基于航摄数据的大比例尺测图应用研究

曹　茜，娄　伟

（山东元鸿勘测规划设计有限公司，山东济南250000）

基于航摄数据的大比例尺测图应用研究

曹茜*，娄伟

（山东元鸿勘测规划设计有限公司，山东济南250000）

在简要阐述航空摄影测量的理论方法、流程及特点的基础上，以山东省德州市航摄数据为例，结合外业控制点对原始航片数据进行空三加密、立体采集等处理，获得该项目区的大比例尺线划图（DLG）及正射影像图（DOM），并结合野外实测数据对成果进行精度评价，结果表明无人机摄影测量技术在大比例尺测图具有较高的时效性、适用性与推广能力。

无人机航摄系统；空三加密；数字成图；DLG；DOM

随着信息技术、数字图像处理、模式识别、人工智能及专家系统等学科与技术在测绘领域中的广泛应用，近年来新技术新方法层出不穷。摄影测量也逐步经过模拟摄影测量、解析摄影测量阶段，全面进入到数字摄影测量的阶段，其数据获取手段、数据分析方法与技术、输出产品多样性及时效性等方面得到了极大地提升。科学技术与社会需求的迅速发展导致传统测量技术已无法满足现今多领域多元化的需要。

1　方法

无人驾驶飞机简称无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），是一种利用无线电遥控设备和自备程序来进行控制装置操纵的无人驾驶航空器。它以无人驾驶飞行器为飞行平台，负载数码相机、数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录，通过遥感数据处理技术进行影像的同步传输，以实现对地理信息的实时调查与监测［1］。作为一种新型的应用型技术，无人机航摄系统具有视角广、精度高、成本低、效率高等众多优势，在地籍测量、公路测设、城市建设规划等领域得到广泛应用［2］。

摄影测量是从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他地物的几何属性等可靠信息的工艺、科学与技术［3］。摄影测量科学是一门有着悠久历史的学科，并且随着各种科技手段的发展进步，影像采集的法由传统的胶片式成像模式转变为目前应用广泛的数码成像模式；影像采集平台也由传统的稳定的大飞机转变为无人机。这种技术的进步与发展，不仅使航测影像拍摄工作成本和人工成本大大降低，而且拓宽了数据探测范围，甚至能够深入气候严酷的无人区，使得摄影测量的应用领域越来越广［4］。

采用航空摄影技术进行大比例尺成图的基本流程如图1所示：

图1　航测成图技术路线

2　实例分析

2.1项目区概况

乐陵市位于山东省西北部，是德州市所辖的一个县级市。北临天津滨海新区，东依山东半岛城市群，地处环渤海经济圈与山东半岛制造业基地（半岛城市群）结合部，北京、天津、济南经济龙脉的中心位置，是山东省的北大门和主要进京门户，素有“齐燕要塞”、“鲁冀枢纽”之称。

该项目区位于乐陵市境内，北纬37°08′19″～37°10′20″，东经117°11′27″～117°12′46″。测区主要为平原地形，地形起伏不大，较为平坦。测区内最大高差约为50m，东西长约1km，南北宽约1km。

2.2外业控制测量

（1）无人机航摄设计。数据采集过程，测区内航线按照东西方向共敷设6条航线（见图2），航向重叠度为65%，旁向重叠度为35%，航摄比例尺约为1∶4000。本次拍摄采用的相机为Nikon D800，相机焦距为f= 35.872588mm，相对航高约为600m，摄影基线长度约为60m。摄影方式采用定点曝光方式。

图2　航线设计图

（2）控制点布点。该项目区地面外业测量采用全站仪作业。为满足该项目区地形及大比例尺测图精度规范，在每个区域横跨四条基线布一个控制点。像控点原则上应选刺在航向及旁向6片重叠范围内，且布设的控制点在航线间尽量公用。自由图边的像控点，应布设在图廓线以外，以保证满幅。像控点应选择在旁向重叠中线附近，且整个项目区控制点的布设原则为：边缘密布，测区内部均匀布点，从而保证整个项目区的平差及成图精度。

2.3数据处理分析

（1）空中三角测量。在整个航空摄影测量流程中最为关键的是空中三角测量技术，即空中加密技术。空中三角测量主要包括内业数据处理、相对定向、平差计算等主要步骤［5］。进行空三加密的目的在于对影像纠正、高程采集及航测立体测图提供定向的成果。

该项目区采用武汉航天远景公司的数码空中三角测量系统DATMatrix结合外业所测量的控制点，利用空中三角解析测量的原理，完成对内业测图点进行平差结算。其中，平差采用PATB软件进行。

调节测区内控制点平差权值与匹配点位置，将测区内争议点误差交接到误差允许范围内，即低于2像素。最终加密精度满足项目设计书要求。测区加密点标准差如表1所示。

表1　加密点标准差统计表（单位：m）

（2）DLG数据。MapMatrix系统是航天远景公司设计的多源信息处理平台，主要应用于DEM、DOM、DLG等数字成果的生产，具有强大的图形显示及编辑功能，和便捷的人机交互处理界面［6］。空三加密后，结合项目设计书要求对测区内主要地物及地貌元素进行分层采集。

（3）DOM数据。数字正射影像图（DOM，DigitalOrthophoto Map）是对航空（或航天）像片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有满足地图几何精度和数字影像特征的图像［7］。

依据项目区成图规范与要求，基于空三加密工程设置DEM网格大小，生成DEM。再由相应的单幅DEM经数字微分纠正后输出DOM，分辨率设置为0.1m。并对DOM进行匀色、镶嵌等编辑，最终生成该项目区数字正射影像图。

2.4成果评价

检查点主要分布在项目区内部，采用全站仪对围墙角、电杆、房屋角、道路交叉点等特征明显的地物点进行平面及高程数据采集，并在图纸上进行标注。将检查点坐标与成果坐标进行对比计算，得出检查点误差与中误差。见表2。

表2　精度统计表（单位：m）

对比数据分析，平面中误差及高程中误差都满足GB/T 15967-2008《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量数字化测图规范》要求，且精度满足项目计划书要求。

将矢量采集数据与正射影像套合对比发现，两者套合准确，且无明显的拉花、拼痕等问题，满足项目要求。

3　结语

利用无人机机动、快速航摄等特点，使用无人机获取的高分辨率影像，结合地表布设的一定数量的像控点，完成了进行空三加密处理，实现了在航测数字测图系统中进行地形图测绘，随后结合外业检测点数据，进行地形图修测，最终生成了DLG，DOM等主流测绘数据产品。

但是，无人机航摄技术属于比较新的领域，相关的技术配套、设备、人员到软件，到相关的技术流程与质量控制想要完全成熟还需要一定的时间。但在国家开放低空空域后，无人机低空遥感技术这项地理信息数据快速获取技术近年快速发展起来，相信随着相关技术和方法的逐渐完善，这些问题都会迎刃而解，应用领域将会更加广泛，前景将会越来越好。

［1］王青山.简述无人机在遥感技术中的应用［J］.测绘与空间地理信息，2010，33（3）：100-104.

［2］郭辉，李天子，徐克科.基于数字影像的大比例尺测图［J］.地理空间信息，2006，4（3）：61-63.

［3］王树根，张剑清，潘励.摄影测量学［M］.武汉大学出版社，2009.

［4］马俊.基于GoogleEarth的无人机地面站监控系统［D］.2011.

［5］张国柱，许桂平.城市大比例尺测图中全数字摄影测量的应用方法［J］.科技信息，2011（5）：34-35.

［6］熊文平，李文杰.浅谈MapMatrix系统下DEM和DOM的制作方法［J］.中国新技术新产品，2013（4）：30-31.

［7］郭广田.无人机航空摄影测量技术制作呼和浩特市回民区1∶2000正射影像图［J］.内蒙古科技与经济，2013（8）：91-93.

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1004-5716（2016）05-0124-03

2015-04-25

2015-04-29

曹茜（1987-），女（汉族），山东新泰人，助理工程师，现从事无人机航测在实际生产中的研究、管理工作。