航空摄影测量在地形数据修补测量中的应用

航空摄影测量在地形数据修补测量中的应用 —— 以文昌市航天核心区地形数据修补测量为例摘要：在城市管理及规划中，现有的测绘成果不能做到实时更新，难以满足实际工作需要。为提高地形数据的时效性、完整性和权威性，充分利用现有数据成果，对已有地形数据进行修测补测变得至关重要。本文以文昌市航天核心区地形数据修补测量为例，对航空摄影测量技术在地形数据修补测量中的方法进行研究，探索出一种能够满足日常地形数据修补测量的实际应用需求的技术方法。该技术方法能够满足日常地形数据修补测量的实际应用需求。

航空摄影测量在地形数据修补测量中的应用

—— 以文昌市航天核心区地形数据修补测量为例

摘要： 在城市管理及规划中，现有的测绘成果不能做到实时更新，难以满足实际工作需要。为提高地形数据的时效性、完整性和权威性，充分利用现有数据成果，对已有地形数据进行修测补测变得至关重要。本文以文昌市航天核心区地形数据修补测量为例，对航空摄影测量技术在地形数据修补测量中的方法进行研究，探索出一种能够满足日常地形数据修补测量的实际应用需求的技术方法。该技术方法能够满足日常地形数据修补测量的实际应用需求。

关键词： 航空摄影测量；地形数据；修补测量；

作者简介： 聂飞（1983—），男，江西高安人，高级工程师，主要从事测绘、地理信息工程工作。

引言

随着城市建设的快速发展，地物地貌发生了巨大的变化。在现代城市管理及规划中，现有的测绘成果不能做到实时更新，难以满足实际工作需要。为提高地形数据的时效性、完整性和权威性，在充分利用现有的地形数据成果基础上，对已有地形数据进行修测补测变得至关重要[1-2]。航空测绘是一种利用在大气层内的飞行器为测量载体的对地测绘方法[3]。航空摄影测量是目前比较常用的测量方法，其目的是通过航空拍摄技术来获取地面目标的空间位置信息。无人机航空摄影测量是在无人机上利用航摄仪器对地面进行连续拍摄，从而绘制地形图的过程[4]。为探索一种经济、实用、快速的地形数据修补测量技术，结合航空摄影测量的技术特点，本文将对航空摄影测量技术在地形数据修补测量中的方法及作业流程进行研究。根据无人机航空摄影测量的技术特点，以文昌市航天核心区地形数据修补测量为实例，充分利用已有资料，对作业范围内1∶1 000正射影像图制作和航测法成图1∶1 000数字线划图（DLG）项目确定技术路线，主要流程包括航飞设计、像控点布设、空中三角（以下简称“空三”）测量、正射影像制作和数字线划图的采集和编辑等[5-6]。

技术路线

航摄任务开展前，需收集并分析测区内已有资料成果，再进行设备和航空摄影的前期准备。项目测区采用无人机进行航空摄影测量，同时使用HiCORS（海南连续运行卫星定位综合服务系统）服务进行测区像控点测量；使用inpho摄影测量系统进行空中三角测量计算；生成立体像对并提取高精度的数字地表模型（DSM）和数字高程模型（DEM），从而生成单模型数字正射影像（DOM）；利用DEM对影像进行正射纠正和正射影像镶嵌，将多个单模型DOM生成无缝的DOM，再经匀色处理后最终产生符合生成要求的DOM。利用航飞成果，对原有地形数据进行修补测量，按照“先内业后外业”的技术流程进行DLG生产，整个项目作业流程如图1所示。

图1 作业流程

应用案例

2.1 测区概况

文昌市位于海南岛东北部，全市轮廓呈半月形，南北长为99 km，东西宽为65 km，环疆长约为285 km，土地总面积为2 488 km2，全市属低丘台地平原地带，平均海拔为42.55 m，测区内地势平坦。根据项目要求进行无人机正射影像、地形数据生产，通过无人机航飞获取了生产范围内39.94 km2的影像数据，并完成优于0.1 m DOM和1∶1 000 DLG生产。该测区范围内覆盖HiCORS综合服务系统，等级水准点可作为检核使用。已有历史数据为2008年地形图数据，覆盖范围为15 km2。成果要求采用2000国家大地坐标系、1985国家高程基准。

2.2 航飞设计

根据无人机的性能及项目作业要求，采用智能鸟KC2000型无人机并搭载黑卡数码彩色相机DSC-RX1RM2。根据文昌市境内地形地貌特点，航摄分区高差满足航摄规范要求，将整个项目区划分为10个飞行航摄区域，并确保每个区域地面分辨率均优于0.1 m。设备具体规格型号见表1。

表1 设备选型

项目实施前计算出每个航摄区域的飞行高度及相应参数，航摄因子计算见表2。

2.3 像控点布设

根据航摄分区和地形特点，在航线上间隔4～6条基线和旁向上间隔2条航线布设平高控制点，最终形成测区像控点布设方案。该测区共布设平高点77个，实际有效点72个，剩余5个点由于遮挡等原因无法使用。像控平面控制采用HiCORS综合服务系统即网络RTK的方式进行像控点测量，像控高程控制测量采用似大地水准面精化模型成果进行高程拟合。

表2 航摄因子计算

2.4 空中三角测量

根据测区地形基础资料和飞行要求，把整个测区划分为3个分测区，空三分区加密结合如图2所示。对其他地形资料、像控点数据和影像资料等进行处理和分析，并对各分测区原始影像进行格式转换、畸变差纠正、金字塔生成等。

图2 空三分区加密结合

2.5 正射影像制作

正射影像的制作使用inpho航测处理系统的OrthoMaster模块，空三加密成果完成后可以恢复测区并创建立体像对，并将DSM/DEM数据成果导入模型。此时，可以生成单模型的DOM，然后将多个单模型的DOM通过镶嵌匀色模块生成无缝的DOM，对DOM进行匀色处理后，符合生成要求的DOM数据即基本完成。可根据要求对DOM进行分幅裁切和图廓整饰等工序，最终形成标准分幅DOM数据成果。

2.6 数字线划图的采集和编辑

根据已有的地形图，叠加DOM影像，通过ArcGIS软件进行对比检查，标识出变更区域范围即修补测范围线，在MapMatrix软件中导入补测范围线进行采集，并和已有地形数据接边。根据内业采集的数据，对疑问图斑和需要外业补测区域，进行外业疑问图斑调绘和外业补测。数字地形图的编辑和采集通常使用南方CASS软件平台，作业时根据技术设计书以及外业调绘结果，可实现采集数据的增加、删除和修改等编辑，最终形成DLG和DOM数据成果，其叠加效果如图3所示。

图3 DLG叠加DOM图

结语

本次应用实例，像控点的布设，可根据测区特点尽量选取符合设计要求的点位，不能选取测区边缘位置而影响整体控制精度；可适当增加部分冗余像控点，以防止像控点无效而返工。在进行DLG数据采集时，若是存在遗漏地物的情况，要根据影像数据及时进行自查和修改，并提高作业员对地物的认知能力。此外，航空摄影应用于地形数据修补测量时更适用于修补测量面积较大、修补测范围较集中的情况，对修补测量面积小、零星分散的修补测，从测量工作的效率性和经济性角度考虑，传统的地形修补测还是无法被取代的。