傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用

魏益友， 鄒俊華

(江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊，江西 南昌 330000)

大比例尺地形圖是城市規(guī)劃、土地管理、礦山建設(shè)的基礎(chǔ)依據(jù)，含有詳細(xì)的地形要素和地理信息，在城市建設(shè)中起著重要的推動作用。傳統(tǒng)的大比例尺地形測繪工作成圖周期長，工作效率極低，不能滿足快速成圖的社會需求。隨著無人機(jī)技術(shù)、定位技術(shù)、通訊技術(shù)的快速發(fā)展，傾斜攝影測量技術(shù)逐漸應(yīng)用于大比例地形圖的測繪中，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)早期應(yīng)用于傳統(tǒng)的有人飛機(jī)上，主要以采集建筑外立面的紋理信息為主，并未應(yīng)用于大比例尺地形圖的測繪領(lǐng)域。隨著無人機(jī)技術(shù)、航空攝影技術(shù)、圖像自動匹配技術(shù)等的發(fā)展，逐漸實現(xiàn)了多視角的影像數(shù)據(jù)處理和地面物體的側(cè)面信息采集目的，并以區(qū)域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合平差處理和多視角影像匹配、正射校正等技術(shù)，生成最終的產(chǎn)品。傾斜攝影測量技術(shù)的工作流程圖見圖1。

圖1 傾斜攝影測量技術(shù)工作流程圖

2 傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用

2.1 傾斜攝影測量技術(shù)的基本要求

傾斜攝影測量技術(shù)的航攝系統(tǒng)一般由HM2200無人機(jī)、HO1300無人機(jī)、HO1600無人機(jī)搭配飛行，在無人機(jī)中裝載南方測繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)，配套安裝航攝計劃設(shè)計軟件、機(jī)載定位系統(tǒng)和飛行管理系統(tǒng)等。傾斜攝影測量技術(shù)對飛行狀況要求較高，需注意以下事項：(1)季節(jié)性，傾斜攝影測量技術(shù)一般要在天氣晴朗，氣候溫和、少雨的季節(jié)效果最佳，因此一般在5～6月進(jìn)行相應(yīng)的航空拍攝工作；(2)飛行時段，要充分考慮天氣、空中管制等因素，制定相應(yīng)的飛行時段；(3)進(jìn)駐機(jī)場，一般選擇距離機(jī)場15 km以外飛行距離起飛；(4)旁向重疊方向，平行于攝區(qū)邊界線的首末航線敷設(shè)在攝區(qū)邊界線外；(5)航線重疊方向，沿航線東西方向各超出攝區(qū)邊界線大于設(shè)計基線長兩倍的長度。

2.2 傾斜影像獲取及預(yù)處理

在根據(jù)測量區(qū)域基本現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合無人機(jī)性能制定出適合該區(qū)域的飛行時間和飛行時段，就可以開展外業(yè)傾斜影像的拍攝工作。本文所采用的相機(jī)為南方測繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)，航線的飛行嚴(yán)格按照設(shè)計進(jìn)行，其技術(shù)指標(biāo)見表1。在拍攝過程中選擇多視角拍攝影像，在相應(yīng)的影像控制點和加密點坐標(biāo)自動拍攝，獲取相應(yīng)的傾斜影像資料。在完成傾斜影像資料獲取后對其進(jìn)行預(yù)處理，選擇拍攝區(qū)域內(nèi)的傾斜影像，并將其反投影至建立的虛擬影像中，目的是為了減少突出地面豎直物體的重影現(xiàn)象。

表1 主要飛行技術(shù)指標(biāo)

2.3 像片控制測量

像片控制測量是提高傾斜測量精度的有效措施，其像控點的布設(shè)要按照一定的要求進(jìn)行，如航向、旁向重疊度為70%，且所獲的影像數(shù)據(jù)具備IMU/GPS資料。此外，空中三角測量并不完全依賴于像控點的布設(shè)密度，而與測量區(qū)域的地形地貌有直接的關(guān)系，如在平原地區(qū)，可以采用稀疏布設(shè)的方式；在地形地貌復(fù)雜的區(qū)域，可以在規(guī)范要求密度的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密處理。像控點的布設(shè)有著嚴(yán)格的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)測量分區(qū)之外的控制點以控制測量全范圍為基礎(chǔ)，對于處于圖邊上的控制點，一般布設(shè)在圖輪廓線以外，且位于航向基線不少于1條、旁向大于100 m的部位；(2)航線兩段的控制點要求左右的偏離半徑小于半條基線的長度；(3)像片控制點應(yīng)該是易于判別的地物地貌，即所標(biāo)注控制點的影像必須是清晰的，如房角、地塊角等明顯的地物和地物交匯部位等，此外，多個地物的交匯部位必須滿足交匯角在30°～150°；(4)像片控制點布設(shè)范圍的高程變化較小，可以有效提高傾斜攝影測量精度，可布設(shè)于平山頭或者現(xiàn)狀地物的交匯部位，在布設(shè)過程中要防止像片條件之間出現(xiàn)矛盾；(5)墻角、植被茂密的區(qū)域不易作為像片控制點的布設(shè)部位，這些部位在內(nèi)業(yè)測量過程中因其視線阻擋等問題而造成測量難度增高、準(zhǔn)確度降低；(6)大功率敷設(shè)區(qū)域或者有大面積水面的區(qū)域不易布設(shè)像片控制點；(7)像片控制點的布設(shè)以長期保存和二次利用為基本原則，因此在控制點布設(shè)過程要充分考慮地形地貌、交通和保存環(huán)境等綜合因素。

2.4 空中三角加密處理

傾斜航空攝影技術(shù)在獲取傾斜影像時，在實際的航空拍攝過程中常出現(xiàn)地面控制點達(dá)不到要求或者較小區(qū)域的部位，達(dá)不到最終的航測要求，此時需要利用空中三角測量技術(shù)進(jìn)行校正工作。空中三角測量技術(shù)可以有效彌補(bǔ)上述不足之處，對影像外的方位元素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算，再結(jié)合相應(yīng)的軟件將干擾因素剔除，可以有效提高測量精度，對地形條件較差區(qū)域的航測結(jié)果有明顯的改善。測量精度是判別測繪結(jié)果能否滿足工作需求的最本質(zhì)的依據(jù)，而精度的高低要根據(jù)傾斜攝影測量技術(shù)和所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如無人機(jī)的飛行高度、數(shù)據(jù)采集和計算等方式。在完成空中三角加密處理之后，輸出相應(yīng)的加密校正成果，如糾正片DSM等。

2.5 三維建模和數(shù)據(jù)采集

三維建模是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，可以借助傾斜攝影自動批量建模軟件進(jìn)行多視角傾斜影像的幾何校正、聯(lián)合平差、多視匹配等一系列操作，最終獲得可視化的三維傾斜模型。在完成三維傾斜建模之后，利用傾斜攝影配套軟件獲取地物、地貌等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集主要包括三個方面的內(nèi)容：一是人工采集地物要素，如采集影像中的控制點信息，提取簡單的建筑物輪廓等，手動采集建筑物外側(cè)面邊線，可以有效提高成果精度；二是地貌要素的三維信息自動提取過程，主要包括等高線和高程點信息的提取工作，該項工作可以采用軟件自動提取，經(jīng)過人工整飾和取舍后就可以投入應(yīng)用；三是要素遮擋問題的處理，可通過像片資料和LiDAR 點云等對遮擋部位進(jìn)行補(bǔ)充測量，如激光雷達(dá)技術(shù)因具有較強(qiáng)的穿透能力而廣泛應(yīng)用于補(bǔ)充測量中。

2.6 外業(yè)調(diào)繪及補(bǔ)測

傾斜攝影在獲取傾斜影像的過程中勢必存在拍攝盲區(qū)，如植被茂密的區(qū)域、建筑物的遮擋部位、立交橋下部等區(qū)域，是無法直接通過傾斜攝影獲得相應(yīng)的影像。因此，在內(nèi)業(yè)處理過程中應(yīng)將其標(biāo)注出來，及時開展外業(yè)實地調(diào)繪和補(bǔ)測工作。此外，對于傾斜影像中不確定的地物或復(fù)雜的區(qū)域，在內(nèi)業(yè)處理過程中也應(yīng)重點標(biāo)注，進(jìn)行外業(yè)的實地調(diào)查和補(bǔ)測工作，可以有效提高測量精度。

3 結(jié)語

傾斜攝影測量技術(shù)在現(xiàn)代化大比例尺地形測量中的應(yīng)用越來越廣泛，經(jīng)過測繪實踐發(fā)現(xiàn)，獲得的地形圖成果平面位置誤差為4 cm，高程標(biāo)記點中誤差為3 cm，具有良好的測量效果。因此，傾斜攝影測量技術(shù)可以滿足現(xiàn)代化大比例地形測繪的基本要求，可以進(jìn)行大規(guī)模的推廣使用。