航空攝影測(cè)量在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用

李璇瓊 熊啟源 何應(yīng)鵬

摘? 要：數(shù)字化測(cè)圖是獲取地理信息的重要手段。隨著科技的發(fā)展，航空攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化測(cè)圖領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。該文介紹了利用航測(cè)軟件Double Grid軟件進(jìn)行空三處理、DEM、DOM、DLG生成的具體過(guò)程。并從時(shí)間、精度、外界干擾等方面與RTK測(cè)圖結(jié)果進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比，證明了航空攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字測(cè)圖應(yīng)用中精度能滿足要求，測(cè)圖效率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)RTK測(cè)圖，受外界干擾小，具有可行性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化測(cè)圖? 攝影測(cè)量 GPS-RTK? DLG

Abstract：Digital mapping is an important method to obtain geographic information. With the development of technology， aerial photogrammetry has been applied widely in digital mapping. This paper introduces the generation process of numerical triangulation， DEM， DOM and DLG with Double Grid. Based on the comparison with RTK mapping in time， precision and interference， it is proved that the precision of aerial photogrammetry can meet the requirements in the application of digital mapping and it can be more efficient than RTK mapping. Meanwhile it is feasible with little external interference.

Key Words： Digital mapping; Photogrammetry; GPS-RTK; DLG

隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，在數(shù)字化測(cè)圖方法得到了廣泛應(yīng)用，其外業(yè)時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，具有高效、靈活的優(yōu)勢(shì)，并克服了以往全站儀、GPS-RTK等數(shù)字化測(cè)圖所需要的人員要求及嚴(yán)苛的作業(yè)條件。使其在數(shù)字化測(cè)圖領(lǐng)域有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[1-3]。

該文以云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，通過(guò)無(wú)人機(jī)所獲取的航測(cè)影像，完成拼接與空三矯正及DEM（數(shù)字高程模型）、DOM（數(shù)字正射影像）生產(chǎn)和DLG（數(shù)字線劃地圖）的繪制，并與RTK數(shù)字化測(cè)圖進(jìn)行對(duì)比分析，論證了航空攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用可行性以及創(chuàng)新性。

1? 航空攝影測(cè)量測(cè)圖基本方法

航空攝影測(cè)量指在在航空器上搭載攝像機(jī)，獲取測(cè)區(qū)像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)進(jìn)行地形圖的繪制。航空攝影測(cè)量作業(yè)一般分為外業(yè)與內(nèi)業(yè)，其中外業(yè)作業(yè)內(nèi)容有：（1）相控測(cè)量;（2）對(duì)測(cè)區(qū)影像進(jìn)行采集。內(nèi)業(yè)作業(yè)內(nèi)容有：（1）空三加密;（2）DEM處理;（3）DOM處理;（4）數(shù)字化測(cè)圖。具體流程見(jiàn)圖1。

2? 測(cè)區(qū)特點(diǎn)

測(cè)區(qū)云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院院處于山地丘陵地段，即中間高、四周低，其占地面積大、地形高低起伏大、植被多樣，于高海拔地帶。測(cè)區(qū)數(shù)字正射影像見(jiàn)圖2。

3? 航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖流程

該項(xiàng)目中使用Double Grid平民化攝影測(cè)量后處理軟件進(jìn)行影像處理并繪制DLG，其主要步驟包括4個(gè)部分：空三制作、DEM制作、DOM制作、DLG制作。

3.1 空三制作

空中三角測(cè)量利用地面已知控制點(diǎn)計(jì)算測(cè)區(qū)中所有影像的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)，從而獲得測(cè)區(qū)任意點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)?？罩腥菧y(cè)量是攝影測(cè)量中至關(guān)重要的工序，空三精度直接影響影像生產(chǎn)成果質(zhì)量和精度[4-8]。

該文使用Double Grid處理軟件進(jìn)行空三制作，引入控制點(diǎn)后在TMAtEdit界面，選擇處理中的匹配連接點(diǎn)，根據(jù)在外業(yè)采集的控制點(diǎn)影像，在影像面中找到控制點(diǎn)的位置，調(diào)出精調(diào)界面，精細(xì)地調(diào)整控制點(diǎn)點(diǎn)位到正確位置，具體見(jiàn)圖3。啟動(dòng)平差軟件ibundle進(jìn)行平差，報(bào)告見(jiàn)圖4。平面精度誤差dx和dy要求小于0.3，高程dz要求小于0.5。若精度不滿足規(guī)范要求則需要重新進(jìn)行空三制作，直至滿足規(guī)范要求。最后輸出方位元素。

根據(jù)空三報(bào)告可以得知X單誤差最大為-0.112 2，Y單誤差最大為0.091 5，平面位置中誤差最大為0.114 7，高程中誤差最大為0.260 5。根據(jù)空中三角測(cè)量精度規(guī)范（GB/T 23236-2009），其空三精度滿足航測(cè)要求[9-10]。

3.2 DEM制作

數(shù)字高程模型DEM是用離散的帶屬性值的格網(wǎng)來(lái)表示地面高程的一種模型。使用Double Grid處理軟件進(jìn)行DEM制作主要帶上立體眼鏡后通過(guò)平滑、無(wú)效區(qū)、濾波，點(diǎn)擊確定功能進(jìn)行。平滑是針對(duì)地面上突然飛起的等高線，橫向內(nèi)插針對(duì)選擇區(qū)域的左右側(cè)高程點(diǎn)在地上，縱向內(nèi)插針對(duì)選擇區(qū)域的上下側(cè)高程在地上，量測(cè)點(diǎn)內(nèi)插針對(duì)把選擇的區(qū)域的高程壓在地面。所有圖片的DEM編輯完后查看各個(gè)控制點(diǎn)的高程誤差是否超限即dz<0.7，若滿足要求則關(guān)閉進(jìn)行下一步操作，若不滿足則返回dem編輯重新對(duì)不合格的地方進(jìn)行編輯。DEM成果命名應(yīng)符合CH/T 1005的規(guī)定，DEM的質(zhì)量檢驗(yàn)要求符合GB/T 18316的規(guī)定。

3.3 DOM制作

DOM數(shù)字正射影像是利用DEM處理后的數(shù)字化的航空像片，經(jīng)過(guò)逐個(gè)像元進(jìn)行投影差改正，再進(jìn)行影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍進(jìn)行裁剪生成影像數(shù)據(jù)。

使用Double Grid處理軟件進(jìn)行DOM制作流程如下：選擇所有DOM影像后生成拼接線，選擇編輯拼接線（注即拼接線不能穿過(guò)房屋，不能相交，不能重合）[11-12]。保存后輸出拼接影像見(jiàn)圖6。

3.4 DLG制作

數(shù)字線劃地圖（DLG）是空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的一類(lèi)數(shù)據(jù)形式，數(shù)字線劃地圖是一種方便查詢坐標(biāo)及屬性，并能夠在地圖上進(jìn)行量測(cè)的地圖。DLG與相同比例尺地形圖相比較，在地圖內(nèi)容、精度、坐標(biāo)系統(tǒng)等都與之一致。DLG因?yàn)槭鞘噶繑?shù)據(jù)，所以方便傳輸且可以隨時(shí)修改，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛[13-16]。

使用Double Grid處理軟件進(jìn)行DLG制作流程如下。

佩戴好立體眼鏡后，選擇測(cè)區(qū)后雙擊影像即可進(jìn)行DLG繪制。用鼠標(biāo)滾輪調(diào)整測(cè)標(biāo)高程，選擇正確的符號(hào)采集地物地貌，選擇一般高程點(diǎn)符號(hào)，量取指定位置高程，完成地物地貌的采集。一般房屋從高向低畫(huà)。采集過(guò)程見(jiàn)圖7，繪制結(jié)果見(jiàn)圖8。

4? 航空攝影測(cè)量與RTK成果比較分析

將航空攝影測(cè)量所生產(chǎn)出的DLG與傳統(tǒng)作業(yè)的GPS-RTK所進(jìn)行的數(shù)字化測(cè)圖成果進(jìn)行比較，具體見(jiàn)圖9?？梢园l(fā)現(xiàn)其都具備在勘察、規(guī)劃設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的要求。但更大的區(qū)別是在其數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理之中以及各應(yīng)用領(lǐng)域的不同。在相同測(cè)區(qū)，通過(guò)對(duì)RTK測(cè)圖與航空攝影測(cè)量測(cè)圖的工作時(shí)間、點(diǎn)位精度、控制點(diǎn)依賴(lài)程度、外界因素影響等進(jìn)行對(duì)比分析如下。

（1）工作時(shí)間分析采用對(duì)內(nèi)業(yè)時(shí)間對(duì)比與外業(yè)時(shí)間對(duì)比見(jiàn)圖9?？芍捎脽o(wú)人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量的效率更高，時(shí)間優(yōu)勢(shì)明顯。

（2）通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量與RTK測(cè)圖點(diǎn)的精度，生成圖10。顯示兩者誤差都控制在20 cm之內(nèi)，在測(cè)圖中都具有可行性。但RTK的精度更高。

（3）控制點(diǎn)依賴(lài)程度分析指無(wú)人機(jī)測(cè)圖與RTK測(cè)圖在坐標(biāo)系校正時(shí)所依賴(lài)的控制點(diǎn)最少個(gè)數(shù)具體見(jiàn)圖11。證明航空攝影測(cè)量所需控制點(diǎn)較多。

（4）外界因素影響主要包括天氣因素、衛(wèi)星信號(hào)因素、物體干擾信號(hào)影響、人為操作影響因素等方面。

無(wú)人機(jī)數(shù)字化測(cè)圖作業(yè)時(shí)，天氣因素主要體現(xiàn)在雨天和陰天的影響，雨天無(wú)法進(jìn)行操作作業(yè)，陰天采集數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。物體干擾信號(hào)因素在無(wú)人機(jī)測(cè)圖時(shí)遇到可能性較小。人為操作影響在無(wú)人機(jī)測(cè)圖中主要表現(xiàn)在起飛前對(duì)航帶信息以及航片重疊度等的設(shè)置上，在采集過(guò)程中人為不需要進(jìn)行操作，因此人為影響因素較小。

RTK數(shù)字化測(cè)圖作業(yè)時(shí)，RTK測(cè)圖作業(yè)具有全天候的能力，即使在雨天防水措施足夠好也能進(jìn)行測(cè)圖作業(yè)，但精度會(huì)造成一定的影響。物體干擾信號(hào)在RTK測(cè)圖中影響也較大。人為操作影響在RTK測(cè)圖中主要體現(xiàn)在采集過(guò)程中，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的判別以及對(duì)桿的水平穩(wěn)定性都能對(duì)采集數(shù)據(jù)精度造成影響。

通過(guò)分析得出，航空攝影測(cè)量作業(yè)不受太多因素的影響（例如作業(yè)范圍、信號(hào)強(qiáng)度等），運(yùn)行成本低，在數(shù)據(jù)采集中具有高效、快速、靈活等優(yōu)勢(shì)。但相對(duì)于RTK作業(yè)，航空攝影測(cè)量技術(shù)無(wú)人機(jī)續(xù)航能力較差，在數(shù)據(jù)處理中需要更強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)操作能力，航測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件還不夠特別成熟，精度相比于RTK精度較差。

5? 結(jié)語(yǔ)

該文利用航空攝影測(cè)量軟件Double Grid對(duì)測(cè)區(qū)云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院進(jìn)行解析空中三角測(cè)量、DEM、DOM、DLG生成，完成了數(shù)字化測(cè)圖。并從測(cè)圖時(shí)間、精度、控制點(diǎn)依賴(lài)程度、天氣因素、衛(wèi)星信號(hào)因素、物體干擾信號(hào)影響等方面對(duì)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖與RTK測(cè)圖進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)實(shí)踐證明，航空攝影測(cè)量是一種高效、靈活的測(cè)繪手段，在數(shù)字化測(cè)圖領(lǐng)域中依然有著非常大的發(fā)展空間。

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