陳青靈，王可可
（浙江有色測繪院，浙江 紹興 312000）
摘 要：航測成圖是目前城市大比例尺地形圖測繪與更新的主要手段。文章對航空攝影、像片控制、空中三角測量、3D成果制作等城市大比例尺航測成圖的各測繪工序，探討了一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。并結(jié)合實際案例，給出了相關(guān)技術(shù)參數(shù)。
關(guān)鍵詞：大比例尺；航測成圖；自動空三；3D產(chǎn)品
城市大比例尺航測成圖是目前城市基礎(chǔ)測繪與更新的主要手段。但航測成圖在城市應(yīng)用中有一定的局限性，如城市行道樹及綠化帶來的隱蔽問題、高層建筑的陰影遮蓋部分、影像不清晰的獨立地物、平坦地區(qū)的高程精度等，很難達到規(guī)范要求，需要外業(yè)進行大量補測工作。
1.1 測區(qū)困難類別
測區(qū)地勢平坦，偶有孤山、殘丘分布；水系發(fā)達，河流、蕩漾貫穿其中，鑒湖、瓜渚湖等湖泊星羅棋布。從空域、地形地貌條件等分析，并且綜合考慮氣候因素，測區(qū)實施航空攝影比較容易，所有圖幅均屬于一般航攝區(qū)域。測區(qū)地形最高點高程為306m，最低點高程為4m，測區(qū)內(nèi)的地形高差均少于1/4相對航高，整個攝區(qū)劃分為1個分區(qū)。
1.2 航線設(shè)計
按東西方向直線飛行，航線平行于圖廓線，平行于攝區(qū)邊界線的首未航線敷設(shè)在攝區(qū)邊界線上或邊界線外，確保攝區(qū)邊界實際覆蓋不少于像幅的30%。航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線至少一條基線。航向超出攝區(qū)邊界線3條基線，旁向首末航線分別位于攝區(qū)邊界線上。
1.3 航線控制
航線彎曲度不大于3%，同一航線最大與最小航高差不應(yīng)超過30m，相鄰航片航高差不應(yīng)超過20m，實際航高與預(yù)定航高差不應(yīng)超過預(yù)定航高的5%。
1.4 像片旋偏角
像片旋偏角一般不大于15°。像片傾角一般不大于2°，最大不超過3°。在一條航線上達到或接近最大旋偏角限差的像片數(shù)不得連續(xù)超過3片；在一個攝區(qū)內(nèi)出現(xiàn)最大旋偏角的像片數(shù)不得超過攝區(qū)像片總數(shù)的4%。
1.5 攝影時間
選擇太陽高度角大于45°，陰影不大于1倍。
1.6 航攝相機
航測飛機所搭載相機為大幅面數(shù)碼航攝相機UCX。UCX數(shù)碼相機的傳感器單元由8個高分辨率的光學(xué)鏡頭組成，其中4個全色波段的鏡頭，4個多光譜鏡頭（紅、綠、藍以及近紅外）。采用新一代CCD面陣技術(shù)，相機分辨率6μm，可得到17310×11310像素的超大影像幅面。平臺集成飛行管理系統(tǒng)、POS系統(tǒng)、三軸穩(wěn)定平臺等，能高效獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)。
2.1 像控點布設(shè)方案
像片控制點在平地、丘陵地采用全野外布點，山地采用區(qū)域網(wǎng)布點。區(qū)域網(wǎng)布點以不大于10條基線布設(shè)控制點，個別像片不清楚或?qū)嵉刈兓容^大的地方外業(yè)實測兩三個備用點，靠近大面積水域的主點及標準點位落水的地方，采用全野外法布點。
2.2 布點要求
全野外布點時，每一個立體像對布設(shè)四個平高點，并在像主點附近布設(shè)一個平高點。區(qū)域網(wǎng)布點的采用四角兩邊或四角兩線法。采用四角兩線法時，在區(qū)域網(wǎng)的四角各布設(shè)一個平高點，并在區(qū)域網(wǎng)兩端垂直于航線方向的旁向重疊中線附近各布設(shè)一個高程控制點。采用四角兩線法時，在區(qū)域網(wǎng)的四角各布設(shè)一個平高點，并在區(qū)域網(wǎng)兩端垂直于航線方向敷設(shè)兩條構(gòu)架航線。不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)在周邊增設(shè)像控點，并在凸角轉(zhuǎn)折處布設(shè)平高點，當凹角轉(zhuǎn)折處為一條基線時，布設(shè)高程控制點，當凹角轉(zhuǎn)折處為一條以上基線時，布設(shè)平高點。
2.3 野外選點要求
像片控制點的目標影像應(yīng)清晰，易于判別。布設(shè)的控制點宜能公用，一般布設(shè)在航向及旁向六片或五片重疊范圍內(nèi)。控制點和基準面不在同一平面時，應(yīng)量注比高至0.1m；當點位周圍不等高時，須標注比高量注的位置。當點位選刺在寬度大于0.4m的道路、田埂等線狀地物中間時，應(yīng)量取道路、田埂等的寬度至0.1m。像控點不能選刺在寬度大于1m的道路交叉中心。應(yīng)盡量避免尖頂房角等難以刺準的點位。
2.4 像控點測量
像控點利用紹興CORS網(wǎng)絡(luò)進行GPS RTK測量。為驗證像片控制RTK測量精度，同時檢驗坐標轉(zhuǎn)換成果，聯(lián)測10個城市高等級GPS水準點進行檢驗。
將數(shù)碼像機參數(shù)和像控點成果輸入全數(shù)字攝影測量工作站，通過自動匹配相關(guān)影像產(chǎn)生自動匹配點，對于點位不足區(qū)域，人工進行加點。本項目采用INPHO的MATCH-AT模塊進行空三加密平差。
空三加密劃分為3個平差區(qū)。由于航攝采用UCX數(shù)碼相機，內(nèi)定向誤差為理論值0mm。相對定向中誤差0.002mm（最大不超過0.005mm），如表1所示。絕對定向的加密點中誤差平面控制在平面0.25m、高程0.18m之內(nèi)。
表1 相對定向上下視差精度
地形類別標準點檢查點平地 丘陵地0.005mm0.01mm山地 高山地0.008mm0.15mm
絕對定向后基本定向點殘差，多余控制點不符值，公共點較差如表2所示。
坐標修測時，要注意相對定向粗差點修測及航線間公共點粗差，地面控制點粗差修測等。整體平差時根據(jù)數(shù)據(jù)情況選擇多項式整體平差，光束法整體平差，GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合平差，POS數(shù)據(jù)聯(lián)合平差或構(gòu)架航帶聯(lián)合平差等方式。
航測成圖主要是用于制作3D產(chǎn)品成果，即數(shù)字線劃地圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）。
表2 基本定向點殘差、多余控制點不符值、公共點較差的限差
基本定向點殘差多余點不符值公共點較差地形類別平面位置高程平面位置高程平面位置高程平地0.60m0.26m1.00m0.40m1.60m0.70m丘陵地0.60m0.26m1.00m0.40m1.60m0.70m山地0.80m0.60m1.40m1.00m2.20m1.60m
4.1 數(shù)字線劃地圖（DLG）
DLG測圖主要是經(jīng)過立體采集、外業(yè)調(diào)繪、內(nèi)業(yè)編輯成圖等工序。主要的技術(shù)考慮有：①DLG數(shù)據(jù)采集原則：圖面與建庫兼顧；內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性，新增地物需要外業(yè)實測；②面狀要素以線采集，滿足構(gòu)面的要求。同類要素邊線不重復(fù)表示；③要素拓撲關(guān)系滿足入庫要求，縫隙閾值為0.01m；④恢復(fù)立體模型后，應(yīng)對立體模型進行巡視檢查。對于全野外像控布點的平地、丘陵地圖幅，內(nèi)業(yè)采集高程注記點時，不能直接采用加密成果恢復(fù)的立體模型進行采集，應(yīng)在全面刪除自動匹配點后根據(jù)外業(yè)像控點重新進行絕對定向后方可采集；⑤為了保證高程精度，在8m寬以上的鋪裝路面及空曠平坦地面上，測量碎部點高程；⑥D(zhuǎn)LG分幅圖采用DWG文件格式存儲。地物為二維信息（X、Y），地貌（高程點及等高線）為三維信息（X、Y、Z/標高）。DLG庫體數(shù)據(jù)和框架數(shù)據(jù)均采用GDB格式。
4.2 數(shù)字高程模型（DEM）
DEM的格網(wǎng)間距2m，基于矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建TIN方法進行生產(chǎn)，采用ArcGIS GDB庫存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為IMG。
（1）提取DEM要素。從DLG矢量數(shù)據(jù)中提取相關(guān)要素，包括：等高線、地形高程點、雙線河流、湖泊、水庫、山塘、池塘（含魚塘）、國道、省道等。已建成的鐵路、高速公路、國道、省道參加DEM的構(gòu)建，但架空部分不參加。杭甬運河、蕭曹運河、平水江、漓渚江邊的堤岸參加DEM構(gòu)建。但溝渠、非地形高程點（例如田埂、橋等高于地面的高程點）不參加DEM的構(gòu)建。DEM成果有效范圍應(yīng)與周邊地市基本一致，無數(shù)據(jù)區(qū)采用“-9999”標識。
（2）數(shù)據(jù)編輯與接連。將參與構(gòu)TIN的三維要素在ArcGIS平臺上賦高程值。水系要素高程賦值，靜止水面的高程根據(jù)周圍的高程點、等高線等地貌要素的高程屬性合理賦值，同一對象賦一個高程。非靜止水面的高程從上游至下游按1m高程差梯度下降進行分段賦值。在Tin不完整的地方，補繪特征線。大面積建筑區(qū)采用高程推測。
（3）構(gòu)三角網(wǎng)。ArcGIS讀入三維要素，生成三角網(wǎng)Tin文件。利用程序自動添加特征點，形成特征點文件，然后重新生成三角網(wǎng)文件。由三角網(wǎng)內(nèi)插成矩形格網(wǎng)DEM文件。由DEM反演等高線，不符部分應(yīng)在DLG中查明原因并修改，主要是修正賦值錯誤，或補充特征點、特征線優(yōu)化三角網(wǎng)消除不合理的三角網(wǎng)形。
（4）DEM質(zhì)量控制。DEM檢查主要采用反演等高線法，利用DEM內(nèi)插等高線，與原等高線疊加比對。主要檢查DEM高程異常和DEM是否與地貌的總體特征相符。疊加后曲線之間的誤差不超過1/2等高距。
4.3 數(shù)字正射影像（DOM）
DOM成果地面分辨率為0.2m，采用非壓縮TIFF文件格式（帶TFW定位文件），以標準圖幅內(nèi)圖廓線外擴10像素范圍為單位存儲，真彩色。整飾文件格式為DWG（AutoCad）數(shù)據(jù)，庫體數(shù)據(jù)采用GDB格式進行存儲，以多波段柵格數(shù)據(jù)集為單位，以保證影像數(shù)據(jù)間的無縫拼接與影像數(shù)據(jù)的渲染效果，如圖1所示。
圖1 DOM生產(chǎn)流程
（1）單片正射影像獲取。將影像數(shù)據(jù)、加密成果導(dǎo)入工作臺，由系統(tǒng)自動完成像對定向。然后，以像片為單位，按照每個像對的范圍，以像主點為中心，片片糾正，生成單片正射影像。
（2）正射影像鑲嵌與圖幅裁切。選擇所有單片正射影像，先勻光，再進行拼接、圖幅裁切和正射影像輸出，最后生成影像文件和影像定位信息文件。單片正射影像拼接時，應(yīng)檢查和適當編輯拼接線，合理選擇平滑參數(shù)，使拼接效果最佳，無明顯拼接縫。拼接線應(yīng)盡量避開成片居民區(qū)、高程建筑區(qū)，沿河流中間或道路中間排列。
（3）正射影像修飾。應(yīng)本著自然美觀的原則，對影像進行適當調(diào)整，使影像清晰，色彩柔和，反差適中，幅與幅之間無明顯色差。影像陰影過長，密度過大，并已掩蓋相鄰景物的區(qū)域，應(yīng)進行陰影和密度處理。影像反差過大，造成色彩不柔和，反差過小，影響景物判別，應(yīng)進行反差調(diào)整。
通過優(yōu)化設(shè)計，對航攝數(shù)碼照片，像控選點與測量，空三加密成果，以及3D成果質(zhì)量均有所提高。本案例的DLG圖經(jīng)檢測，平面中誤差達±0.69m，高程中誤差達±0.14m。本項目設(shè)計方案對相關(guān)類似工程項目，有一定的借鑒意義。
參考文獻：
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[2]解斐斐.基于無人飛艇低空航測系統(tǒng)建筑物紋理獲取與處理技術(shù)[D].武漢大學(xué),2014.
中圖分類號：P217
文獻標志碼：A
文章編號：2096-2789（2017）06-0081-02
作者簡介：陳青靈（1975-），女，工程師，研究方向：航空攝影測量。
