城市大比例尺航測成圖關鍵技術探討

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成果製作等城市大比例尺航測成圖的各測繪工序，探討了一系列關鍵技術問題。並結合實際案例，給出了相關技術參數。

關鍵詞：大比例尺；航測成圖；自動空三；3D產品

城市大比例尺航測成圖是目前城市基礎測繪與更新的主要手段。但航測成圖在城市應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、高層建築的陰影遮蓋部分、影像不清晰的獨立地物、平坦地區的高程精度等，很難達到規範要求，需要外業進行大量補測工作。

1 航空攝影

1.1 測區困難類別

測區地勢平坦，偶有孤山、殘丘分布；水系發達，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，並且綜合考慮氣候因素，測區實施航空攝影比較容易，所有圖幅均屬於一般航攝區域。測區地形最高點高程為306m，最低點高程為4m，測區內的地形高差均少於1/4相對航高，整個攝區劃分為1個分區。

1.2 航線設計

按東西方向直線飛行，航線平行於圖廓線，平行於攝區邊界線的首未航線敷設在攝區邊界線上或邊界線外，確保攝區邊界實際覆蓋不少於像幅的30%。航向覆蓋超出攝區邊界線至少一條基線。航向超出攝區邊界線3條基線，旁向首末航線分別位於攝區邊界線上。

1.3 航線控制

航線彎曲度不大於3%，同一航線最大與最小航高差不應超過30m，相鄰航片航高差不應超過20m，實際航高與預定航高差不應超過預定航高的5%。

1.4 像片旋偏角

像片旋偏角一般不大於15°。像片傾角一般不大於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不得連續超過3片；在一個攝區內出現最大旋偏角的像片數不得超過攝區像片總數的4%。

1.5 攝影時間

選擇太陽高度角大於45°，陰影不大於1倍。

1.6 航攝相機

航測飛機所搭載相機為大幅面數碼航攝相機UCX。UCX數碼相機的感測器單元由8個高解析度的光學鏡頭組成，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）。採用新一代CCD面陣技術，相機解析度6μm，可得到17310×11310像素的超大影像幅面。平台集成飛行管理系統、POS系統、三軸穩定平台等，能高效獲取高解析度影像數據和POS數據。

2.1 像控點布設方案

像片控制點在平地、丘陵地採用全野外布點，山地採用區域網布點。區域網布點以不大於10條基線布設控制點，個別像片不清楚或實地變化比較大的地方外業實測兩三個備用點，靠近大面積水域的主點及標準點位落水的地方，採用全野外法布點。

2.2 布點要求

全野外布點時，每一個立體像對布設四個平高點，並在像主點附近布設一個平高點。區域網布點的採用四角兩邊或四角兩線法。採用四角兩線法時，在區域網的四角各布設一個平高點，並在區域網兩端垂直於航線方向的旁向重疊中線附近各布設一個高程式控制制點。採用四角兩線法時，在區域網的四角各布設一個平高點，並在區域網兩端垂直於航線方向敷設兩條構架航線。不規則區域網在周邊增設像控點，並在凸角轉折處布設平高點，當凹角轉折處為一條基線時，布設高程式控制制點，當凹角轉折處為一條以上基線時，布設平高點。

2.3 野外選點要求

像片控制點的目標影像應清晰，易於判別。布設的控制點宜能公用，一般布設在航向及旁向六片或五片重疊範圍內。控制點和基準面不在同一平面時，應量注比高至0.1m；當點位周圍不等高時，須標註比高量注的位置。當點位選刺在寬度大於0.4m的道路、田埂等線狀地物中間時，應量取道路、田埂等的寬度至0.1m。像控點不能選刺在寬度大於1m的道路交叉中心。應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網路進行GPS RTK測量。為驗證像片控制RTK測量精度，同時檢驗坐標轉換成果，聯測10個城市高等級GPS水準點進行檢驗。

3 空中三角測量

將數碼像機參數和像控點成果輸入全數字攝影測量工作站，通過自動匹配相關影像產生自動匹配點，對於點位不足區域，人工進行加點。本項目採用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。由於航攝採用UCX數碼相機，內定向誤差為理論值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。

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

絕對定向後基本定向點殘差，多餘控制點不符值，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。整體平差時根據數據情況選擇多項式整體平差，光束法整體平差，GPS數據聯合平差，POS數據聯合平差或構架航帶聯合平差等方式。

航測成圖主要是用於製作3D產品成果，即數字線劃地圖（DLG）、數字正射影像圖（DOM）、數字高程模型（DEM）。

表2 基本定向點殘差、多餘控制點不符值、公共點較差的限差

基本定向點殘差多餘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 數字線劃地圖（DLG）

DLG測圖主要是經過立體採集、外業調繪、內業編輯成圖等工序。主要的技術考慮有：①DLG數據採集原則：圖面與建庫兼顧；內業定位，外業定性，新增地物需要外業實測；②面狀要素以線採集，滿足構面的要求。同類要素邊線不重複表示；③要素拓撲關係滿足入庫要求，縫隙閾值為0.01m；④恢復立體模型後，應對立體模型進行巡視檢查。對於全野外像控布點的平地、丘陵地圖幅，內業採集高程註記點時，不能直接採用加密成果恢復的立體模型進行採集，應在全面刪除自動匹配點後根據外業像控點重新進行絕對定向後方可採集；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；⑥DLG分幅圖採用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庫體數據和框架數據均採用GDB格式。

4.2 數字高程模型（DEM）

DEM的格網間距2m，基於矢量數據構建TIN方法進行生產，採用ArcGIS GDB庫存儲數據，數據格式為IMG。

（1）提取DEM要素。從DLG矢量數據中提取相關要素，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構建。但溝渠、非地形高程點（例如田埂、橋等高於地面的高程點）不參加DEM的構建。DEM成果有效範圍應與周邊地市基本一致，無數據區採用「-9999」標識。

（2）數據編輯與接連。將參與構TIN的三維要素在ArcGIS平台上賦高程值。水系要素高程賦值，靜止水面的高程根據周圍的高程點、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，補繪特徵線。大面積建築區採用高程推測。

（3）構三角網。ArcGIS讀入三維要素，生成三角網Tin文件。利用程序自動添加特徵點，形成特徵點文件，然後重新生成三角網文件。由三角網內插成矩形格網DEM文件。由DEM反演等高線，不符部分應在DLG中查明原因並修改，主要是修正賦值錯誤，或補充特徵點、特徵線優化三角網消除不合理的三角網形。

（4）DEM質量控制。DEM檢查主要採用反演等高線法，利用DEM內插等高線，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徵相符。疊加後曲線之間的誤差不超過1/2等高距。

4.3 數字正射影像（DOM）

DOM成果地面解析度為0.2m，採用非壓縮TIFF文件格式（帶TFW定位文件），以標準圖幅內圖廓線外擴10像素範圍為單位存儲，真彩色。整飾文件格式為DWG（AutoCad）數據，庫體數據採用GDB格式進行存儲，以多波段柵格數據集為單位，以保證影像數據間的無縫拼接與影像數據的渲染效果，如圖1所示。

圖1 DOM生產流程

（1）單片正射影像獲取。將影像數據、加密成果導入工作台，由系統自動完成像對定向。然後，以像片為單位，按照每個像對的範圍，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，最後生成影像文件和影像定位信息文件。單片正射影像拼接時，應檢查和適當編輯拼接線，合理選擇平滑參數，使拼接效果最佳，無明顯拼接縫。拼接線應盡量避開成片居民區、高程建築區，沿河流中間或道路中間排列。

（3）正射影像修飾。應本著自然美觀的原則，對影像進行適當調整，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，並已掩蓋相鄰景物的區域，應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，應進行反差調整。

通過優化設計，對航攝數碼照片，像控選點與測量，空三加密成果，以及3D成果質量均有所提高。本案例的DLG圖經檢測，平面中誤差達±0.69m，高程中誤差達±0.14m。本項目設計方案對相關類似工程項目，有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]薛阿亮,胡海洋.無人機航測技術生產應用型研究及分析[J].礦山測量,2014,(5):22-24.

[2]解斐斐.基於無人飛艇低空航測系統建築物紋理獲取與處理技術[D].武漢大學,2014.

中圖分類號：P217

文獻標誌碼：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。