城市大比例尺航测成图关键技术探讨

城市大比例尺航测成图关键技术探讨

陈青灵，王可可

（浙江有色测绘院，浙江 绍兴 312000）

摘 要：航测成图是目前城市大比例尺地形图测绘与更新的主要手段。文章对航空摄影、像片控制、空中三角测量、3D成果制作等城市大比例尺航测成图的各测绘工序，探讨了一系列关键技术问题。并结合实际案例，给出了相关技术参数。

关键词：大比例尺；航测成图；自动空三；3D产品

城市大比例尺航测成图是目前城市基础测绘与更新的主要手段。但航测成图在城市应用中有一定的局限性，如城市行道树及绿化带来的隐蔽问题、高层建筑的阴影遮盖部分、影像不清晰的独立地物、平坦地区的高程精度等，很难达到规范要求，需要外业进行大量补测工作。

1 航空摄影

1.1 测区困难类别

测区地势平坦，偶有孤山、残丘分布；水系发达，河流、荡漾贯穿其中，鉴湖、瓜渚湖等湖泊星罗棋布。从空域、地形地貌条件等分析，并且综合考虑气候因素，测区实施航空摄影比较容易，所有图幅均属于一般航摄区域。测区地形最高点高程为306m，最低点高程为4m，测区内的地形高差均少于1/4相对航高，整个摄区划分为1个分区。

1.2 航线设计

按东西方向直线飞行，航线平行于图廓线，平行于摄区边界线的首未航线敷设在摄区边界线上或边界线外，确保摄区边界实际覆盖不少于像幅的30%。航向覆盖超出摄区边界线至少一条基线。航向超出摄区边界线3条基线，旁向首末航线分别位于摄区边界线上。

1.3 航线控制

航线弯曲度不大于3%，同一航线最大与最小航高差不应超过30m，相邻航片航高差不应超过20m，实际航高与预定航高差不应超过预定航高的5%。

1.4 像片旋偏角

像片旋偏角一般不大于15°。像片倾角一般不大于2°，最大不超过3°。在一条航线上达到或接近最大旋偏角限差的像片数不得连续超过3片；在一个摄区内出现最大旋偏角的像片数不得超过摄区像片总数的4%。

1.5 摄影时间

选择太阳高度角大于45°，阴影不大于1倍。

1.6 航摄相机

航测飞机所搭载相机为大幅面数码航摄相机UCX。UCX数码相机的传感器单元由8个高分辨率的光学镜头组成，其中4个全色波段的镜头，4个多光谱镜头（红、绿、蓝以及近红外）。采用新一代CCD面阵技术，相机分辨率6μm，可得到17310×11310像素的超大影像幅面。平台集成飞行管理系统、POS系统、三轴稳定平台等，能高效获取高分辨率影像数据和POS数据。

2 像片控制测量

2.1 像控点布设方案

像片控制点在平地、丘陵地采用全野外布点，山地采用区域网布点。区域网布点以不大于10条基线布设控制点，个别像片不清楚或实地变化比较大的地方外业实测两三个备用点，靠近大面积水域的主点及标准点位落水的地方，采用全野外法布点。

2.2 布点要求

全野外布点时，每一个立体像对布设四个平高点，并在像主点附近布设一个平高点。区域网布点的采用四角两边或四角两线法。采用四角两线法时，在区域网的四角各布设一个平高点，并在区域网两端垂直于航线方向的旁向重叠中线附近各布设一个高程控制点。采用四角两线法时，在区域网的四角各布设一个平高点，并在区域网两端垂直于航线方向敷设两条构架航线。不规则区域网在周边增设像控点，并在凸角转折处布设平高点，当凹角转折处为一条基线时，布设高程控制点，当凹角转折处为一条以上基线时，布设平高点。

2.3 野外选点要求

像片控制点的目标影像应清晰，易于判别。布设的控制点宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内。控制点和基准面不在同一平面时，应量注比高至0.1m；当点位周围不等高时，须标注比高量注的位置。当点位选刺在宽度大于0.4m的道路、田埂等线状地物中间时，应量取道路、田埂等的宽度至0.1m。像控点不能选刺在宽度大于1m的道路交叉中心。应尽量避免尖顶房角等难以刺准的点位。

2.4 像控点测量

像控点利用绍兴CORS网络进行GPS RTK测量。为验证像片控制RTK测量精度，同时检验坐标转换成果，联测10个城市高等级GPS水准点进行检验。

3 空中三角测量

将数码像机参数和像控点成果输入全数字摄影测量工作站，通过自动匹配相关影像产生自动匹配点，对于点位不足区域，人工进行加点。本项目采用INPHO的MATCH-AT模块进行空三加密平差。

空三加密划分为3个平差区。由于航摄采用UCX数码相机，内定向误差为理论值0mm。相对定向中误差0.002mm（最大不超过0.005mm），如表1所示。绝对定向的加密点中误差平面控制在平面0.25m、高程0.18m之内。

表1 相对定向上下视差精度

地形类别标准点检查点平地 丘陵地0.005mm0.01mm山地 高山地0.008mm0.15mm

绝对定向后基本定向点残差，多余控制点不符值，公共点较差如表2所示。

坐标修测时，要注意相对定向粗差点修测及航线间公共点粗差，地面控制点粗差修测等。整体平差时根据数据情况选择多项式整体平差，光束法整体平差，GPS数据联合平差，POS数据联合平差或构架航带联合平差等方式。

4 3D成果制作

航测成图主要是用于制作3D产品成果，即数字线划地图（DLG）、数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）。

表2 基本定向点残差、多余控制点不符值、公共点较差的限差

基本定向点残差多余点不符值公共点较差地形类别平面位置高程平面位置高程平面位置高程平地0.60m0.26m1.00m0.40m1.60m0.70m丘陵地0.60m0.26m1.00m0.40m1.60m0.70m山地0.80m0.60m1.40m1.00m2.20m1.60m

4.1 数字线划地图（DLG）

DLG测图主要是经过立体采集、外业调绘、内业编辑成图等工序。主要的技术考虑有：①DLG数据采集原则：图面与建库兼顾；内业定位，外业定性，新增地物需要外业实测；②面状要素以线采集，满足构面的要求。同类要素边线不重复表示；③要素拓扑关系满足入库要求，缝隙阈值为0.01m；④恢复立体模型后，应对立体模型进行巡视检查。对于全野外像控布点的平地、丘陵地图幅，内业采集高程注记点时，不能直接采用加密成果恢复的立体模型进行采集，应在全面删除自动匹配点后根据外业像控点重新进行绝对定向后方可采集；⑤为了保证高程精度，在8m宽以上的铺装路面及空旷平坦地面上，测量碎部点高程；⑥DLG分幅图采用DWG文件格式存储。地物为二维信息（X、Y），地貌（高程点及等高线）为三维信息（X、Y、Z/标高）。DLG库体数据和框架数据均采用GDB格式。

4.2 数字高程模型（DEM）

DEM的格网间距2m，基于矢量数据构建TIN方法进行生产，采用ArcGIS GDB库存储数据，数据格式为IMG。

（1）提取DEM要素。从DLG矢量数据中提取相关要素，包括：等高线、地形高程点、双线河流、湖泊、水库、山塘、池塘（含鱼塘）、国道、省道等。已建成的铁路、高速公路、国道、省道参加DEM的构建，但架空部分不参加。杭甬运河、萧曹运河、平水江、漓渚江边的堤岸参加DEM构建。但沟渠、非地形高程点（例如田埂、桥等高于地面的高程点）不参加DEM的构建。DEM成果有效范围应与周边地市基本一致，无数据区采用“-9999”标识。

（2）数据编辑与接连。将参与构TIN的三维要素在ArcGIS平台上赋高程值。水系要素高程赋值，静止水面的高程根据周围的高程点、等高线等地貌要素的高程属性合理赋值，同一对象赋一个高程。非静止水面的高程从上游至下游按1m高程差梯度下降进行分段赋值。在Tin不完整的地方，补绘特征线。大面积建筑区采用高程推测。

（3）构三角网。ArcGIS读入三维要素，生成三角网Tin文件。利用程序自动添加特征点，形成特征点文件，然后重新生成三角网文件。由三角网内插成矩形格网DEM文件。由DEM反演等高线，不符部分应在DLG中查明原因并修改，主要是修正赋值错误，或补充特征点、特征线优化三角网消除不合理的三角网形。

（4）DEM质量控制。DEM检查主要采用反演等高线法，利用DEM内插等高线，与原等高线叠加比对。主要检查DEM高程异常和DEM是否与地貌的总体特征相符。叠加后曲线之间的误差不超过1/2等高距。

4.3 数字正射影像（DOM）

DOM成果地面分辨率为0.2m，采用非压缩TIFF文件格式（带TFW定位文件），以标准图幅内图廓线外扩10像素范围为单位存储，真彩色。整饰文件格式为DWG（AutoCad）数据，库体数据采用GDB格式进行存储，以多波段栅格数据集为单位，以保证影像数据间的无缝拼接与影像数据的渲染效果，如图1所示。

图1 DOM生产流程

（1）单片正射影像获取。将影像数据、加密成果导入工作台，由系统自动完成像对定向。然后，以像片为单位，按照每个像对的范围，以像主点为中心，片片纠正，生成单片正射影像。

（2）正射影像镶嵌与图幅裁切。选择所有单片正射影像，先匀光，再进行拼接、图幅裁切和正射影像输出，最后生成影像文件和影像定位信息文件。单片正射影像拼接时，应检查和适当编辑拼接线，合理选择平滑参数，使拼接效果最佳，无明显拼接缝。拼接线应尽量避开成片居民区、高程建筑区，沿河流中间或道路中间排列。

（3）正射影像修饰。应本着自然美观的原则，对影像进行适当调整，使影像清晰，色彩柔和，反差适中，幅与幅之间无明显色差。影像阴影过长，密度过大，并已掩盖相邻景物的区域，应进行阴影和密度处理。影像反差过大，造成色彩不柔和，反差过小，影响景物判别，应进行反差调整。

5 结束语

通过优化设计，对航摄数码照片，像控选点与测量，空三加密成果，以及3D成果质量均有所提高。本案例的DLG图经检测，平面中误差达±0.69m，高程中误差达±0.14m。本项目设计方案对相关类似工程项目，有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]薛阿亮,胡海洋.无人机航测技术生产应用型研究及分析[J].矿山测量,2014,(5):22-24.

[2]解斐斐.基于无人飞艇低空航测系统建筑物纹理获取与处理技术[D].武汉大学,2014.

中图分类号：P217

文献标志码：A

文章编号：2096-2789（2017）06-0081-02

作者简介：陈青灵（1975-），女，工程师，研究方向：航空摄影测量。