淺談大比例尺數碼航空攝影測量在城鎮測繪項目中的應用

［關鍵詞］大比例尺；數碼航空攝影；城鎮測繪

1. 工程區概況

臨水鎮位于安徽省六安市霍邱縣西北，坐落于大別山余脈古璧山下，瀕臨淮河，兩省三縣接合處，西部與沿淮重鎮河南省三河尖鎮接壤，北部與阜陽市隔淮河相望。測區西側是泉河，往東約3 km是貫穿霍邱南北的濟廣高速公路（G35）與105國道，東南距馮井鎮約5 km，水陸交通方便。測區內地形起伏較大，為微丘陵崗地，海拔20～110 m，植被發育。為滿足霍邱縣臨水鎮建設發展的需要，臨水鎮人民政府對臨水鎮及周邊區域1∶1000數字化航攝地形圖測繪及彩色數字正射影像圖（DOM）制作約6.5 km2。

2. 作業依據

本測區已有安徽省測繪局2010年出版的1∶1萬地形圖可做工作用圖，也可作為本次航攝規劃用圖。測區內及周邊地區已有國家C級點“南照集”“周集”“大昌”為本測區的平面起算點；國家Ⅱ等水準點瓦房小學可作為本測區的高程起算點。2009 年安徽省礦權核查所做的D 級點LAD004、LAD006、LAD021可作為本測區測量的檢查點。經過實地踏勘和儀器檢測，測區內國家C級控制點“周集”“大昌”、國家Ⅱ等水準點瓦房小學，2009年安徽省礦權核查所做的D級點LAD004、LAD006、LAD021標石保存完好，而且覆蓋本測區全部區域，作為本測區控制點使用。

3. 測繪系統架構及特征

3.1測繪系統架構

3.1.1飛行平臺簡介

本次航空攝影測量項目采用國產固定翼FG55TMO無人飛行器系統。其主要技術參數如下：機型為FG55TMO，機長1.9 m，翼展1.9 m，機高45 cm，飛行高度100～3000 m，控制半徑15 km，控制方式為遙控、程控、自主，續航時間2h，起飛方式為滑跑，回收方式為滑降，任務荷載為7.5 kg，工作溫度零下10℃到零上40℃，FG55TMO無人飛行器系統技術參數見表1。

3.1.2航攝儀器簡介

航攝儀器：佳能5D markⅡ+蔡司35 mm定焦鏡頭。其主要技術參數如下：相機類型Canon EOS 5D MarkⅡ-35 mm，短邊像元數3744個，長邊像元數5616個，像元為6.4 μm，焦距35 f/㎜，放大倍數為16倍，相片基線線長度8.39 mm，相片基線線長度12.58 mm，相對航高547 m，成圖比例尺為1∶1000，技術參數見表2。

3.1.3地面站操控軟件

無人飛行器的操控軟件，包含航路的自動規劃，融合google地圖，1000航點規劃自動駕駛飛行，航攝定點曝光、旋偏角K自動修正、飛行航跡圖實時顯示等[1]。

3.2航空攝影技術和要求

航線按圖廓中心線敷設，像片航向重疊度應為60%～80%，最小不應小于53%；旁向重疊度一般應為15%～60%，最小不應小于8%；航向覆蓋超出攝區邊界線一般不少于兩條基線。像片最大傾角一般不大于5°，最大不超過12°，出現超過8°的片數不多于總數的10%。同一航線相鄰像片的航高差不應大于30 m，最大航高與最小航高之差不應大于50 m，實際航高與設計航高之差不應大于50 m；基本航線按東西方向布設。

4. 基礎控制測量與像控測量布設

4.1控制測量

（1）測前準備：a.首先到安徽省測繪局地理信息中心申請使用CORS，并簽訂保密協議。b.將SIM手機卡裝入具有GPRS功能的接收機[2]。打開確認接收狀態，應用并設置為GSM移動站。

（2）計算轉換參數：在獲得測區坐標系統轉換七參數時采用國家C級點“南照集”“周集”“大昌”、國家二等水準點瓦房小學作為起算點，2009年安徽省礦權核查所做的D級點LAD004、LAD006、LAD021作為檢查點使用。所選起算點和檢查點均勻分布。求解的轉換參數見表3。

經檢查，本測區的已知點平面檢查較差為2 cm，高程檢查較差為3 cm，平面模型殘差為1 cm，高程模型殘差為2 cm。質量較好，符合規范，可以使用。

4.2像控點的布設與施測

4.2.1像片控制點布設原則

（1）平高控制點的旁向跨度一般不超過2條航線，航向跨度一般地區不超過6條基線，困難地區一般不超過10條基線。本測區像控點均布設為平高點，見圖1。

（2）檢查點宜布設在像主點附近，不參與平高區域網平差，用于檢查加密成果的可靠性。

（3）特殊困難及隱蔽地區外業選擇像控點困難時，可采用雙模型布點，見圖2。

（4）像主點和標準點落水的布點

本測區涉及的河流，均在原有布點基礎上，沿河流邊增加2～3對像控點。山地部分按正常像控點布設，一般不超過10條基線。

4.2.2像片控制點施測

（1）像片控制點與外業控制點同步進行實測，像片平高控制點的高程采用GPS高程擬合方法測定。實地選點時既要選擇影像清晰的明顯地物點，如接近線狀地物的交點，地物拐角點等實地辨認誤差小于圖上0.1 mm的地物點，也要顧及局部高程不能變化太大；不可在弧形地物及高程變化較大的斜坡處選擇像控點。

（2）像控點的測量根據已有的GPS控制網資料，采用RTK技術測量。觀測采用實時動態GPS技術，當點位精度符合要求后，記錄觀測成果。像控點的命名以P打頭后加六位自然數字，如P030425。“03”代表航線的排序數，“042”為相片順序號。“5”代表像控點在像片上點序。

觀測前認真建立基準站，基準站的建立滿足下列要求：

基準站位于測量區域的中心附近，且便于看護和架設。

計算“七參”時，所選的高級控制點均勻分布于測量區域，周邊外的點必須位于測量區域外。

測量區域半徑不超過5 km。

每次觀測前均在已知點上進行檢核，確定基準站和接收手簿各項參數輸入正確后正式作業。

觀測時認真測量每一點的天線高度，并正確輸入每一站的天線高，確保每點觀測成果的正確可靠。觀測時使天線水平氣泡居中并保持穩定。實地觀測時每點都作記錄，如點位特征等。

（3）像片控制點的精度要求

平面控制點和平高控制點相對鄰近基本控制點的平面位置點位中誤差不超過圖上0.1 mm。高程控制點和平高控制點相對鄰近控制點的高程中誤差不超過0.1 m。

5. 數碼航測內業成圖

5.1航測內業數據處理軟件

本次航測內業空三軟件采用數碼新空三系統DATMatrix v1.0和新型數據測量系統MapMatrix。相對于常規的軟件，DATMatrix自動化程度顯著提高。和傳統的數據攝影測量工作站相比，新型數據測量系統MapMatrix具有作業過程自動化、采編入庫一體化、數據處理海量化等優點[3]。

5.2影像處理

影像數據處理包括如下內容：

（1）原始影像航攝漏洞檢查，使用航攝漏洞檢查軟件對航攝飛行影像數據進行航攝空白區漏洞檢查，通過檢查，在測區及時決定是否進行航攝補拍；

（2）根據后處理要求，對原始數據進行格式轉換，但不應丟失幾何信息和輻射信息；

（3）影像畸變須糾正處理，使用糾正軟件對原始航攝影像進行處理，通過處理消除影像的畸變差；

（4）影像勻光勻色處理，使用專門軟件，對數字圖像進行處理，通過處理，消除成像條件（天氣條件、光照條件、硬件條件等）對數字影像的各類影響。

5.3數據產品制作

（1）地形圖精度情況：平面精度要求當成圖比例尺采用加密點時，平地、丘陵地形誤差不大于0.4 mm，山地、高山地形誤差不大于0.55 mm；當成圖比例尺采用地物點時，平地、丘陵地形誤差不大于0.6 mm，山地、高山地形誤差不大于0.8 mm。高程精度要求誤差不大于表5規定：

（2）定向建模：在數據測量系統MapMatrix上采用批處理的方法完成各個立體模型的建立[4]。

5.4內業工作時間安排

根據合同工期要求，內業作業流程中各項工作內容及工作量，制定工作計劃和工程項目進度計劃時間表，指導各工序順利實施。

附：工作進度時間安排表

6. 數字化地形圖測量質量要求

臨水鎮及周邊測區1∶1000數字化地形圖測量工作嚴格按測繪工作作業程序進行，從控制測量、飛行攝影、測量像控點、野外調繪到空三加密解算、立體測圖，通過作業員自檢互檢、專職質檢員檢驗，保證上一工序合格后再進入下一工序，從而保證作業成果滿足規范和技術設計書要求。

臨水鎮及周邊測區的航攝飛行地天氣較好，天氣晴朗無云，能見度好，微風，從而保證飛行姿態滿足航攝要求。飛行季節是冬春交會時節，樹木麥苗沒有返青，攝取的相片清晰，陰影少。

空三加密成果滿足要求：航帶總數16 條，航片總數364張，加密點數1510個，相對定向中誤差為5.1 μm。內業成圖的地物、地貌等測繪要素標示齊全、綜合取舍合理，圖式符號運用正確，高程點測注符合規定，地理精度、數學精度良好，能較好反映本測區的地理特征。

綜合評定臨水鎮及周邊測區1∶1000數字化地形圖測量成果，控制測量精度符合規范要求，地形圖精度和圖面整飾質量滿足規范的要求，提交資料齊全，測繪成果能夠滿足規劃設計用圖的需要，自評質量等級評定為“良”，可供建設方使用。

7. 結論

本測區采用無人機航空攝影測量，與傳統解析數字測繪成圖比較，優點是項目測量周期短，測量外業工作量少，地形圖表示的地形、地貌完整性好，工作效率高。其缺點是，與傳統解析數字測繪成圖比較，地形圖平面及高程精度稍低。采用無人機航空攝影測量測繪大比例尺地形圖時，提高地形圖數學精度要做到：一要獲取高質量數碼真彩像片；二是適當增加像片航向及旁向重疊度；三是外業適當增測像控點個數，提高地形圖的高程精度。可加快城鎮建設化速度。