平面位置中誤差不低于5cm，高程中誤差不低于5cm。按照工作范圍及滿足航攝飛行任務和項目成果精度要求，在7 8 4.2 km2的項目作業范圍內，均勻布設像控點，像控點布設密度約5個/km3，并根據現場實際情況進行調整。具體技術流程如圖3所示。

圖3 像控點布設測量流程圖

2.2.2 航飛數據采集

傾斜攝影測量技術是通過墮胎傳感器從不同角度繼續寧采集，快速、高效地獲取豐富的數據信息，從而反映地面的客觀情況，滿足人們對三維信息的需求[2]。本項目采用AS350有人直升機平臺，搭載航圖大師多視角航空攝影儀和Optech Galaxy Prime激光雷達儀進行傾斜攝影和激光雷達數據采集，同時獲取面積約784.2km2區域的傾斜影像和機載LiDAR激光點云數據，實現一次航飛兩套數據的創新性數據采集模式。傾斜航空攝影與機載激光數據一體化全域數據采集流程如圖4所示。

圖4 傾斜航空攝影與機載激光數據一體化全域數據采集技術流程

其中針對傾斜航空攝影工作，項目測區范圍內基準面垂直影像分辨率不低于3cm，高差較大的山區等困難區域可適當放寬，最終成果滿足下視影像地面分辨率優于5cm，784.2km2的傾斜航空攝影五鏡頭影像和同步POS數據。

針對機載激光掃描數據采集工作，與傾斜航空攝影同時，獲取項目測區范圍內平均地面點云密度≥16點/m2，覆蓋面積784.2km2，同時獲取機載POS數據。

2.3 數據處理及成果生產

2.3.1 空三處理

傾斜影像空中三角測量是以傾斜攝影獲取的影像像點的坐標為依據，按照最小二乘法函數，利用少量地面像控點的坐標為平差條件，求解像控點的地面坐標。傾斜影像空三整體流程主要分為影像特征點提取與匹配、構建自由網以及帶控制數據的傾斜影像光束法區域網平差的三個步驟，精確的空三處理結果是進行三維建模的基礎。

本項目采用國產軟件重建大師，支持單張照片1.5億像素，6萬張照片一次性導入，超大數據一次導入，支持可視化在線分割空三區塊，解決單次空三的數據量限制，同時多引擎運行進行空三解算，保證空三穩定通過。同時支持多人在線協同刺點，將單一排他任務變成多人協同任務，線性提高刺點生產效率

2.3.2 實景三維模型生產

傾斜影像實景三維模型生產主要基于軟件進行，主要生產過程包括生產數據準備、數據導入、傾斜數據空三處理、重建框架設置和模型整理、更新修飾，生產滿足質量要求的實景三維模型成果（見圖5）。

圖5 基于傾斜影像數據的三維建模流程

2.3.3 數字表面模型與數字高程模型生產

利用機載LiDAR點云數據，通過激光點云濾波和分類、數據內插等，提取地表點點云和地面點點云，構建數字表面模型DSM和數字高程模型DEM，通過圖幅拼接和裁切、質量檢查等步驟獲取最終DSM、DEM成果（見圖6）。

圖6 DSM、DEM生產流程圖

2.3.4 真正射影像TDOM生產

本項目的真正射影像TDOM以三維模型為基礎進行微分糾正，所有地物都進行了垂直糾正，建筑物等拼接處不會存在明顯的偏差。在模型成果生成完畢以后在軟件中設置參數生產出5cm分辨率的TDOM成果，隨后按鎮街進行裁剪拼接、勻光勻色和成果優化生產出TDOM產品。

2.3.5 1：500地形圖生產

本項目1：500地形圖測繪利用傾斜攝影測圖，基于實景三維模型和LiDAR點云數據，按照協同生產作業的模式開展。基于傾斜攝影實景三維模型進行地形圖數據采集，利用傾斜影像進行前方交會測圖，同時利用航攝階段獲取的高密度機載LiDAR點云數據進行地形圖輔助測圖，極大提高內業測圖的成果豐富度和成圖數據精度，減少外業工作。并搭建智云協作平臺，將傳統的集中測繪轉變為共享經濟模式下的按需測繪、跨域協作測繪，減少人力消耗的同時提高數據整合效率和數據安全性。

2.3.6 實景單體化三維模型生產

實景三維模型實際為一個連續的不規則三角網，難以實現單個建筑模型的查詢、統計、分析等精細化管理和深度應用，通過建筑模型的單體化，可以進一步深化傾斜建模成果的應用。綜合考慮技術要求及應用需求，對任務區全域的建筑邏輯單體化，并對重點區域和重點建設工程竣工驗收范圍進行建筑物理單體化。

建筑邏輯單體化使用前期生產的傾斜攝影實景三維模型和地形圖測圖成果房屋面數據，通過軟件渲染方式實現，不涉及數據生產。通過提前創建場景配置文件，采用LOD快速加載實景三維模型，并在場景中加載房屋面數據，通過數據預處理后進行三維場景渲染，帶年紀生成后的單體化模型可以查詢到相應屬性。

建筑物理單體化采用重建單體化的方式實現，通過人機交互的方法，在傾斜三維模型基礎上進行建筑物的邊界提取、紋理自動匹配和三維模型重構。主要技術流程包括：數據準備、預處理、作業區分塊與工程配置、人機交互建模、紋理自動映射與修編、模型檢查和成果整理。

2.4 數據成果質量檢查及精度評定

項目依照ISO9001∶2015質量管理體系要求，建立了完善的質量管理體系，規定了質量方針、質量目標、質量管理體系要求職責和權限。項目對測繪成果質量控制實行“兩級檢查、一級驗收”制度。數據質量檢查方法包括計算機自動檢查、計算機輔助檢查和人工檢查。計算機自動檢查主要包括數據完整性、必填字段、值域、空間拓撲等，計算機輔助檢查銅鼓人機交互的方式進行，主要包括放大漫游檢查、圖層疊加檢查、數據格式轉換檢查等，人工檢查主要包括資料對比檢查、經驗判斷檢查等。

最終精度評定主要是通過預先設定的技術規范對測繪成果進行檢查評定，最終檢查成果精度滿足相關技術規范要求見表1。

表1 成果精度質量檢查總體情況

3 結束語

本文簡述了中山市利用新型基礎測繪技術對中山市部分鎮街繼續地理信息數據更新的生產過程，同時與傳統測繪技術數據生產進行比較分析，基于新型基礎測繪技術采集、生產數據的優勢明顯，在大幅降低人力和時間成本的同時，提高數據精度，基于新型基礎測繪技術的地理信息數據生產將會住建成為日后的主流手段。通過新型基礎測繪技術推進全市基礎地理信息數據更新工作，獲取全市域覆蓋784.2平方千米范圍的數字化地形圖和航空影像等數據，實現對全市建設用地和七個重大平臺范圍全覆蓋，實現一次投入、多次受益、多方受益，進一步夯實測繪工作基礎，不斷豐富基礎地理信息資源，為推動全市高質量發展提供了有力支撐和基礎保障。