淺談大比例尺數(shù)碼航空攝影測量在城鎮(zhèn)測繪項目中的應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］大比例尺；數(shù)碼航空攝影；城鎮(zhèn)測繪

1. 工程區(qū)概況

臨水鎮(zhèn)位于安徽省六安市霍邱縣西北，坐落于大別山余脈古璧山下，瀕臨淮河，兩省三縣接合處，西部與沿淮重鎮(zhèn)河南省三河尖鎮(zhèn)接壤，北部與阜陽市隔淮河相望。測區(qū)西側(cè)是泉河，往東約3 km是貫穿霍邱南北的濟廣高速公路（G35）與105國道，東南距馮井鎮(zhèn)約5 km，水陸交通方便。測區(qū)內(nèi)地形起伏較大，為微丘陵崗地，海拔20～110 m，植被發(fā)育。為滿足霍邱縣臨水鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的需要，臨水鎮(zhèn)人民政府對臨水鎮(zhèn)及周邊區(qū)域1∶1000數(shù)字化航攝地形圖測繪及彩色數(shù)字正射影像圖（DOM）制作約6.5 km2。

2. 作業(yè)依據(jù)

本測區(qū)已有安徽省測繪局2010年出版的1∶1萬地形圖可做工作用圖，也可作為本次航攝規(guī)劃用圖。測區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)已有國家C級點“南照集”“周集”“大昌”為本測區(qū)的平面起算點；國家Ⅱ等水準點瓦房小學可作為本測區(qū)的高程起算點。2009 年安徽省礦權(quán)核查所做的D 級點LAD004、LAD006、LAD021可作為本測區(qū)測量的檢查點。經(jīng)過實地踏勘和儀器檢測，測區(qū)內(nèi)國家C級控制點“周集”“大昌”、國家Ⅱ等水準點瓦房小學，2009年安徽省礦權(quán)核查所做的D級點LAD004、LAD006、LAD021標石保存完好，而且覆蓋本測區(qū)全部區(qū)域，作為本測區(qū)控制點使用。

3. 測繪系統(tǒng)架構(gòu)及特征

3.1測繪系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1飛行平臺簡介

本次航空攝影測量項目采用國產(chǎn)固定翼FG55TMO無人飛行器系統(tǒng)。其主要技術(shù)參數(shù)如下：機型為FG55TMO，機長1.9 m，翼展1.9 m，機高45 cm，飛行高度100～3000 m，控制半徑15 km，控制方式為遙控、程控、自主，續(xù)航時間2h，起飛方式為滑跑，回收方式為滑降，任務(wù)荷載為7.5 kg，工作溫度零下10℃到零上40℃，F(xiàn)G55TMO無人飛行器系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表1。

3.1.2航攝儀器簡介

航攝儀器：佳能5D markⅡ+蔡司35 mm定焦鏡頭。其主要技術(shù)參數(shù)如下：相機類型Canon EOS 5D MarkⅡ-35 mm，短邊像元數(shù)3744個，長邊像元數(shù)5616個，像元為6.4 μm，焦距35 f/㎜，放大倍數(shù)為16倍，相片基線線長度8.39 mm，相片基線線長度12.58 mm，相對航高547 m，成圖比例尺為1∶1000，技術(shù)參數(shù)見表2。

3.1.3地面站操控軟件

無人飛行器的操控軟件，包含航路的自動規(guī)劃，融合google地圖，1000航點規(guī)劃自動駕駛飛行，航攝定點曝光、旋偏角K自動修正、飛行航跡圖實時顯示等[1]。

3.2航空攝影技術(shù)和要求

航線按圖廓中心線敷設(shè)，像片航向重疊度應(yīng)為60%～80%，最小不應(yīng)小于53%；旁向重疊度一般應(yīng)為15%～60%，最小不應(yīng)小于8%；航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線一般不少于兩條基線。像片最大傾角一般不大于5°，最大不超過12°，出現(xiàn)超過8°的片數(shù)不多于總數(shù)的10%。同一航線相鄰像片的航高差不應(yīng)大于30 m，最大航高與最小航高之差不應(yīng)大于50 m，實際航高與設(shè)計航高之差不應(yīng)大于50 m；基本航線按東西方向布設(shè)。

4. 基礎(chǔ)控制測量與像控測量布設(shè)

4.1控制測量

（1）測前準備：a.首先到安徽省測繪局地理信息中心申請使用CORS，并簽訂保密協(xié)議。b.將SIM手機卡裝入具有GPRS功能的接收機[2]。打開確認接收狀態(tài)，應(yīng)用并設(shè)置為GSM移動站。

（2）計算轉(zhuǎn)換參數(shù)：在獲得測區(qū)坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換七參數(shù)時采用國家C級點“南照集”“周集”“大昌”、國家二等水準點瓦房小學作為起算點，2009年安徽省礦權(quán)核查所做的D級點LAD004、LAD006、LAD021作為檢查點使用。所選起算點和檢查點均勻分布。求解的轉(zhuǎn)換參數(shù)見表3。

經(jīng)檢查，本測區(qū)的已知點平面檢查較差為2 cm，高程檢查較差為3 cm，平面模型殘差為1 cm，高程模型殘差為2 cm。質(zhì)量較好，符合規(guī)范，可以使用。

4.2像控點的布設(shè)與施測

4.2.1像片控制點布設(shè)原則

（1）平高控制點的旁向跨度一般不超過2條航線，航向跨度一般地區(qū)不超過6條基線，困難地區(qū)一般不超過10條基線。本測區(qū)像控點均布設(shè)為平高點，見圖1。

（2）檢查點宜布設(shè)在像主點附近，不參與平高區(qū)域網(wǎng)平差，用于檢查加密成果的可靠性。

（3）特殊困難及隱蔽地區(qū)外業(yè)選擇像控點困難時，可采用雙模型布點，見圖2。

（4）像主點和標準點落水的布點

本測區(qū)涉及的河流，均在原有布點基礎(chǔ)上，沿河流邊增加2～3對像控點。山地部分按正常像控點布設(shè)，一般不超過10條基線。

4.2.2像片控制點施測

（1）像片控制點與外業(yè)控制點同步進行實測，像片平高控制點的高程采用GPS高程擬合方法測定。實地選點時既要選擇影像清晰的明顯地物點，如接近線狀地物的交點，地物拐角點等實地辨認誤差小于圖上0.1 mm的地物點，也要顧及局部高程不能變化太大；不可在弧形地物及高程變化較大的斜坡處選擇像控點。

（2）像控點的測量根據(jù)已有的GPS控制網(wǎng)資料，采用RTK技術(shù)測量。觀測采用實時動態(tài)GPS技術(shù)，當點位精度符合要求后，記錄觀測成果。像控點的命名以P打頭后加六位自然數(shù)字，如P030425?！?3”代表航線的排序數(shù)，“042”為相片順序號。“5”代表像控點在像片上點序。

觀測前認真建立基準站，基準站的建立滿足下列要求：

基準站位于測量區(qū)域的中心附近，且便于看護和架設(shè)。

計算“七參”時，所選的高級控制點均勻分布于測量區(qū)域，周邊外的點必須位于測量區(qū)域外。

測量區(qū)域半徑不超過5 km。

每次觀測前均在已知點上進行檢核，確定基準站和接收手簿各項參數(shù)輸入正確后正式作業(yè)。

觀測時認真測量每一點的天線高度，并正確輸入每一站的天線高，確保每點觀測成果的正確可靠。觀測時使天線水平氣泡居中并保持穩(wěn)定。實地觀測時每點都作記錄，如點位特征等。

（3）像片控制點的精度要求

平面控制點和平高控制點相對鄰近基本控制點的平面位置點位中誤差不超過圖上0.1 mm。高程控制點和平高控制點相對鄰近控制點的高程中誤差不超過0.1 m。

5. 數(shù)碼航測內(nèi)業(yè)成圖

5.1航測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件

本次航測內(nèi)業(yè)空三軟件采用數(shù)碼新空三系統(tǒng)DATMatrix v1.0和新型數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)MapMatrix。相對于常規(guī)的軟件，DATMatrix自動化程度顯著提高。和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)攝影測量工作站相比，新型數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)MapMatrix具有作業(yè)過程自動化、采編入庫一體化、數(shù)據(jù)處理海量化等優(yōu)點[3]。

5.2影像處理

影像數(shù)據(jù)處理包括如下內(nèi)容：

（1）原始影像航攝漏洞檢查，使用航攝漏洞檢查軟件對航攝飛行影像數(shù)據(jù)進行航攝空白區(qū)漏洞檢查，通過檢查，在測區(qū)及時決定是否進行航攝補拍；

（2）根據(jù)后處理要求，對原始數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，但不應(yīng)丟失幾何信息和輻射信息；

（3）影像畸變須糾正處理，使用糾正軟件對原始航攝影像進行處理，通過處理消除影像的畸變差；

（4）影像勻光勻色處理，使用專門軟件，對數(shù)字圖像進行處理，通過處理，消除成像條件（天氣條件、光照條件、硬件條件等）對數(shù)字影像的各類影響。

5.3數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作

（1）地形圖精度情況：平面精度要求當成圖比例尺采用加密點時，平地、丘陵地形誤差不大于0.4 mm，山地、高山地形誤差不大于0.55 mm；當成圖比例尺采用地物點時，平地、丘陵地形誤差不大于0.6 mm，山地、高山地形誤差不大于0.8 mm。高程精度要求誤差不大于表5規(guī)定：

（2）定向建模：在數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)MapMatrix上采用批處理的方法完成各個立體模型的建立[4]。

5.4內(nèi)業(yè)工作時間安排

根據(jù)合同工期要求，內(nèi)業(yè)作業(yè)流程中各項工作內(nèi)容及工作量，制定工作計劃和工程項目進度計劃時間表，指導(dǎo)各工序順利實施。

附：工作進度時間安排表

6. 數(shù)字化地形圖測量質(zhì)量要求

臨水鎮(zhèn)及周邊測區(qū)1∶1000數(shù)字化地形圖測量工作嚴格按測繪工作作業(yè)程序進行，從控制測量、飛行攝影、測量像控點、野外調(diào)繪到空三加密解算、立體測圖，通過作業(yè)員自檢互檢、專職質(zhì)檢員檢驗，保證上一工序合格后再進入下一工序，從而保證作業(yè)成果滿足規(guī)范和技術(shù)設(shè)計書要求。

臨水鎮(zhèn)及周邊測區(qū)的航攝飛行地天氣較好，天氣晴朗無云，能見度好，微風，從而保證飛行姿態(tài)滿足航攝要求。飛行季節(jié)是冬春交會時節(jié)，樹木麥苗沒有返青，攝取的相片清晰，陰影少。

空三加密成果滿足要求：航帶總數(shù)16 條，航片總數(shù)364張，加密點數(shù)1510個，相對定向中誤差為5.1 μm。內(nèi)業(yè)成圖的地物、地貌等測繪要素標示齊全、綜合取舍合理，圖式符號運用正確，高程點測注符合規(guī)定，地理精度、數(shù)學精度良好，能較好反映本測區(qū)的地理特征。

綜合評定臨水鎮(zhèn)及周邊測區(qū)1∶1000數(shù)字化地形圖測量成果，控制測量精度符合規(guī)范要求，地形圖精度和圖面整飾質(zhì)量滿足規(guī)范的要求，提交資料齊全，測繪成果能夠滿足規(guī)劃設(shè)計用圖的需要，自評質(zhì)量等級評定為“良”，可供建設(shè)方使用。

7. 結(jié)論

本測區(qū)采用無人機航空攝影測量，與傳統(tǒng)解析數(shù)字測繪成圖比較，優(yōu)點是項目測量周期短，測量外業(yè)工作量少，地形圖表示的地形、地貌完整性好，工作效率高。其缺點是，與傳統(tǒng)解析數(shù)字測繪成圖比較，地形圖平面及高程精度稍低。采用無人機航空攝影測量測繪大比例尺地形圖時，提高地形圖數(shù)學精度要做到：一要獲取高質(zhì)量數(shù)碼真彩像片；二是適當增加像片航向及旁向重疊度；三是外業(yè)適當增測像控點個數(shù)，提高地形圖的高程精度?？杉涌斐擎?zhèn)建設(shè)化速度。