傾斜攝影測量技術(shù)在1：500地形圖更新中的應(yīng)用

李 律

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙 410116)

0 引 言

結(jié)合大量的研究分析可知，1：500地形圖屬于基礎(chǔ)地形圖測繪中的1種，具有工作量大和要求較多的特點。1：500地形圖中不僅包含著各類地形地物要素，同時其中也包含了很多城市發(fā)展規(guī)劃的數(shù)據(jù)要素資料。此外，在更新該地形圖的過程中，還需要利用相應(yīng)的全站儀、RTK儀器來進(jìn)行測量，在測量的過程中，往往都需要分小組進(jìn)行測量，且整體的測量工作量較大。鑒于此，如果在測量的過程中出現(xiàn)問題，必然會導(dǎo)致更新后的地圖存在成像質(zhì)量不足、精度較差等問題。鑒于此，可以利用目前比較先進(jìn)的傾斜攝影測量技術(shù)來進(jìn)行測量。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前我國國內(nèi)針對傾斜攝影也開展了很多研究，根據(jù)《三維的理性模型生產(chǎn)規(guī)范》中的相關(guān)條款要求可知，三維地理信息模型的核心在于借助可視化的模式來反映各類地理要素在三維空間中的形態(tài)。主要反映的內(nèi)容包含空間位置、幾何形態(tài)以及各類屬性等等。同時還有學(xué)者在《傾斜攝影測量技術(shù)綜述》中針對如多角度數(shù)碼相機(jī)等開展了研究，期望可以為相關(guān)科技的發(fā)展提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

此外，也針對高性能傾斜攝影處理系統(tǒng)等進(jìn)行了研究和分析，期望可以利用目前比較先進(jìn)的裸眼三維測圖技術(shù)進(jìn)行測量，以此來大幅提升1：500地形圖的精確度。

2 相關(guān)的技術(shù)流程分析

應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)針對1：500地形圖更新的相關(guān)技術(shù)流程見圖1。

圖1 技術(shù)流程Fig.1 Flowsheet of the tech

(1)在實際的測量過程中，要求測量區(qū)域內(nèi)控制點的精確度要符合要求，如果有必要還要增加相應(yīng)的控制點來更好地進(jìn)行觀測，這樣可進(jìn)一步提供趨于合格的控制資料。

(2)在測量過程中，采用多鏡頭數(shù)碼航攝儀帶POS，以此來有效輔助航空攝影系統(tǒng)，進(jìn)而提升地面攝影的分辨率。

(3)在該次測量過程中，還應(yīng)用了空三加密計算模式，然后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的三維模型。

(4)在裸眼立體數(shù)字?jǐn)z影測量制圖過程中，還需要應(yīng)用DLG技術(shù)進(jìn)行外業(yè)繪制、補(bǔ)測及編輯整理。

(5)需要借助測圖結(jié)果文件進(jìn)行編輯，然后在此基礎(chǔ)上生成相應(yīng)的數(shù)字高程模型，進(jìn)而制作正射影像圖。

(6)需要將數(shù)字線劃圖歸納到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行入庫。

3 項目實施和具體的方案分析

3.1 項目概況

該項項目位于我國南方某地的平原區(qū)域，整體的地勢呈現(xiàn)東南高，西北低的態(tài)勢。同時，在該測量區(qū)域內(nèi)的東北區(qū)域，還有少部分的丘陵和小型的湖泊。該區(qū)域的南部和西部區(qū)域是以江河沖積平原構(gòu)和湖泊構(gòu)成的寬闊平原，整體的地勢比較平坦。高程為20.7～25 m，面積為30 km2。

3.2 項目技術(shù)要求

在測量的過程中，建筑物模型的高度必須和平面尺寸的比例基本一致，同時也要嚴(yán)格控制建筑物模型高度的誤差。在1：500地形圖的更新過程中要求，精確度必須要符合市政規(guī)劃的相關(guān)要求。

3.3 外業(yè)航空飛行數(shù)據(jù)獲取

3.3.1 航飛設(shè)備

在測量的過程中，已知能夠直接使用的控制網(wǎng)為D級和E級。在該次測量過程中，采用了比較知名的大疆無人機(jī)，型號為M 600Pro。經(jīng)過測試，無風(fēng)環(huán)境發(fā)的整體飛行速度為18 m/s，最高的飛行高度為2.5 km。航攝儀的型號為成都睿鉑RIY-DG3五鏡頭傾斜相。該攝像頭具有精確度高和質(zhì)量輕等特點。此外，該鏡頭還采用了目前比較先進(jìn)的消色差技術(shù)，可以大幅提升鏡頭的敏銳值，對構(gòu)建空三建模同名點匹配具有非常重要的作用。

3.3.2 飛行計劃

測區(qū)的面積為30 km2，所以無人機(jī)需要飛行的面積約為0.35 km2。為了確保測區(qū)內(nèi)的勘測精確度以及測區(qū)內(nèi)的重疊度，在實際的飛行過程中，需要至少進(jìn)行外擴(kuò)飛行高度超過80 m 的距離。經(jīng)過計算得出，需要的飛行架次為126次。航高結(jié)合地表采樣分析得出為214 m，地表采樣精度為4 cm，飛行高度為280 m。

3.3.3 像控點布設(shè)

在針對外業(yè)的像控點進(jìn)行布設(shè)的過程中，為了確保數(shù)字三維模型的精確度，需要結(jié)合之前1：500地形圖的測繪經(jīng)驗進(jìn)行布設(shè)。例如可以借助在飛行前開展人工噴涂的方式來針對1：500地形圖的像控點進(jìn)行布設(shè)。

3.4 數(shù)據(jù)處理及實景三維模型輸出

在進(jìn)行外業(yè)航飛的過程中，為了更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及三維模型輸出，需要針對測區(qū)的重疊度和照片的質(zhì)量進(jìn)行檢驗，如果重疊度不合格，還要進(jìn)行重飛。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，需要將預(yù)先已經(jīng)處理好的原始影像和POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)的建模軟件之中。再通過空三運算、刺點等步驟，利用ContextCapture軟件對三維進(jìn)行重構(gòu)。再利用多視圖像聯(lián)合調(diào)整和多視圖像密集匹配實現(xiàn)校正。最終通過計算機(jī)聚類計算得到了一個具有osgb格式的三維實景模型。

3.5 裸眼三維測圖

需要針對已經(jīng)獲取到的DOM以及三維模型在相關(guān)的程序中進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化。然后根據(jù)1：500地形圖的測圖要求進(jìn)行模型瀏覽以及全要素DLG數(shù)據(jù)的采集以及相關(guān)的屬性編輯，確保最終的成果可以直接入庫。

在實景三維模型下開展測量工作可以從多角度對模型進(jìn)行調(diào)整，這樣可以大幅提升采集點位的精確度。同時也可以大幅提升采集信息的全面度。從而有效減少后期工作量。

3.6 外業(yè)調(diào)繪與圖幅整飾

在開展外業(yè)調(diào)繪的過程中，需要嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求來進(jìn)行。具體的調(diào)繪內(nèi)容包含以下幾方面：①測量控制點；②獨立地物；③居民地；④道路；⑤水系等等。此外，在外業(yè)調(diào)繪工作結(jié)束后，需要將相關(guān)的調(diào)繪內(nèi)容上傳到DLG中，并同步做好對DIG圖面的整理工作。

3.7 作業(yè)方法分析

若按傳統(tǒng)方法在更新地圖過程中進(jìn)行1：500地形圖測量，具體的作業(yè)方法如下：預(yù)估需要投入的技術(shù)人員數(shù)量約為30人左右，3人組成1個小組，其中每個小組每天至少需要完成0.7 km2的地圖更新任務(wù)。計算后得出完成該項目至少需要5個月的時間。如果需要計入天氣等因素對外業(yè)工作產(chǎn)生的影響，工作時間還會不斷延長。在利用無人機(jī)設(shè)備來進(jìn)行1：500地形圖更新的過程中，前期工作中，航飛和像控測量需要技術(shù)人員4人，數(shù)據(jù)處理三維建模需要1人，內(nèi)業(yè)采集工作則需要的人數(shù)較多。由于該繪圖任務(wù)各個環(huán)節(jié)相互交叉，后一項工作不會受到前一項工作進(jìn)度的干擾。在不計入氣候和天氣因素的情況下，可以在3個月內(nèi)完成地圖更新任務(wù)。同時，和一些傳統(tǒng)的工作方法相比，借助無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成的DIG成果可以大幅提升地圖的精確度，同時也可以降低外業(yè)調(diào)繪工作難度。

4 精度檢驗

為了進(jìn)一步驗證利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對1：500地形圖更新的效果，可以利用全站儀和RTK設(shè)備來進(jìn)行驗證。即可以隨機(jī)選擇地物點來進(jìn)行檢驗。

4.1 平面精度檢查

需要在測區(qū)內(nèi)的平原區(qū)域和丘陵區(qū)域選擇10個地物點，然后借助GPS進(jìn)行精度檢測。平面精度檢測結(jié)果見表1，現(xiàn)場采集點與模型平面點精度對比見表2。

表1 平面精度檢測結(jié)果Tab.1 Results of plane precise test

表2 現(xiàn)場采集點與模型平面點精度比對Tab.2 Precision comparison of collections from the site and model planes

4.2 高程精度檢查

在測區(qū)平地任意選取10個注記點，采用GPS(思拓力S3)進(jìn)行高精度檢測。高程精度檢測結(jié)果見表3。

表3 高程精度檢測結(jié)果Tab.3 Tested elevation precision

表4 現(xiàn)場采集點與模型高程點精度比對Tab.4 Precision comparison of elevations from the site and model

4.3 結(jié)果分析

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)要素分析可知，借助無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)針對1：500地形圖更新進(jìn)行測量，其平面的高程和精度均符合測量要求。少數(shù)的精度超限原因在于通視度不足以及三維模型質(zhì)量降低，可以在后期進(jìn)行修正。

5 結(jié) 語

該文主要針對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在1：500地形圖更新中等應(yīng)用進(jìn)行分析，并結(jié)合30 km2的實際案例進(jìn)行驗證，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，該項目的精度和質(zhì)量均符合相關(guān)要求，從而進(jìn)一步證實了該技術(shù)在地圖更新中的可行性。通過研究分析可知，借助無人機(jī)傾斜攝影除了技術(shù)進(jìn)行1：500地形圖測量的過程中，具有以下優(yōu)勢：①可以有效降低外業(yè)工作人員的工作壓力和成圖時間；②模型數(shù)據(jù)的處理需要依靠計算機(jī)完成；③開展內(nèi)業(yè)全要素采集的過程中，對采集信息的完全度非常高；④可以有效減少外業(yè)調(diào)繪的工作量；⑤可以借助航測方式來提升測繪搞沉的精確度；⑥可以確保圖樣的精度統(tǒng)一性和均勻性，降低人為因素產(chǎn)生的干擾。