柳躍東，溫象東，董景利

(山東省地質(zhì)測繪院，山東 濟南 250002)

0 引言

隨著計算機技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、網(wǎng)路系統(tǒng)技術(shù)、航攝平臺技術(shù)的快速發(fā)展，航空攝影測量已經(jīng)進入智能化、信息化時代，其產(chǎn)品種類也從傳統(tǒng)的3D(DLG，DOM，DEM)產(chǎn)品擴展為3D+TDOM(True Digital Orthophoto Map)，DPC(Dense Point Clouds)；數(shù)據(jù)處理更自動、更智能，產(chǎn)品質(zhì)量更可靠，不僅提高了地理信息更新速度，也減少了地理信息更新的成本。

航空攝影測量從模擬、解析到數(shù)字?jǐn)z影測量，由人工測圖發(fā)展到計算機輔助測圖，攝影測量獲得了前所未有的發(fā)展與進步。但是，DLG的繪制方法本質(zhì)變化不大，仍然通過空中三角測量、建立立體模型、立體測圖來實現(xiàn)DLG的繪制[1]。

眾所周知，DLG是GIS的重要組成部分，航空攝影測量為其主要生產(chǎn)手段，因此，更多地理信息專家與學(xué)者密切關(guān)注航空攝影測量繪制DLG技術(shù)。由于計算機的發(fā)展，特別是多核多CPU的發(fā)展，推動攝影測量數(shù)據(jù)處理能力的提高，空中三角測量、點云與正射影像生產(chǎn)自動化程度得到極大提高，提出了針對三維立體模型與DLG數(shù)據(jù)采集的分離問題，提出基于密集點云與正射影像生產(chǎn)DLG的可能性問題，破除從左到右的立體測圖的觀念；打破三維立體模型重建與攝影測量測圖分割；打破過去單臺計算機、單核、單模型測圖再接邊的效率低下、工序繁多的模式[2-3]。

1 低空無人機攝影測量系統(tǒng)

低空無人機系統(tǒng)由低空航攝平臺、遙感傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、地面站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[4-5]。該系統(tǒng)按照項目要求進行航線設(shè)計，自動航空攝影，遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三加密，生成DEM，DOM和DCP。采用高頻率、高精度GPS實時差分技術(shù)，在航控攝影測量中不需要外業(yè)布設(shè)像片控制點[6]。

2 項目實驗

2.1 實驗區(qū)選取

受濟南市規(guī)劃局的委托，山東省地質(zhì)測繪院對濟南市臨空經(jīng)濟示范區(qū)進行1∶500比例尺地形圖測繪工作。由于項目范圍內(nèi)植被覆蓋率較高(約為65%)，實施時正值炎熱夏季，且項目位置在濟南遙墻國際機場周邊，因此實施難度較大。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，決定采用低空無人機攝影測量，密集點云、正射影像與外業(yè)檢核相結(jié)合的方法進行地形圖測繪。

2.2 實驗區(qū)情況

2.2.1 自然地理概況

試驗區(qū)位于濟南市歷城區(qū)，濟南遙墻國際機場周邊，屬平原地區(qū)，地勢平坦，最高海拔30m，最低海拔21m。交通較為便利，內(nèi)有機場路、S321等主要交通干道，試驗區(qū)內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)村村通公路。實驗區(qū)位于北暖溫帶，具有鮮明的半濕潤季風(fēng)氣候特點，四季分明，降水多集中在6—8月份，年降水量583.3mm。實驗期正值高溫多雨時節(jié)，天氣因素對無人機航攝及安全有一定的影響。實驗區(qū)內(nèi)除村莊建筑區(qū)外，主要是耕地、林地、園地。

2.2.2 試驗區(qū)范圍

試驗區(qū)東西約8.5km，南北約5.5km，西至黃河，北至羅家村、東安村，東至徐家村，南至宋家村、北柴村,面積約40km2(圖1)。

圖1 試驗區(qū)范圍及航攝分區(qū)

2.3 低空攝影

2.3.1 航攝分區(qū)及航線設(shè)計

實驗區(qū)形狀不夠規(guī)則，根據(jù)無人機每架次航攝時間及有效航攝面積，劃分了39個航攝分區(qū)(圖1)。航向重疊度為80%，旁向重疊度70%，地面分辨率為3cm[7]。

2.3.2 航空攝影情況

航空攝影自2016年6月15開始至2016年7月10日結(jié)束。航攝相片18850張，相幅大小為4896×3264pixel，相機參數(shù)f=18cm，像素大小為4.6μm，影像清晰、反差適中、色調(diào)柔和、色彩平衡[8]。

2.4 影像處理及平面精度

將無人機所攝影像數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件(Agisoft photoscan professional)，設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方法、數(shù)據(jù)處理精度，選擇生成產(chǎn)品種類、格式，運行數(shù)據(jù)處理即可。影像處理分架次處理，產(chǎn)品種類主要有密集點云、TDOM，DEM，DSM。利用易拼圖(EPT)對TDOM進行鑲嵌、分幅[9]。TDOM位置精度檢查采用GPS-RTK(網(wǎng)絡(luò)模式)，采集明顯地物點、特征點共242個，數(shù)據(jù)采集時RTK為穩(wěn)定的固定解狀態(tài)[10]。將檢核數(shù)據(jù)與TDOM中對應(yīng)地物點平面位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、比較，計算出TDOM平面位置中誤差為0.11m，滿足設(shè)計要求(表1)。

表1 TDOM平面位置誤差統(tǒng)計

2.5 地形圖測繪

2.5.1 測繪方法

地形圖繪制利用TDOM，在EPS繪圖軟件中進行矢量化，其內(nèi)容主要有道路及道路附屬設(shè)施、河流及橋梁、建筑物及構(gòu)筑物、溝坎、地類范圍界、線桿、路燈等能夠辨認(rèn)的各類地物。高程數(shù)據(jù)采集主要從點云中篩選出正確的高程數(shù)據(jù)，展繪到線劃圖中。由于試驗區(qū)植被的覆蓋度較高，嚴(yán)重影響到點云數(shù)據(jù)的精度，因此在植被覆蓋區(qū)域采用全站儀實測部分高程，作為篩選正確高程的參考。

2.5.2 地形圖精度

地形圖精度檢查方法與TDOM精度檢查方法相同；平面檢查共210個點，DLG平面位置中誤差為0.17m；高程檢查共149個點、高程中誤差為0.20m，滿足設(shè)計要求(表2、表3)。

表2 DLG平面精度統(tǒng)計

表3 DLG高程精度統(tǒng)計

3 結(jié)論

(1)實驗打破三維立體模型重建與攝影測量立體測圖的分割，實現(xiàn)了利用密集點云與正射影像繪制大比例尺地形圖的設(shè)想。不再使用立體眼鏡，在三維立體模型上進行DLG矢量化；減少了作業(yè)人員的勞動強度。但是，利用TDOM與密集點云進行地形圖繪制要求作業(yè)人員具有較高的地形圖繪制素質(zhì)，豐富的外業(yè)經(jīng)驗。植被覆蓋密集區(qū)域?qū)c云精度的影響和對地面高程精度的影響較大，在這些區(qū)域，還需采用全站儀實測地物與高程。在我國北方深秋、冬季、春季采用該辦法比較合適。

(2)實驗條件有一定的局限性，試驗區(qū)地形為平地，起伏較小，在丘陵和山地等起伏較大的地形能否適用還需驗證。無人機低空攝影測量需要高配數(shù)據(jù)處理器，以提高影像數(shù)據(jù)處理能力。

(3)采用本方法進行DLG生產(chǎn)，需要采集一定量的檢核數(shù)據(jù)，對TDOM及DPC的精度進行檢查，以確保DLG數(shù)據(jù)質(zhì)量。