基于新型基礎(chǔ)測(cè)繪的無(wú)居民海島地形圖采集應(yīng)用研究

陳楚燕 陳國(guó)梁 龍奇勇

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510060)

新型基礎(chǔ)測(cè)繪是傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪的繼承和發(fā)展，構(gòu)建新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系是面向自然資源管理，面對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢(shì)，適應(yīng)供給側(cè)改革新要求，增強(qiáng)測(cè)繪地理信息服務(wù)能力的具體舉措，是國(guó)家明確提出的一項(xiàng)重要工作[1]。隨著傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理及無(wú)人機(jī)裝備的發(fā)展，實(shí)景三維模型的獲取方案日趨便捷與完善，而廣州市新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系的建設(shè)將實(shí)景三維模型、1∶500地形圖、數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)有機(jī)整合利用，形成一套高效而全面的地理實(shí)體生產(chǎn)與利用解決方案。

1 地理場(chǎng)景數(shù)據(jù)獲取

1.1 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)使用大疆M300 RTK 無(wú)人機(jī)搭載睿鉑DG4 M五鏡頭航攝設(shè)備對(duì)南沙區(qū)大虎島、上橫擋島、下橫擋島、金鎖排島、鳧洲島、沙堆島及舢舨洲島共計(jì)7 座無(wú)居民海島進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量外業(yè)采集，合計(jì)海島面積1.274 km2。

共劃分8 個(gè)航攝分區(qū)，根據(jù)實(shí)地情況共計(jì)布設(shè)像控點(diǎn)27 個(gè)，航線123 條，累計(jì)182 km，最終獲取原始航片14 521 張，相關(guān)參數(shù)如下。（1）航高達(dá)100～260 m，分辨率為0.03 m。（2）重疊度：航向重疊度80%，旁向重疊度75%。（3）航線：考慮航高、重疊度及實(shí)景三維模型構(gòu)建的需求，航線采用網(wǎng)格布設(shè)，共進(jìn)行了10 個(gè)航飛架次。像控點(diǎn)分布示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 上橫檔島和下橫檔島像控點(diǎn)分布示意圖

圖2 大虎島像控點(diǎn)分布示意圖

1.2 實(shí)景三維模型制作

實(shí)景三維模型的制作流程如圖3 所示，具體流程如下。

圖3 實(shí)景三維模型生產(chǎn)流程

（1）首先進(jìn)行空三加密，使用對(duì)相機(jī)參數(shù)、影像原片、POS等數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，進(jìn)行多視角影像特征點(diǎn)密集匹配和區(qū)域網(wǎng)的自由網(wǎng)多視影像聯(lián)合約束平差解算，完成相對(duì)定向，再利用外業(yè)測(cè)量的像控點(diǎn)成果進(jìn)行約束平差解算，完成絕對(duì)定向。

（2）全自動(dòng)三維建模，采用多機(jī)多節(jié)點(diǎn)并行運(yùn)算，將空三加密后的成果數(shù)據(jù)提交生成三維TIN 格網(wǎng)，創(chuàng)建三維白膜、自動(dòng)紋理映射和傾斜三維模型[2]，具體見(jiàn)圖4。

圖4 實(shí)景三維模型

（3）模型后處理，針對(duì)建筑物遮擋、噪聲、水域等造成的模型空洞、拉花、變形，采取編輯三角網(wǎng)、重建白膜等方式對(duì)重點(diǎn)模型進(jìn)行精修，為了便于后續(xù)的實(shí)體選中、賦值，實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型的深入應(yīng)用，還需對(duì)模型進(jìn)行單體化處理[3]。

1.3 數(shù)字真正射影像制作

數(shù)字真正射影像制作流程如圖5 所示，使用實(shí)景三維模型進(jìn)行影像的微分糾正，消除投影差影像，經(jīng)過(guò)接邊、勻色等處理導(dǎo)出數(shù)字真正射影像圖。

圖5 TDOM生產(chǎn)流程

2 基于基礎(chǔ)地理實(shí)體的地形圖生產(chǎn)

2.1 基礎(chǔ)地理實(shí)體的生產(chǎn)

實(shí)體的采編利用各類的影像、模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在EPSE 平臺(tái)中加載對(duì)應(yīng)工作區(qū)域的正射影像、垂直模型、傾斜模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等進(jìn)行點(diǎn)、線、面地理實(shí)體數(shù)據(jù)的采集[4]。因?yàn)閺V州的數(shù)據(jù)對(duì)于地理實(shí)體數(shù)據(jù)是將同一實(shí)體不同類型的數(shù)據(jù)引用同一個(gè)實(shí)體編碼，所以在采集地理實(shí)體數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于有多種類型的地理實(shí)體數(shù)據(jù)在采集之后，需要在屬性表中的“組合類型”字段中選擇對(duì)應(yīng)的實(shí)體類型[5]。

經(jīng)過(guò)點(diǎn)實(shí)體、線實(shí)體、房屋繪制后再進(jìn)行基礎(chǔ)地理實(shí)體構(gòu)建，見(jiàn)圖6。

圖6 地理實(shí)體構(gòu)建

以上述實(shí)景三維模型與數(shù)字正射影像為地理場(chǎng)景，通過(guò)EPSE平臺(tái)對(duì)點(diǎn)狀、線狀以及建筑物面狀實(shí)體逐一采集，以上橫檔島為例，本文共計(jì)采集地物實(shí)體106個(gè)，輔助實(shí)體91個(gè)，如圖7所示。

圖7 上橫檔島地理實(shí)體采集

2.2 地形圖按需派生

通過(guò)EPSE平臺(tái)的成果組裝功能，調(diào)用廣州市基礎(chǔ)地理實(shí)體與廣州市1∶500 地形圖對(duì)應(yīng)關(guān)系表，將采集得到的基礎(chǔ)地理實(shí)體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1∶500 地形圖數(shù)據(jù)，對(duì)于高程點(diǎn)、斜坡等地貌面、高速公路邊線、破壞房屋等不在對(duì)應(yīng)關(guān)系的要素進(jìn)行三維測(cè)圖采編或調(diào)整[6]。

通過(guò)對(duì)無(wú)居民海島各項(xiàng)成果的空間參考系、位置精度、表達(dá)精細(xì)度、邏輯一致性、時(shí)間精度、場(chǎng)景效果進(jìn)行檢查，成果各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)設(shè)計(jì)要求，其中地形圖地物點(diǎn)中誤差為±5.0 cm，優(yōu)于允許誤差±30 cm，間距中誤差為±5.0 cm，優(yōu)于允許誤差±20 cm，高程注記點(diǎn)中誤差為±7.4 cm，優(yōu)于允許誤差±30 cm，因此，整體位置精度為優(yōu)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系在南沙區(qū)無(wú)居民海島地形圖采集的完整應(yīng)用流程。闡述了通過(guò)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)采集制作海島的實(shí)景三維模型及數(shù)字真正射影像圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基礎(chǔ)地理實(shí)體的采集與制作，最后通過(guò)基礎(chǔ)地理實(shí)體按需組裝的方式，成功派生出1∶500 地形圖要素，要素完整率達(dá)75.4%，最后通過(guò)三維測(cè)圖的方式補(bǔ)充地理實(shí)體與地形圖要素之間無(wú)法對(duì)應(yīng)的部分，實(shí)現(xiàn)新型基礎(chǔ)測(cè)繪與傳統(tǒng)地形圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與生產(chǎn)，圖件整體精度滿足規(guī)范要求。