航测成图法在1:2000地形图测量中的应用

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　　摘要：结合济宁市微山县旧城区地形图补测的实例，介绍了利用无人机数码航空摄影测量技术进行内外业一体化测制数字化地形图的工艺流程和作业方法，与传统作业方法相比，优势十分明显。
　　关键词：航测成图航空摄影测量工艺流程
　　1.引言
　　数字摄影测量是基于数字影像与测量的基本原理．应用计算机技术、数字影像处理、影响匹配、摸式识别等多学科的理论和方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支科学。目前，在科学技术不断发展的新时代背景下，航测技术已经广泛应用到了实践当中。本测区为1995年测制的1:2000地形图，该数据原为大平板仪测制，后经矢量化为电子数据，年代比较久远，变化很大，而且该图平面坐标系为1954年北京坐标系，高程为1956年黄海高程系。无论从坐标系统或成图精度来说，均不满足本次成图的要求。所以采用航测技术重新测量1:2000地形图。
　　2.主要作业方法
　　（1）航空摄影：采用先进的无人机技术，配合Canon5DMarkⅡ数码相机对测区进行数码航空摄影，获取数字影像。
　　（2）像片控制测量：像片控制点按区域网布设，为提高像控加密的精度，要求在区域网的两端和中部位置各增加一个平高点。像控点平面采用GPS快速静态法、RTK或测距导线测定，高程采用GPS曲面拟合法或图根水准测定。
　　（3）内业测图：在全数字摄影测量工作站上进行内业地形要素数据采集。采编所有地物外轮廓。对立体判测有疑问或影像模糊不易测定的地物，要加以说明或做出记号供外业补调，尽量为下工序提供准确、可靠、完整的数据。点状地物中心位置要求准确，线状地物要求线段连续，面状地物的测定要求图形连续且封闭，内业能定性的地形要素可直接标注图式符号。
　　（4）外业地形图调绘：在外业现场进行100％的调绘和修补测，对个别简单易补测的新增地物可利用相关地物（需先检验其正确性）直接补测上图，并标注相关距离尺寸；对于毗连或成片新增地物可先圈出其大概位置，用全站仪全野外采集数据，外业画草图，内业编辑后再巡视检查直至最终成图。
　　（5）将外业调绘修补测完成的数字线划地形图按照CASS数据标准，在计算机上编辑成满足要求的1:2000比例尺数字线划地形图（DLG）。
　　
　　生产技术流程图
　　
　　
　　
　　3.航摄技术要求
　　（1）保证全摄区无航摄相对漏洞和绝对漏洞，航向超出摄区范围至少一条基线，旁向超出摄区范围不少于30%像幅。要求航摄像片影像清晰，反差适中，层次丰富，色彩鲜明、色泽饱和无云影和划痕。
　　（2）航空摄影过程中，每天晚上数据处理时若发现漏洞或其它缺陷影响质量时，第二天及时补摄。
　　（3）像片数据的存贮和包装：像片数据应按要求记录在硬盘上，每个数据载体都应清楚地标明航摄日期、摄区代号、航线号、起止片号、总片数。
　　（4）主要技术指标
　　项目 技术指标
　　比例尺 航拍比例尺1:20000（CCD幅面比例）
　　航摄平台 测绘鹰
　　航摄数码相机 佳能5DMarkⅡ
　　相机焦距 fx=24mm
　　数码影像分辨率 6.41um
　　像片像素数 5616×3744
　　像片影象的地面分辨率 14cm
　　相对航高h 500m
　　4.航空摄影作业流程
　　
　　
　　5.像片控制测量
　　应满足CH/Z 3004-2010《低空数字航空摄影测量外业规范》4.3.1和4.3.2区域网布点的规定要求。
　　根据CH/Z 3004-2010《低空数字航空摄影测量外业规范》中附录A中表A.1、A.7、A.8计算本测区像控点布设为航向不超过5条基线，布设平高点，航带跨度为每4条航带布设平高点。
　　当像主点、标准点位落水时，落水范围的大小和位置如不影响模型连接，可按正常航线布点。当航向三片重叠范围内选不出连接点时，落水像对按全野外布点。定向点的标准点位置附近落水时，离开方位线4cm以外的航向三片重叠选不出连接点，落水像对全野外布点。全野外布点时，应最大限度地控制测绘面积，在正射影像作业时，要求在每个立体像对测绘面积的四个角上各布一个平高点。
　　选用的像片控制点点位目标影像应清晰，易于判读和立体量测。当目标与其它像片条件发生矛盾时，应着重考虑目标条件；像片控制点距离像片上各类标志应大于l00个像素，距像片边缘不得小于150个像素。
　　6.空三加密
　　本项目空三加密使用的软件是低空飞行器航空影像处理系统PixelGrid-UAV，除半自动量测控制点之外，其它所有作业，包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网等步骤均为自动完成。另外PATB光束法区域网平差程序具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能。所以，本项目结合这两套软件的优点，即PixelGrid-UAV和PATB进行优势互补和有机集成，实现自动空中三角测量。
　　（1）内定向
　　使用理论值设置内定向参数，其理论误差为0；
　　（2）相对定向和模型连接
　　当植被覆盖较多的山区或影像质量不理想导致自动相对定向失败时，则采用人工添加同名地物点进行匹配完成相对定向；对于连接失败的模型由人工添加同名连接点来完成区域网的模型连接，同时在选点中尽量在标准点位选取成对连接点，以增加网的连接强度。
　　（3）立体量测像控点
　　根据外业刺点照片和点之记使用PixelGrid-UAV立体量测功能进行像控点的转刺，加点时首先量测测区四周的控制点初次平差解算后预测加密点，利用预测结果立体量测为准，这样大大提高工作效率。
　　当在绝对定向量测像控点发现问题时及时与外业沟通，采取补救措施保证像控点正确。
　　（4）区域网接边
　　以相邻区域网中的同名地物点进行接边，当接边符合要求后取平均值作为最终成果。并且对于相邻区域网重叠区域选取大量的同名点进行接边，保证加密点的精度。
　　
　　无人机空三加密流程图
　　7.内业数据采集
　　进行航测内业数据采集时，按照CJJ 8-99《城市测量规范》要求进行。
　　（1）航测内业数据采集采用VirtuoZo NT全数字摄影测量系统。采集过程中要分清地物的类型。
　　（2）航测内业数据采集应在三维模式下进行，导出数据时，必须保留三维信息。
　　（3）航测内业采集过程中直接调用空三加密成果时，必须严格对各项定向误差进行检查核实。
　　（4）数据判绘采集时应保持原始记录的完整性、正确性，不应有断缺、遗漏、移位。
　　（5）针对本次成图的特点，对房檐的采集规定如下:有阳台的或无阳台的沿房屋的外轮廓进行采集；对于人字型屋顶房，平房能看到房基角的，直接测定基角，看不到基角的，先沿房屋的外轮廓进行采集，后对平行于屋脊的房屋边进行0.4m的内缩改正处理；楼房或占地面积较大的房屋(厂房)，有的房檐较窄或没有房檐，沿房屋的外轮廓进行采集，不作房檐改正。特殊情况内业做上标记，由外业处理；对于人字型屋顶、平顶结合的房屋，先沿房屋的外轮廓进行采集，后对人字型的房边线进行追加辅助线，为外业调绘提供判别取舍的依据。

　　（6）内业采集完成后，应按照CJJ 8-99《城市测量规范》、GB-T 20257.1-2007 《国家基本比例尺地图图式 第1部分：1:5001:1000 1:2000地形图图式》要求对采集数据进行初步编辑，形成航测线划原图，以供外业调绘补测使用。
　　8. 外业调绘
　　初编图供野外巡视检查，进行地名、单位名称、路名、桥名、水流方向等属性调绘和纠正需要房檐改正的房屋，并解决处理内业标明的疑点问题。
　　（1）调绘工作按全要素外业调绘法调绘。调绘工作底图为航内立体数据判绘采集和初编的回放图。
　　（2）调绘工作的内容包括全面核查、调注和补测。
　　全面核查，即要逐一核对和确定图上要素的性质和巡视检查应表示的要素有无错、漏。错的要纠正，漏的要补测。
　　调注的内容一般包括房屋层数的调注、房檐宽度的量注，应有外业进行的比高、深度、宽度的量注，通讯线、电力线性质及河流、渠道流向调绘，管道输送物质的调注，植被、土质调绘，用途、性质等方面的说明注记和各种地理名称的调注等。
　　补测工作的内容：一是应测而被阴影等压盖的地物；二是内业虽概略判绘了其位置但注有“不准”、“不清”记号处的地物；三是应测而内业漏测的地物(当漏测较多时退内业补测)；四是摄影后新增的重要地物。当补测地物较多或图解法补测不能保证精度时，宜采用全站仪补测。
　　（3）房檐宽度量注至分米，当房檐宽度大于3分米时，应在相应处注明其宽度，如3、4、5等。方便内业编辑时进行檐宽改正。
　　（4）地物原则上以摄影时为准，航摄后新增的重要建筑、主要道路要补测，新增的一般性地物可不补。正在建筑中的地物按图式规定符号表示。航摄后拆除的建筑在相应处打“×”，成片的用地类界标出范围，内注“拆迁区”字样。
　　（5）各种独立地物，凡能依比例尺表示的，要准确绘出外围轮廓，内配置符号；不能依比例尺表示的，应准确表示其定位点或定位线并以不依比例尺符号绘出。
　　（6）军事禁区不进入调绘。外业调绘时，周围围墙等垣栅以相应符号绘出。军事设施不表示，空出的部分以附近植被伪装处理。内部的营房、办公楼等按一般房屋表示，房屋层数在墙外能看到的调注于图上，看不到的不注层数以平房对待。其它建（构）筑物、内部道路等配合像片能判绘的判绘，判不清的可不绘。通往外部的道路、管线等绘至围墙等垣栅相应处。单位名称或番号不调注。图面上要交代合理，内注“禁测区”字样。如个别单位经沟通后仍不让进入测量的，按军事禁区处理。
　　（7）各种数量指标如宽度、长度、深度、比高，规范、图式和本技术设计书中称“大于”或“以上”的，含数字本身，“小于”或“以下”的不含数字本身，作业中予以注意。
　　宽度、长度、深度量注以m为单位，量注至0.1m；比高小于3m时量注至0.1m，大于3m时量注至整米。
　　9.结语
　　济宁微山县旧城区补测项目采用航测技术及“内外业一体化”成图，总计用时约60天，与传统全野外数字化测绘比较，内外业工作量减轻、减少，特别是外业工作大量压缩，人、财、物配置得到充分合理优化，工作效率、项目利润较大幅度提升。因此，采用无人机数码航测新技术，工艺流程自动化程度高，工作量较大幅度减少，成图周期短，生产成本低，测绘成果精度好，在未来测绘领域具有广阔的应用前景。
　　参考文献
　　（1）昊恒友，大面积大比例尺数字化成图在山区的实践．武汉大学出版社．1998．8
　　（2）刘莉，航测成图法测绘1∶2000地形图的体会，中国高新技术企业2008（14）
　　（3）张祖勋，张剑清．数字摄影测量学[M]．武汉大学出版社。1997
　　（4）王成亮，航测法在第二次土地调查中的应用，北京测绘2010（3）
　　
　　Abstract：The combination of the old city of Jining Weishan examples of topographic maps and supplementary to introduce the use of UAV technology for digital photogrammetry measurement system integration within and outside the industry, the digital topographic map of the processes and practices, compared with the traditional operating methods Ratio, the advantages are clear.
　　
　　 Key words: Aerial mapping, Aerial Photogrammetry,Technological process
　　
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