基于航攝的大比例尺地形圖測繪精度保證技術研究

摘要：由于現(xiàn)有精度保證技術誤差較大，為此研究基于航攝的大比例尺地形圖測繪精度保證技術。選取適宜的地面分辨率（Ground Sampling Distance，GSD），對航拍影像進行勻光勻色處理，篩選出清晰度最高的紋理，對投影的線段進行精確配準。導入預處理好的影像數(shù)據(jù)及其對應的坐標信息，從配對的影像中提取特征點。運用實景三維測圖軟件繪制大比例地形圖。通過誤差范圍的計算，判斷偏移程度，增加繪制精度。測試表明，在不同檢測點中平面位置的最大交叉未超過0.3 m，生產(chǎn)的地形圖成果精度完全符合大比例尺地形圖測繪精度要求。精度均勻可靠，提高了作業(yè)效率，達到了良好的應用效果。

關鍵詞：航攝 大比例尺 測繪 高精度

中圖分類號：P231文獻識碼：A

Research on Surveying Accuracy Guaranteeing Technology for Large Scale Topographic Mapping Based on Aerial Photography

ZHUANG Jianxia

Nantong Surveying and Mapping Institute Co.， Ltd.，Nantong， Jiangsu Province， 226006 China

Abstract： Due to the significant error of the existing accuracy guaranteeing technology， this paper studies the mapping accuracy guaranteeing technology of large scale topographic map based on aerial photography. The suitable Ground Sampling Distance （GSD） was selected to perform uniform light and color processing on aerial images， and the texture with the highest resolution was selected to accurately register the projected line segments. The pre-processed image data and corresponding coordinate information are imported to extract feature points from paired images. Large scale topographic map is drawn by using 3D mapping software. By calculating the error range， the deviation degree is judged and the drawing precision is increased. The test shows that the maximum cross of the plane position in different detection points does not exceed 0.3m， and the accuracy of the topographic map is fully in line with the requirements of large scale topographic map mapping accuracy.The accuracy is uniform and reliable， the working efficiency is improved， and the good application effect is achieved.

Key Words： Aerial photography： Large scale; Surveying and mapping; High precision

在現(xiàn)代測繪領域中，地形圖測繪精度保證技術在城市規(guī)劃等方面發(fā)揮著至關重要作用。科技的飛速發(fā)展對地形圖測繪精度的要求日益提高，大比例尺地形圖測繪技術成為測繪領域的研究熱點。宋小勇等人[1]在三星編隊中測量目標到三顆衛(wèi)星的時間差，形成3個距離差方程，進而求解目標的三維坐標。由于TDOA定位算法對時間同步的嚴格要求，當某個基站出現(xiàn)故障，將影響整個定位系統(tǒng)的性能。王媛等人[2]通過校正由收發(fā)衛(wèi)星不同頻率源間的差異性引入的相位誤差，可以保持回波相干性，提高成像質量。盡管星載分布式合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）系統(tǒng)具有全天候的工作能力，但在極端環(huán)境下其性能可能會受到影響。因此，現(xiàn)階段以大比例尺地形圖測繪精度為研究對象，運用航攝方式，結合實際情況進行實驗與分析。

1 地形圖測繪精度保證

1.1 航攝測量數(shù)據(jù)處理

為了確保影像數(shù)據(jù)的質量符合標準，選擇對攝影和測圖影響最小的季節(jié)進行無人機航攝作業(yè)。因此，在采集過程中，運用手動曝光模式削弱三維模型中的色差現(xiàn)象。設定由東向西的飛行航線，以確保最佳的數(shù)據(jù)采集效果[3]。為了確定最佳的影像質量，首先選取最適宜的地面分辨率（Ground Sampling Distance，GSD），其中大比例尺與GSD的對照關系如表1所示。

通過選擇合適的分辨率，計算無人機的航攝高度，能確保在數(shù)據(jù)采集過程中，各項參數(shù)得到合理匹配，以獲得高質量的影像數(shù)據(jù)。其計算航高的公式為

式（1）中：為鏡頭焦距；為地面分辨率；為尺寸。在航攝作業(yè)中，由于外界環(huán)境的變化，導致獲取的影像在色彩分布上呈現(xiàn)出不同程度的差異。為確保影像數(shù)據(jù)準確性，需要對航拍影像進行勻光勻色處理。從而提升了影像的可讀性，從而更好地滿足實際生產(chǎn)中的多樣化需求。運用W濾波算法處理影像勻光勻色中，通過線性變換公式對影像進行調整，平衡影像的亮度，確保處理后的影像在視覺上更加和諧統(tǒng)一。其計算公式為

式（2）中：為原始圖像；為線性變換系數(shù)；為均值。同時，通過紋理映射的方式將紋理圖像信息無縫貼合到三維模型表面，創(chuàng)造出高度逼真的視覺效果。在模型紋理處理方面，通過傾斜攝影獲取的初步內方位元素，對二維影像中的線段與三維模型上對應的線段進行精確匹配[4]。從眾多紋理中篩選出清晰度最高的紋理，對投影的線段進行精確配準，確保二者在空間位置上的一致性。將三維模型中建筑物的直角特征與從圖像中提取的二維直角特征進行對應，進一步增強紋理映射的準確性。

1.2 建立三維模型測繪地形圖

在完成影像數(shù)據(jù)預處理后，通過Capture軟件創(chuàng)建一個新的工程項目。在軟件界面上，將預處理好的影像數(shù)據(jù)及其對應的坐標信息導入。自動啟動空中三角測量流程進行影像間的自動匹配與計算。通過連接點匹配功能，將垂直與航攝的影像在同一坐標體系下進行精準關聯(lián)，并從眾多成功配對的影像中提取特征點。構建自由網(wǎng)，并允許用戶輸入像控點坐標進行精確測點。采用平面移動法進行區(qū)域網(wǎng)平差計算，其計算公式為

式（3）中：、為系數(shù)矩陣；為坐標觀測值權矩陣。通過不斷調整像控點和測點坐標，直至空中三角測量結果滿足高精度建模的標準。在確認空中三角測量精度滿足建模要求后，設置三維模型的空間參數(shù)。選擇適合的模型格式，由軟件自動構建出三維模型。建模期間，利用GPU在三維場景中迅速生成高密度點云，形成不規(guī)則三角網(wǎng)，并填充逼真的紋理，確保生成的三維模型能夠真實地反映測區(qū)的地形特征。最后，運用實景三維測圖軟件完成大比例地形圖的繪制工作。充分利用傾斜攝影數(shù)據(jù)，結合高分辨率影像與高度還原的三維場景，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的豐富性與全面性，提升了測圖精度，完成大比例尺測圖任務。

1.3測繪精度保證

建立測繪三維模型，針對模型的精度進行深入分析，判斷精度是否已達到行業(yè)規(guī)范要求，從而完全適用于地形圖的繪制工作[5]。在地形圖的繪制精度保證過程中，需要通過實地測量點與地形圖上相應點之間的偏移程度來進行判斷。具體來說，當實地測量點與地形圖上的對應點偏移越小，表明繪制精度越高。采用誤差的方式進行計算，其計算公式為

式（4）中：為真誤差結果。通過計算合適的誤差范圍，判斷偏移程度，從而提升地形圖與實地的吻合度，增加測繪圖的繪制精度。

2測試與分析

2.1測試準備

以某地區(qū)的項目為例，在生產(chǎn)高精度的大比例尺地形圖。固定航高飛行方式結合30 mm焦距相機，在研究區(qū)域獲取影像，分析項目對精度的要求。通過收集到的GSD為0.3 m的影像數(shù)據(jù)，選用Master軟件將任務區(qū)的DSM數(shù)據(jù)精準導入航線設計模塊。設定地面影像分辨率為35 cm，設置旁向與航向重疊度均為85%。將規(guī)劃好的航線數(shù)據(jù)上傳至飛行控制系統(tǒng)，并在規(guī)定時間內進行航空攝影作業(yè)。獲取采集平面測點的數(shù)據(jù)，根據(jù)本次生產(chǎn)的地形圖數(shù)據(jù)，確保這些數(shù)據(jù)中包含與檢查點相對應的坐標和高程信息。將檢查點的平面坐標與地形圖上相應點的坐標進行匹配。對于每個檢查點，計算其在地形圖上的坐標與實際采集坐標之間的平面距離差。將每個檢查點的平面交叉使用ArcGIS軟件制作散點圖。根據(jù)散點圖的分布情況，評估地形圖的平面精度。觀察交叉值的分布范圍和離散程度。其中，平面位置的允許中誤差為0.4 m。

2.2結果與分析

利用外業(yè)采集的平面測點來檢測生產(chǎn)的地形圖精度，并將平面交叉制作成散點圖。具體如圖1所示。

由圖1可知，在不同檢測點中，平面位置的最大交叉未超過0.3 m，這一結果表明，本文生產(chǎn)的地形圖成果精度完全符合大比例尺地形圖測繪精度要求。通過運用傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用，結合不同的外業(yè)采集的高精度檢查點，能夠在一定程度上提高地形圖成果的精度。這樣生產(chǎn)的地形圖，不僅精度均勻、可靠，而且顯著提高了作業(yè)效率，展現(xiàn)出良好的應用前景。

綜上所述，基于航攝的大比例尺地形圖測繪精度保證技術，在大比例尺地形圖測繪領域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在測繪過程中，通過精確坐標采集，對地形圖數(shù)據(jù)進行精度檢查，確保了測繪成果的平面坐標精度均滿足大比例尺地形圖的標準要求。提高了測繪效率，還保證了地形圖的精度，為測繪等工程提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

3結語

本次研究從精度保證技術入手，深入分析了測繪技術的應用，探究了基于航攝的大比例尺地形圖測繪精度保證技術。在航攝過程中，應確保航攝儀的穩(wěn)定，避免由于飛機姿態(tài)變化導致的影像模糊。利用定位定向系統(tǒng)（Position and Orientation System，POS）輔助空中三角測量技術，將相機曝光瞬間的空間位置和姿態(tài)角組成的POS數(shù)據(jù)作為附加觀測值引入?yún)^(qū)域網(wǎng)平差模型當中，通過整體平差的方式解算出影像的外方位元素和地面點的空間坐標。但是本文方法中還存在著不足，如灰度拉伸等。對于森林隱蔽等特殊困難地區(qū)，可適當放寬精度要求，但應確保測圖成果能夠滿足實際需求。

參考文獻

[1] 宋小勇，毛悅，宗文鵬，等.三星編隊TDOA定位精度分析[J].測繪學報，2023，52（10）：1631-1639.

[2] 王媛，徐華平，李春升，等.星載分布式SAR雙頻乒乓模式測高精度分析[J].測繪學報，2024，53（3）：463-472.

[3] 張爍，陳麗平，李鐵映，等.嫦娥五號探測器月面采樣封裝任務的定位精度[J].測繪學報，2022，51（5）：631-639.

[4] 韓征，王文文，李勇，等.基于多源異構數(shù)據(jù)的大比例尺地上地下一體化城市三維模型集成方法研究[J].地質與勘探，2022，58（3）：676-685.

[5] 鄭義.熱液礦床超大比例尺構造-蝕變-礦化填圖：基本原理與注意事項[J].地球科學，2022，47（10）：3603-3615.