新型測繪技術(shù)在新化縣1:500地形圖更新與匯交項目中的應(yīng)用研究

雷惠敏 LEI Hui-min；陳則剛 CHEN Ze-gang

（①湖南省生態(tài)地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測所，長沙 410119；②湖南中核建設(shè)工程有限公司，長沙 410119）

0 引言

根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)全省基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)與更新工作的通知》（湘自然資辦發(fā)﹝2020﹞189號）與《關(guān)于加快推進(jìn)1:500地形圖更新與匯交工作的通知》（湘自資辦發(fā)﹝2021﹞18號）要求，從2021年7月1日起，1:500地形圖將作為全省用地審批、不動產(chǎn)統(tǒng)一確權(quán)登記、國土空間規(guī)劃等業(yè)務(wù)工作底圖，與用地審批業(yè)務(wù)掛鉤。為更好保障新化縣自然資源管理和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的需求，結(jié)合新化縣實(shí)際情況，開展新化縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)1∶500地形圖年度更新項目。

1 已有資料分析

1.1 控制資料

①湖南省自然資源廳（原國土資源廳）于2006年完成的湖南省大地水準(zhǔn)面精化項目A、B、C級GNSS點(diǎn)成果，精度優(yōu)良、兼容性強(qiáng)，點(diǎn)位保存完好，可作為本項目像控測量的起算資料和檢測資料。

②湖南省HNCORS系統(tǒng)，各站點(diǎn)均勻分布，運(yùn)行完好，HNCORS基準(zhǔn)站可作為航空攝影的地面基站，HNCORS系統(tǒng)配合湖南省大地水準(zhǔn)面精化模型（內(nèi)符合精度達(dá)±2厘米），可直接用于圖根測量、地物要素采集、像控測量等工作。

③縣自然資源局已有控制網(wǎng)點(diǎn)位保存完好的，經(jīng)精度檢測后可利用。

1.2 圖件及數(shù)據(jù)資料

①縣城區(qū)已有1:500地形圖，對變化區(qū)域更新和規(guī)范化整合處理后，能形成符合要求的1:500數(shù)字線劃圖。

②縣城區(qū)已有傾斜三維模型，經(jīng)模型精度檢測后可直接用于1∶500地形圖新測及修補(bǔ)測。

③湖南省自然資源廳組織實(shí)施的湖南省遙感影像統(tǒng)籌與數(shù)據(jù)生產(chǎn)項目制作的全省高分辨率正射影像，2020年實(shí)現(xiàn)了0.5米和1米分辨率的全省覆蓋；2021年擬實(shí)現(xiàn)1米分辨率覆蓋全省4次，0.5米分辨率主城區(qū)覆蓋1次、下半年覆蓋全省1次，可選擇區(qū)域內(nèi)強(qiáng)現(xiàn)勢性高分辨率遙感影像用于確定修測范圍、像控布設(shè)等工作。

④第三次國土調(diào)查或最新國土變更調(diào)查成果的行政界線成果，結(jié)合收集最新村鎮(zhèn)合并資料更新后，可作為本次1:500地形圖成果的行政界線。

2 作業(yè)流程

采用傾斜攝影測量技術(shù)的地區(qū)需同步生產(chǎn)實(shí)景三維立體模型、數(shù)字線劃圖（DLG）、正射影像圖（DOM）。傾斜三維測圖主要包括像控測量、傾斜航空攝影、三維建模、三維測圖、調(diào)繪和上圖等步驟，采用無人機(jī)以傾斜攝影的方式生成高精度三維實(shí)景模型，基于模型采集各類地形要素，對由于視野受阻造成實(shí)景三維模型局部變形、模糊而導(dǎo)致難以準(zhǔn)確采集的地物以及各類屬性信息，輔以外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測，經(jīng)上圖編輯，正確處理空間拓?fù)潢P(guān)系后，分別導(dǎo)出符號化和非符號化成果數(shù)據(jù)。

局部存在現(xiàn)勢性較新的1:500地形圖地區(qū)，可以采用修測，在原有1:500地形圖為底圖，采取套合最新影像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)比對或?qū)嵉匮膊榈姆绞桨l(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，采取傾斜三維測圖方式進(jìn)行修測更新。修測后的地形圖經(jīng)整合處理、補(bǔ)充缺失要素和相關(guān)屬性、重建拓?fù)潢P(guān)系后，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，形成符合要求的符號化和非符號化成果數(shù)據(jù)。具體技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)流程

2.1 傾斜航空攝影

相對于正射影像，傾斜影像能從多個角度觀測地物，更加真實(shí)的反應(yīng)地物的實(shí)際情況，且可采集建筑物側(cè)面紋理，通過三維重建技術(shù)精確還原各個構(gòu)筑物和各類地物的現(xiàn)狀，獲取真實(shí)的地面三維模型。因此對本項目中要開展1:500地形圖測量的區(qū)域進(jìn)行2cm傾斜航空攝影。根據(jù)測圖要求和測區(qū)情況，按照《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z3005-2010），制定詳細(xì)的航飛計劃，采用滿足測繪要求的高分辨率、高精度航攝系統(tǒng)獲取測區(qū)內(nèi)傾斜航空影像，具體工作流程如圖2所示。

圖2 傾斜航空攝影工作流程圖

航攝設(shè)計根據(jù)測區(qū)形狀、地形起伏、現(xiàn)場建筑物的高度和分布情況以及無人機(jī)性能和相機(jī)參數(shù)等因素綜合考慮，航線根據(jù)測繪區(qū)地形走向按直線方法進(jìn)行布設(shè)，允許航線密度不一致，平行于測繪區(qū)邊界線的首尾航線必須確保側(cè)視鏡頭能獲得測繪區(qū)的有效影像。

①航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線5條基線，旁向覆蓋超出邊界線大于兩條航線。各個區(qū)邊界覆蓋應(yīng)滿足建模的技術(shù)要求；

②像片航向重疊度75%~80%，旁向重疊度70%~75%。航攝中出現(xiàn)的絕對漏洞和相對漏洞應(yīng)進(jìn)行及時補(bǔ)攝，采用前一次航攝飛行的數(shù)碼相機(jī)補(bǔ)攝，補(bǔ)攝航線的必須超出漏洞范圍之外的兩條基線；

③按照設(shè)計航高飛行，實(shí)際航高與設(shè)計航高之差應(yīng)小于50米。同一航線上相鄰像片的航高差小于30米，最大航高與最小航高之差應(yīng)小于50米；

④同一分區(qū)內(nèi)的地形高度差在保證影像地面分辨率及相鄰像對正確連接的情況下，一般不大于1/4航攝航高；

⑤考慮空三加密和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理可行性，盡量將同一分區(qū)最高點(diǎn)分辨率和最低點(diǎn)分辨率控制在2倍以內(nèi)。

2.2 像控測量

像片控制點(diǎn)是航測內(nèi)業(yè)加密和測圖的依據(jù)。一般情況下像片控制點(diǎn)采用基于HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)施測，所有點(diǎn)位均布設(shè)為平高點(diǎn)。

像片控制點(diǎn)按區(qū)域網(wǎng)布設(shè)，由于傾斜攝影重疊度高、有多視角影像，計算機(jī)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，外業(yè)布設(shè)像控點(diǎn)位基線跨度相比傳統(tǒng)測量的控制點(diǎn)可適當(dāng)放寬，但在加密過程中檢查點(diǎn)精度需滿足相關(guān)精度指標(biāo)。

像控點(diǎn)一般根據(jù)測區(qū)范圍統(tǒng)一布置，在測區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)均勻、立體布設(shè)，像控點(diǎn)的點(diǎn)位分布應(yīng)避免布置成直線。點(diǎn)位選在旁向重疊中線附近。考慮到后期的用圖需要，像控點(diǎn)宜同時兼作圖根點(diǎn)，選點(diǎn)時充分考慮通視情況。

像控點(diǎn)的布設(shè)采用地面噴漆的方式進(jìn)行，在短時間內(nèi)不易被破壞、磨損及變形。像控點(diǎn)標(biāo)識以“L”形表示，兩邊長均為40cm，用紅油漆在地面噴繪，統(tǒng)一采用“L”標(biāo)外角為像控點(diǎn)點(diǎn)位，針對黑色瀝青路面可采用白色油漆噴繪，使標(biāo)識在影像上易于判別。在地面噴漆無法操作的地區(qū)，可采用油布打印的方式制作像控點(diǎn)標(biāo)識，用石頭或筷子將其固定。根據(jù)項目精度要求，像控點(diǎn)以100-300米布設(shè)一個為宜，城市建筑區(qū)每平方公里不得少于20個。其樣式如圖3所示。

圖3 地面標(biāo)志標(biāo)識示意圖

像控點(diǎn)測量優(yōu)先采用HNCORS-RTK方法，高程采用湖南省似大地水準(zhǔn)面精化模型內(nèi)插求取。像控測量平面高程精度均優(yōu)于±5cm。無法使用HNCORS系統(tǒng)的地方可使用GNSSRTK或GNSS靜態(tài)測量方法。

利用GNSSRTK作業(yè)模式進(jìn)行像控測量時，聯(lián)測測區(qū)內(nèi)高等級控制點(diǎn)，以提高成果的可靠性。

像控點(diǎn)聯(lián)測結(jié)束后，對所測的坐標(biāo)及時進(jìn)行展點(diǎn)檢查，防止出現(xiàn)粗差，確保下個工序的空三加密能得以順利進(jìn)行。HNCORS-RTK測量控制點(diǎn)須進(jìn)行不少于總數(shù)10%數(shù)量的重復(fù)測量，重復(fù)測量時間間隔2個小時以上，采集不少于20個歷元固定解，重復(fù)測量與上個時段測量的平面較差≤±5cm，高程較差≤±8cm。

2.3 自動化建模

以傾斜攝影數(shù)據(jù)及像控測量成果為基礎(chǔ)，對測區(qū)開展傾斜攝影三維自動化建模工作。具體技術(shù)流程如圖4所示。

圖4 傾斜三維建模技術(shù)流程

2.4 三維裸眼測圖

基于三維實(shí)景模型，采用裸眼測圖方式，在實(shí)景三維模型上勾繪構(gòu)筑物、道路、水系等各類地物要素，同時記錄屬性值。對由于房屋、屋檐、門檐、樹木等遮擋導(dǎo)致生成的模型局部變形，三維測圖時不能準(zhǔn)確采集的地物，用特殊符號標(biāo)記，在下一工序中安排實(shí)地補(bǔ)測。

2.5 精度驗(yàn)證

在圖形做好之后，均勻選取20個點(diǎn)實(shí)地驗(yàn)證其精度，具體數(shù)值見表1。

表1 精度檢查表

通過表1，可看出，點(diǎn)位精度是滿足1：500地形圖點(diǎn)位精度，符合相關(guān)技術(shù)要求。

3 結(jié)語

通過上述案例可以看出，采用新型測繪技術(shù)可以滿足大比例尺地形測繪精度要求，在滿足1:500地形圖精度的基礎(chǔ)上，同時能大幅提高工作效率，節(jié)約項目成本，很好的解決了傳統(tǒng)測繪技術(shù)的一些難點(diǎn)、痛點(diǎn)，為礦山測繪、基礎(chǔ)測繪等領(lǐng)域助力。