數字龍江地理空間框架建設1:10000地形圖測繪與更新研究

文／劉劍鋒 黑龍江省地質測繪地理信息院 黑龍江哈爾濱 150030

1、地形圖測繪與更新工作基本情況

測區位于東經130°18'45"-132°00'00"、北緯44°4 5'00"-46°00'00"之間。共覆蓋1:50000地形圖36幅，1:10000地形圖范圍總計502幅，總面積約11084 km。

本項目利用航攝影像作為基礎影像進行像片控制測量和像片調繪，在航攝影像未提供時，可利用高分遙感影像制作調繪底圖影像；使用調繪底圖影像及收集到的各種專業資料，按設計規定的要素類進行室內預判和屬性標注，再進行外業核查、補測，形成調繪成果，并應充分利用多光譜影像數據輔助判繪植被等地形要素。以基礎控制點普查成果為基礎數據源，通過數據整理，生產SHP格式的控制點點位矢量數據并建立MDB格式的控制點屬性庫，并通過唯一標識碼將控制點點位矢量數據與控制點屬性庫相關聯，從而實現控制點信息的查詢與管理。

2、像片控制測量

2.1 高級地形控制測量

（1）平面控制測量：高級地形控制點采用GPS測量。測區呈丁字形布設3個GPS靜態網；

（2）高程控制測量：高級地形控制點的高程可視需要情況采用四等水準或等外水準獲得；

（3）高級地形控制點可不埋石，但應選擇比較穩定、堅固、易保存、易擴展和聯測的地方埋設（或刻畫）標志，標注編號。高級地形控制點從GD001開始排編號；四等水準點從IVD001開始排編號；等外水準點從VD001開始排編號。與高級地形控制點重合時采用高級地形控制點的編號，不再另行編號。

2.2 像片控制測量

2.2.1 像片控制點布設

測區內467幅為更新區，35幅為DIM區。

（1）布點方案

像片平高控制按周邊8點法區域網布點，相鄰平面點間跨度為平地、丘陵地航向不超過9條基線，旁向不超過3條航線；原則上山地航向不超過10條基線，旁向不超過4條航線。根據交通可到達情況，在區域網內部（盡量在中間）加布高程點。

（2）特殊情況布點

根據航攝像片的具體情況，參照設計中特殊情況布點方案布設。

（3）像片控制點編號

平高點從PDMD001開始排編號；高程點從GDM D001開始排編號，控制片制作和像片控制點的點之記制作執行設計標準。

2.2.2 像片控制點的選刺與整飾

（1）平面控制點應選在明顯地物的拐角上、道路交叉處等；

（2）高程控制點應選在高程變化不大的地方，以線狀地物的交點和平頂頭為宜。峽溝、尖山、斜坡、田埂上、土堤頂均不宜選做刺點目標；

（3）平高控制點刺點目標，應同時滿足平面、高程控制點要求；

（4）平面控制點、平高控制點、高程點的刺點誤差不得大于像片上0.1mm。

2.2.3 像片控制點的精度要求

平高點、平面點對于附近國家等級三角點及高級地形控制點的點位中誤差不超過±1m。平高點、高程點對于附近野外控制點的高程中誤差不超過1/10基本等高距。

2.2.4 像片控制點的施測方法

像片控制點測量原則上采用GPS靜態定位組網觀測方法施測，困難地區可采用GPS雙基準站靜態定位方法施測，像控點的高程應有GPS平差擬合方式獲取。當現有高程起算點不足，無法進行高程擬合時，應采用等外及以上水準聯測獲取起算點高程進行擬合。

3、調繪

3.1 調繪底圖室內預處理

3.1.1 數字影像區技術路線和工藝流程

針對測區具體狀況，利用原始全色衛星遙感影像和航攝影像、1:50000 DEM，應用軌道參數和利用航攝相機參數及上一代圖采集的控制點進行粗糾正，生成粗糾正的全色DOM數據；利用收集到的各種專業資料、粗糾正的全色DOM數據（參照彩色影像）經室內判讀、采集、整合各種專業資料，生成調繪底圖。生產工藝流程如圖1所示。

圖1 調繪底圖生產工藝流程圖

3.1.2 更新區技術路線和工藝流程

利用上一代1:10000地形圖獲取等高線、高程點，再把等高線、高程點轉換至2000國家大地坐標系和1985國家高程基準，構TIN內插制作DEM數據；利用DEM數據、原始全色衛星影像和航攝影像、加載軌道參數和利用航攝相機參數及上一代地形圖采集的控制點區域網進行平差后進行影像粗糾正，生成粗糾正的全色DOM;根據粗糾正全色DOM（參照彩色影像）和上一代未變化地形圖數據要素為基礎數據源，輔以收集到的各種專業資料為參考，對變化地物進行綜合更新，制作調繪底圖。更新數據預處理流程如圖2所示。

圖2 更新數據調繪底圖生產工藝流程圖

3.2 室內判繪與調繪底圖制作

3.2.1 衛星影像作業方法

（1）衛星影像定向

全色影像采用無控單片區域網的方式進行定向（測區內所有影像均需加入到區域網中）。

多光譜影像利用區域網平差定向后的全色影像進行基于單景影像的配準糾正。

（2）衛星影像糾正

利用DEM數據對定向后的全色、多光譜影像進行糾正。

（3）套合檢查

將糾正后的影像與上一代地形圖進行套合檢查，套合誤差一般不大于7.5m。

（4）衛星影像融合

對糾正后的全色、多光譜影像進行融合。要求融合影像色彩自然，層次豐富，反差適中。

（5）影像鑲嵌、裁切

影像鑲嵌時優先使用分辨率高、時相新的影像（云影遮蓋區等特殊情況除外），鑲嵌完成后按照1:10000分幅進行影像裁切，生成全色、彩色影像（多光譜、融合后正射影像。多光譜和融合后影像作為室內判讀的參考影像使用）。

3.2.2 航空影像作業方法

（1）航攝影像預處理

利用相機參數、POS數據對航攝影像進行勻光、金字塔處理、航帶自動劃分，并對航帶間影像對應關系進行調整。

（2）空三加密和聯合平差

使用軟件的自動解算功能，進行像點匹配、相對定向、絕對定向和聯合平差。在空三編輯狀態下，進行人工添加像點、刪除誤差大的像點（粗差點）、微調像點，讓平差結果滿足精度要求，連接點不足時需要進行二次加密。

（3）DEM制作

進行DSM匹配、DEM采樣，DEM編輯，形成覆蓋工作區的DEM數據。

（4）DOM糾正

利用已完成的DEM進行單幅DOM糾正。

（5）DOM鑲嵌、裁切

把單幅糾正后的DOM按鑲嵌線進行裁剪拼接成全局影像，此過程要注意調整鑲嵌線位置。最后按用圖需要進行分幅裁切。

3.2.3 室內判繪的具體要求

（1）水系判讀位置準確、主次分明、互通關系正確。水系名稱、水庫庫容量參照1:50000 核心地形要素數據采集；更新區對上一代1:10000 地形圖上有水系名稱而1:50000 核心地形要素數據沒有的應依據上一代1:10000地形圖進行補充；

（2）更新區依據粗糾正的影像疊加已有1:10000 DLG數據，參照彩色影像、各類專業資料綜合預判；對未變化的要素保留；對變化及新增的要素進行采集；對消失的要素進行刪除。要素位置變化大于圖上0.5mm時，應依影像更新。更新地物要素，應協調好更新要素與未更新要素的關系，線狀地物在限差之內應順勢連接。未更新的要素代碼可保留原代碼。變化、新增的要素代碼，要用規范中正確的代碼后增加一位“X”；

（3）室內數據生產過程中依據黑龍江地域特點，規范中未包含的重要地物類型，需增加分類代碼及相應符號；

（4）接邊原則。原則上本圖幅負責西、北圖廓邊的接邊工作，若相鄰的東、南圖幅數據為已成圖時，室內采集、數據編輯階段應分別與已成圖接邊。測區北部與三江平原測區接邊，為了保證區域網間的像片控制點有良好的結合，布設高級控制點或聯測像片控制點時，至少公用一個已知點。

3.3 外業調繪

3.3.1 外業調繪的具體要求

（1）調繪應判讀準確，描繪清楚，圖示符號運用恰當，綜合取舍合理，各種注記準確無誤，圖面清晰易讀；

（2）道路要按通達性構成道路網。水系互通關系要正確，流向注記齊全；

（3）表示內容一般以影像獲取的時間為準。影像獲取后的新增重要地物應進行補測、補調。對影像獲取后消失的地物應在原影像上用紅色繪“×”，被云、云影、陰影等遮蓋的不能準確判繪的地物，由外業補測；

（4）居民區內，普通房屋的綜合取舍由內業完成，其它要素由外業調注；

（5）大面積的單一植被可用漢字簡稱注記表示或在圖廓外說明注記。多種植被混合時，其主要的用注記表示，次要的則按實地分布配繪相應符號；

（6）調繪接邊原則：a與已成圖由本期負責接邊；b同期作業的接邊，接西、北圖邊，查東、南接邊。

3.3.2 新增地形要素的補測

地形要素調繪以航片獲取時間為準，航片影像獲取后新增地物不再進行補測。但航片影像無法識別的地形要素應實地補測。以衛片為調繪底圖時，新增地物在航片影像可清晰判讀的，外業只補調屬性，位置依航片采集。

（1）補測的內容

攝影時被雪、云、云影遮蓋，不能準確判繪的地物，外業須補測、補調。

（2）補測方法和要求

平面補測可利用RTK、亞米級手持GPS，以及全站儀采用極坐標法或已知地物定向方法補測地物，經整理提供給內業。高程可利用RTK、全站儀等進行補測。

①利用亞米級手持GPS補測地物時，手持GPS的定位精度不應小于2m，并在作業前利用已知點進行精度檢測。補測應在接收5顆以上信號穩定的有效衛星狀態下作業，在補測的本幅圖范圍內均勻采集不少于3點的明顯地物點作為位置精度校核及坐標系統改正之用。

②利用單參考站RTK等測量方式進行補測時，必須保證轉換參數的準確性，RTK測量定位結果必須采用固定解，可用像控點作為補測起算點。補測點的精度按碎部點的精度施測。

（3）補測數據編輯整理

①利用AutoCAD、CASS等軟件，采用符號加注記的方式，編輯補測數據。補測內容按1:10000圖幅單獨存放，加內圖廓線、圖號、測量員、檢查員、補測時間等內容。補測數據保存成DXF格式，文件名按1:10000圖號加“補測數據”命名，如L53G024003補測數據。補測的數據必須在1:10000圖廓內，出圖廓的必須按圖廓線裁切；

②補測數據中的線型、顏色、符號應與電子調繪數據一致；且不應存在其它無用信息。

4、控制點建庫

4.1 控制點建庫整體思路

以基礎控制點普查成果為基礎數據源，通過數據整理、控制點影像塊采集，生產SHP格式的控制點點位矢量數據并建立MDB格式的控制點屬性庫，并通過唯一標識碼將控制點點位矢量數據與控制點屬性庫相關聯，從而實現控制點信息的查詢與管理。

4.2 主要技術要求

（1）控制點點位矢量數據

對基礎控制點根據點位坐標文件其轉換為矢量數據格式，添加點號、點名、坐標等基本屬性信息。

（2）控制點屬性庫

控制點屬性庫為關系型數據庫，控制點屬性庫內容包括圖形信息和屬性信息。屬性數據主要包括點位描述信息、描述控制點影像的輔助信息，包括傳感器類型、分辨率、像控點點之記等。

①控制點圖像塊采集

采集控制點圖像塊。控制點圖像塊從DOM上采集，以控制點點位為中心采集一定像素大小的圖像塊。控制點圖像塊需在正射影像制作完成后進行采集，控制點圖像塊命名與控制點點號相同。控制點圖像塊包括兩部分，即點位概圖和詳圖。

②控制點庫建立

對控制點屬性信息和圖形信息進行整理，建立控制點庫。

5、研究結果及經驗總結

通過開展數字龍江1:10000地形圖測繪與更新項目，在工作中總結了一些實踐經驗和實施辦法，經研究分析總結如下：

（1）應詳盡了解測區的氣候、地質、交通等情況，以便制定切實可行的生產計劃。應重點分析資料的來源、生產日期及其使用價值，充分利用所提供的資料；

（2）根據已有資料詳細分析測區整體情況，初步制定符合測區實際情況、切實可行的工作計劃；

（3）加強技術管理人員和質量檢查人員生產過程指導和檢查，可以減少出現問題和問題隱患的發生，為測圖成果質量的提高奠定基礎；

（4）高精度手持GPS的使用優化了外業調繪補測地物的方法；

（5）加大對測區相關測繪資料的收集力度，盡量多收集相關資料，能大大節省外業調繪的工作量，確保調繪成果的準確性；

（6）通過技術會、質量會、安全會、交流會等不同形式會議，進行階段性總結，統一生產人員對有關技術標準的正確認識和理解；

（7）有的房屋在航攝后在原址附近重建，作業中沒有及時發現，結果造成返工。所以，在以后工作中，一定要注意了解刺點房屋的變化情況，避免刺錯點造成不必要的損失。