地形圖測(cè)繪中數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的應(yīng)用實(shí)踐

■ 文/李 濤 季 霞

測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展與數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)深度融合，呈現(xiàn)出一種新的發(fā)展態(tài)勢(shì)。地形圖測(cè)繪應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)以無(wú)人機(jī)為主要載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)地形圖的測(cè)繪以及編制，將采集的可視化信息數(shù)據(jù)輸入至系統(tǒng)之中，根據(jù)圖形參數(shù)數(shù)據(jù)、比例數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)分析結(jié)果等，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形圖的科學(xué)繪制，并滿足實(shí)際測(cè)繪的精度要求。

1 案例分析

某市處于我國(guó)華東地區(qū)，屬于城區(qū)攝影區(qū)位，地理位置處于東經(jīng)117°～120°，北緯34°～36°，地理海拔高度約60m，測(cè)繪面積在1200km2。測(cè)試地區(qū)大多屬于平原地區(qū)，部分地區(qū)屬于山地地區(qū)。測(cè)繪人員應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)，應(yīng)用無(wú)人機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)該地區(qū)的航空測(cè)量，數(shù)字?jǐn)?shù)碼攝像機(jī)采集彩色圖形數(shù)據(jù)，將其輸入到系統(tǒng)之中。

2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用基于遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)影像數(shù)據(jù)的采集以及分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的數(shù)字化測(cè)繪。該技術(shù)應(yīng)用基于影像學(xué)中的表面重建原理，側(cè)重于對(duì)數(shù)據(jù)圖像的角度設(shè)置，采集地理信息的表面特征，輔助應(yīng)用DEM 技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，測(cè)繪形成地形圖。從技術(shù)應(yīng)用原理角度分析，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用通過(guò)影像獲取以及影像加工的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)該技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可以直觀顯示測(cè)繪地形相關(guān)數(shù)據(jù)信息，有利于人們對(duì)信息進(jìn)行觀察以及理解，該技術(shù)應(yīng)用具備一定的精準(zhǔn)性，操作也比較簡(jiǎn)單，但需要對(duì)測(cè)量角度以及測(cè)量范圍點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。攝影測(cè)量將采集的信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，便于構(gòu)建物體表面模型。

3 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

3.1 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方案

3.1.1 航拍設(shè)計(jì)

本次案例測(cè)量為了確保數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量應(yīng)用質(zhì)量，確保其測(cè)量的精度，需要對(duì)無(wú)人機(jī)航拍質(zhì)量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度。地形測(cè)繪應(yīng)對(duì)比例尺的選擇進(jìn)行明確，案例中應(yīng)用無(wú)人機(jī)設(shè)備成圖的比例尺參數(shù)為1:500，設(shè)置航攝比例尺的參數(shù)為1:2500。

設(shè)計(jì)比例尺完成之后，對(duì)航拍儀進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際的測(cè)量以及測(cè)繪要求，綜合考慮相關(guān)參數(shù)，應(yīng)用數(shù)字航攝儀設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形數(shù)據(jù)的采集。通過(guò)合理的攝像分區(qū)，使用不同主距參數(shù)的航拍儀裝置，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審查以及檢驗(yàn)之后投入到測(cè)量應(yīng)用過(guò)程中，避免由于設(shè)備誤差導(dǎo)致測(cè)量精度受到影響。

測(cè)繪人員為了確保測(cè)量過(guò)程中不會(huì)受到天氣等其他因素所影響，對(duì)拍攝時(shí)間進(jìn)行科學(xué)控制。通過(guò)對(duì)不同測(cè)量分區(qū)之間天氣、地形等因素的初步勘察，確定每個(gè)地區(qū)的航拍攝影時(shí)間，選擇在天氣晴朗的環(huán)境下進(jìn)行拍攝，減少因天氣問(wèn)題對(duì)航拍設(shè)計(jì)所造成的影響，確保采集的數(shù)據(jù)中可以清晰的觀察到地面特征。

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，需要合理控制區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)的飛行參數(shù)以及飛行角度，對(duì)航拍過(guò)程中圖像采集的傾斜角以及重疊度等參數(shù)進(jìn)行明確，使其彎曲度可以符合實(shí)際的設(shè)計(jì)需求。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量采集的影響應(yīng)滿足質(zhì)量測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)，確保影像設(shè)計(jì)的飽滿度，觀察采集影像是否清晰，不清晰的影像應(yīng)采用效果增強(qiáng)手段，使其影像更加清晰，調(diào)整內(nèi)容包括圖像數(shù)的拉抻度以及邊緣效果等。

3.1.2 測(cè)量控制

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用將平面與平地高程布點(diǎn)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域測(cè)量點(diǎn)的控制，但需要突破區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)的局限性，在適宜的點(diǎn)位布置相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)。目前，比較常用的布點(diǎn)測(cè)量方法有兩種，分別是GPS定位方法和RTK定位定點(diǎn)測(cè)量技術(shù)。部分地區(qū)布點(diǎn)測(cè)量可以將上述兩種技術(shù)混合應(yīng)用，將其應(yīng)用到高程點(diǎn)以及平高點(diǎn)的布點(diǎn)控制中。

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中像控點(diǎn)位的選取是重中之重，也是衡量地形繪測(cè)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵之一。像控點(diǎn)位的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際的測(cè)量區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，并滿足《航空地形測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的需求。現(xiàn)代化的數(shù)字測(cè)繪技術(shù)在精度上有所提升，但受到點(diǎn)位位置的影響比較大，本次案例中共計(jì)設(shè)計(jì)268 個(gè)像控點(diǎn)位，分布合理，控點(diǎn)位置也比較精準(zhǔn)。

3.1.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是地形圖繪測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建以及數(shù)據(jù)處理，可使其呈現(xiàn)精準(zhǔn)的區(qū)域地形圖。數(shù)據(jù)采集基于通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。案例中要考慮到數(shù)據(jù)的加密屬性，并未使用單模型定向數(shù)據(jù)測(cè)量方式，而是將整個(gè)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)通信加密進(jìn)行測(cè)量，以便于后期對(duì)數(shù)據(jù)的整體化處理，使得數(shù)據(jù)具備精度以及完整性兩種數(shù)據(jù)。數(shù)字化攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用采用立體采集的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。立體數(shù)據(jù)的采集是衡量地形圖測(cè)繪質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容之一，數(shù)據(jù)采集工作借助于數(shù)字化設(shè)備實(shí)現(xiàn)，但也需要測(cè)繪人員對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格審查，操作設(shè)備在指定的范圍區(qū)域內(nèi)確保數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性以及完整性，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域地形內(nèi)容的全要素采集。由于案例采用的空三加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的保存，可以確保采集數(shù)據(jù)的精度，測(cè)繪人員僅需要保障測(cè)繪采集數(shù)據(jù)的全面性即可，為地形圖模型構(gòu)建夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在具體的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要綜合考慮立體模型各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，賦予其智能化數(shù)據(jù)圖形的功能，測(cè)繪數(shù)據(jù)采集人員需要確保每個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集的精度，減少人為操作對(duì)模型參數(shù)指標(biāo)造成的影響。

3.1.4 圖形修正

圖形修正以及圖形編輯是地形圖測(cè)繪的關(guān)鍵內(nèi)容，也是地形圖測(cè)繪的最終階段。期間涉及的建筑物以及人工設(shè)施存在直角線條，需要對(duì)其進(jìn)行正交化處理，并考慮精度設(shè)計(jì)對(duì)圖形修正所造成的影響，控制圖形精度在允許的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的科學(xué)構(gòu)建。如果數(shù)據(jù)偏差不滿足實(shí)際的地形圖繪制要求，需要重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

在進(jìn)行航攝數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，受地標(biāo)建筑所影響，很多地形無(wú)法直接進(jìn)行拍攝，建筑物以及其他設(shè)施的基礎(chǔ)位置可能會(huì)由于遮擋而無(wú)法進(jìn)行圖像的完整采集，需要進(jìn)行相應(yīng)的圖像改正，根據(jù)地表物體的位置對(duì)數(shù)據(jù)采集區(qū)域進(jìn)行明確，并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)地形地標(biāo)建筑以及設(shè)施進(jìn)行測(cè)量，為地形圖繪制補(bǔ)充數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)上述測(cè)量案例測(cè)量過(guò)程的研究，對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，按照技術(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分析，可以將其分為以下幾種。

3.2.1 DOM 技術(shù)

DOM技術(shù)是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用比較普遍的內(nèi)容，主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)定位以及數(shù)據(jù)處理之中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像以及相片數(shù)據(jù)的二次加工處理，并對(duì)其進(jìn)行裁剪，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪過(guò)程中數(shù)據(jù)糾偏的目的。根據(jù)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，該技術(shù)應(yīng)用通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)指標(biāo)，在數(shù)字化系統(tǒng)之中逐個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)鑲嵌數(shù)據(jù)的處理，解決圖像數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能出現(xiàn)的圖像失真問(wèn)題，使得圖像的清晰度可以滿足地形圖繪制的實(shí)際要求。

DOM 技術(shù)應(yīng)用期間，技術(shù)人員將所采集到的圖像數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)終端之中，此時(shí)的圖像信息比較混亂，圖像的范圍比較大，采用人工數(shù)據(jù)采集分析的方式很難獲取真正有效的信息，信息的價(jià)值會(huì)有所降低。如果應(yīng)用DOM 技術(shù)，可以自動(dòng)識(shí)別所采集的信息，排除一些無(wú)用的圖像數(shù)據(jù)以及失真的圖像數(shù)據(jù)，將有價(jià)值的信息進(jìn)行重新整合，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的科學(xué)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量區(qū)域的數(shù)據(jù)整合。

3.2.2 三角測(cè)量技術(shù)

三角測(cè)量技術(shù)是根據(jù)測(cè)量區(qū)域特點(diǎn)以及測(cè)量區(qū)域的實(shí)際環(huán)境所應(yīng)用的技術(shù)，屬于空中三角測(cè)量技術(shù)。在實(shí)際測(cè)繪過(guò)程中，測(cè)繪人員需要對(duì)測(cè)繪工作標(biāo)準(zhǔn)以及工作重點(diǎn)進(jìn)行明確，在了解無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量航向的基礎(chǔ)上，采用三角測(cè)量技術(shù)，確保地形、距離符合實(shí)際拍攝的需求。由于高度差以及特殊地形地貌會(huì)對(duì)地形圖的繪制造成一定程度的影響，使得最終的測(cè)量結(jié)果可能存在一定程度的偏差?？罩腥菧y(cè)量技術(shù)應(yīng)用通過(guò)規(guī)劃邊緣區(qū)域的方式，架設(shè)空中加密點(diǎn)，當(dāng)拍攝到無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別的圖像數(shù)據(jù)信息時(shí)，測(cè)繪人員可以手動(dòng)設(shè)置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)的調(diào)整以及優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)的測(cè)量效果。

由于三角測(cè)量技術(shù)受環(huán)境以及技術(shù)等影響較大，需要賦予數(shù)字化測(cè)繪系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)功能，需要以合理的拍攝方案為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)空中三角測(cè)量節(jié)點(diǎn)，提前對(duì)工作細(xì)節(jié)以及工作范圍等進(jìn)行明確。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)中指出，需要統(tǒng)一采集的數(shù)據(jù)圖像格式規(guī)范，使得采集的圖像以及影像信息以JPG 的格式儲(chǔ)存在系統(tǒng)之中，并適當(dāng)?shù)貙?duì)拍攝像機(jī)的焦距進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)不同的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)焦距的優(yōu)化，圖片以及影像信息采集的過(guò)程中會(huì)根據(jù)規(guī)劃的路線自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量調(diào)整。

應(yīng)用此技術(shù)需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，將采集到的圖片以及圖像信息錄入到軟件系統(tǒng)中。軟件需要具備自動(dòng)調(diào)整以及自動(dòng)定向等數(shù)據(jù)處理的基本功能，可以去除采集圖像數(shù)據(jù)中的多余像點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)交互編輯處理，將指定的區(qū)域進(jìn)行圖像連接。

3.2.3 聯(lián)測(cè)技術(shù)

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)中的聯(lián)測(cè)控制技術(shù)應(yīng)用也比較廣泛，利用無(wú)人機(jī)設(shè)備對(duì)需要測(cè)繪的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，單一的無(wú)人機(jī)無(wú)法滿足區(qū)域圖像數(shù)據(jù)采集的客觀需要。相關(guān)人員需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)模塊區(qū)域數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)設(shè)置聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)分區(qū)數(shù)據(jù)采集。測(cè)量控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要符合實(shí)際的測(cè)量需求，也要根據(jù)高點(diǎn)以及基礎(chǔ)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制點(diǎn)數(shù)量的明確，不宜過(guò)多也不宜過(guò)少，過(guò)多會(huì)影響數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)采集的效率，過(guò)少會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集量無(wú)法滿足地形圖繪制的實(shí)際要求。因此，操作人員在明確控制基準(zhǔn)點(diǎn)以及高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照測(cè)繪地形圖的比例以及設(shè)計(jì)方案對(duì)平面控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)繪相關(guān)工作。聯(lián)測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中比較常用的是GPS 技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平以及垂直交叉點(diǎn)之間的科學(xué)控制，減少可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)失真問(wèn)題，但該技術(shù)在平面區(qū)域的攝影測(cè)量中應(yīng)用具有一定的適應(yīng)性，如果地形比較復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，影響后續(xù)的數(shù)據(jù)處理以及地形圖繪制效果。

3.2.4 數(shù)字線繪制技術(shù)

數(shù)字線繪制技術(shù)是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式的轉(zhuǎn)化。數(shù)字模型和軟件系統(tǒng)之間的相互融合，既可以保障測(cè)量結(jié)果的格式符合數(shù)據(jù)模型的系統(tǒng)要求，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型構(gòu)建方向的科學(xué)性。該技術(shù)應(yīng)用可能會(huì)受到人為操作等因素影響，為減少影響，可以應(yīng)用自動(dòng)交互的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)繪中的數(shù)據(jù)處理作業(yè)，確保誤差在可控的范圍之內(nèi)。根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的特征，設(shè)置不同的數(shù)字代碼以及顏色，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)處理。

3.2.5 單片正射影像信息采集技術(shù)

部分?jǐn)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量項(xiàng)目中可能會(huì)應(yīng)用單片正攝影像信息采集技術(shù)，測(cè)量人員會(huì)將搜集的一系列信息進(jìn)行整合，繪制指導(dǎo)測(cè)量過(guò)程的水壓線以及等高線等，提高對(duì)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的控制程度。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)可以應(yīng)用通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能以及DSM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)。

3.3 應(yīng)用成果分析

基于對(duì)上述數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用程序以及應(yīng)用技術(shù)分析，對(duì)應(yīng)用成果進(jìn)行探討。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)目前在重點(diǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛，在地形圖繪制過(guò)程中應(yīng)用次數(shù)也比較多，將監(jiān)測(cè)結(jié)果與DSM 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，輔助應(yīng)用DOM 技術(shù)，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的監(jiān)測(cè)。除此之外，在處理一系列緊急情況過(guò)程中，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)也可以實(shí)時(shí)提供測(cè)繪圖像數(shù)據(jù)，輔助完成城市應(yīng)急任務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雖然數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，且精度較高，但由于其受天氣、工序等各類因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致最終的測(cè)量結(jié)果有所偏差。如何控制精度、控制質(zhì)量是測(cè)繪人員需要高度重視的問(wèn)題，尤其是地形圖測(cè)繪中，不僅存在大量的地貌特征，還包括一些房屋建筑以及人工設(shè)施，均是地形圖測(cè)繪中所需要考慮的內(nèi)容。