吳澤洪

中山市自然資源信息中心 廣東 中山 528403

基礎(chǔ)測(cè)繪以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)，長(zhǎng)期為社會(huì)各項(xiàng)專業(yè)測(cè)繪提供基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。隨著測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步以及社會(huì)各行業(yè)對(duì)測(cè)繪資料的新需求，構(gòu)建新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系已經(jīng)成為新時(shí)代基礎(chǔ)測(cè)繪轉(zhuǎn)型的必由之路[1]。2021年1月，《中山市基礎(chǔ)測(cè)繪“十四五”規(guī)劃（2021-2025）》經(jīng)中山市政府批準(zhǔn)同意印發(fā)，《規(guī)劃》提出“十四五”期間要加強(qiáng)全市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新和三維地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)，為各級(jí)政府、部門(mén)在管理和決策中提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支撐。

在這個(gè)時(shí)代背景下，中山市自然資源局統(tǒng)籌開(kāi)展中山市新一輪基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取工作，以填補(bǔ)中山市產(chǎn)業(yè)平臺(tái)范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)需求，為各級(jí)政府決策、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)踐區(qū)域概況

中山市是廣東省地級(jí)市，珠江口西岸都市圈城市之一。本項(xiàng)目覆蓋范圍主要包括中山市火炬開(kāi)發(fā)區(qū)、石岐街道、東區(qū)、南區(qū)、小欖鎮(zhèn)、古鎮(zhèn)鎮(zhèn)、黃圃鎮(zhèn)、港口鎮(zhèn)、橫欄鎮(zhèn)、大涌鎮(zhèn)、神灣鎮(zhèn)、坦洲鎮(zhèn)、東升鎮(zhèn)、三鄉(xiāng)鎮(zhèn)等地區(qū)，具體位置和面積以建設(shè)單位提供的位置圖為準(zhǔn)，工作面積約784.2km2（見(jiàn)圖1）。

圖1 項(xiàng)目工作范圍

2 項(xiàng)目技術(shù)流程設(shè)計(jì)

2.1 總體技術(shù)路線

項(xiàng)目基于直升機(jī)平臺(tái)，采用傾斜航攝儀和機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)集成的同步數(shù)據(jù)采集方案，實(shí)現(xiàn)一次航飛獲取傾斜影像和LiDAR點(diǎn)云兩套數(shù)據(jù)。采用空間數(shù)據(jù)一體化在線協(xié)同生產(chǎn)作業(yè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)和內(nèi)容協(xié)同，基于航飛采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜三維實(shí)景模型、DEM、DSM、TDOM和1：500地形圖測(cè)圖生產(chǎn)。

項(xiàng)目的主要工作內(nèi)容有：準(zhǔn)備工作、像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量、航飛數(shù)據(jù)采集、傾斜攝影實(shí)景三維模型、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model：DEM）、數(shù)字表面模型（Digital Surface Model：DSM）、真正射影像（True Digital Orthophoto Map：TDOM）、1∶500地形圖測(cè)圖、傾斜攝影實(shí)景單體三維模型成果生產(chǎn)、質(zhì)量檢查等。

總體技術(shù)路線圖如2圖所示。

圖2 總體技術(shù)路線

2.2 數(shù)據(jù)采集

2.2.1 像控點(diǎn)布設(shè)測(cè)量

通過(guò)實(shí)地測(cè)量驗(yàn)證，基于中山市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)（ZSCORS可滿足像控點(diǎn)RTK測(cè)量要求。采用基于ZSCORS的GNSS-RTK測(cè)量方式施測(cè)，無(wú)需事先進(jìn)行基礎(chǔ)控制測(cè)量，其中像控點(diǎn)精度要求平面位置中誤差不低于5cm，高程中誤差不低于5cm。按照工作范圍及滿足航攝飛行任務(wù)和項(xiàng)目成果精度要求，在7 8 4.2 km2的項(xiàng)目作業(yè)范圍內(nèi)，均勻布設(shè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)布設(shè)密度約5個(gè)/km3，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。具體技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 像控點(diǎn)布設(shè)測(cè)量流程圖

2.2.2 航飛數(shù)據(jù)采集

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過(guò)墮胎傳感器從不同角度繼續(xù)寧采集，快速、高效地獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，從而反映地面的客觀情況，滿足人們對(duì)三維信息的需求[2]。本項(xiàng)目采用AS350有人直升機(jī)平臺(tái)，搭載航圖大師多視角航空攝影儀和Optech Galaxy Prime激光雷達(dá)儀進(jìn)行傾斜攝影和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集，同時(shí)獲取面積約784.2km2區(qū)域的傾斜影像和機(jī)載LiDAR激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一次航飛兩套數(shù)據(jù)的創(chuàng)新性數(shù)據(jù)采集模式。傾斜航空攝影與機(jī)載激光數(shù)據(jù)一體化全域數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。

圖4 傾斜航空攝影與機(jī)載激光數(shù)據(jù)一體化全域數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程

其中針對(duì)傾斜航空攝影工作，項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍內(nèi)基準(zhǔn)面垂直影像分辨率不低于3cm，高差較大的山區(qū)等困難區(qū)域可適當(dāng)放寬，最終成果滿足下視影像地面分辨率優(yōu)于5cm，784.2km2的傾斜航空攝影五鏡頭影像和同步POS數(shù)據(jù)。

針對(duì)機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集工作，與傾斜航空攝影同時(shí)，獲取項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍內(nèi)平均地面點(diǎn)云密度≥16點(diǎn)/m2，覆蓋面積784.2km2，同時(shí)獲取機(jī)載POS數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理及成果生產(chǎn)

2.3.1 空三處理

傾斜影像空中三角測(cè)量是以傾斜攝影獲取的影像像點(diǎn)的坐標(biāo)為依據(jù)，按照最小二乘法函數(shù)，利用少量地面像控點(diǎn)的坐標(biāo)為平差條件，求解像控點(diǎn)的地面坐標(biāo)。傾斜影像空三整體流程主要分為影像特征點(diǎn)提取與匹配、構(gòu)建自由網(wǎng)以及帶控制數(shù)據(jù)的傾斜影像光束法區(qū)域網(wǎng)平差的三個(gè)步驟，精確的空三處理結(jié)果是進(jìn)行三維建模的基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目采用國(guó)產(chǎn)軟件重建大師，支持單張照片1.5億像素，6萬(wàn)張照片一次性導(dǎo)入，超大數(shù)據(jù)一次導(dǎo)入，支持可視化在線分割空三區(qū)塊，解決單次空三的數(shù)據(jù)量限制，同時(shí)多引擎運(yùn)行進(jìn)行空三解算，保證空三穩(wěn)定通過(guò)。同時(shí)支持多人在線協(xié)同刺點(diǎn)，將單一排他任務(wù)變成多人協(xié)同任務(wù)，線性提高刺點(diǎn)生產(chǎn)效率

2.3.2 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

傾斜影像實(shí)景三維模型生產(chǎn)主要基于軟件進(jìn)行，主要生產(chǎn)過(guò)程包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、傾斜數(shù)據(jù)空三處理、重建框架設(shè)置和模型整理、更新修飾，生產(chǎn)滿足質(zhì)量要求的實(shí)景三維模型成果（見(jiàn)圖5）。

圖5 基于傾斜影像數(shù)據(jù)的三維建模流程

2.3.3 數(shù)字表面模型與數(shù)字高程模型生產(chǎn)

利用機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)激光點(diǎn)云濾波和分類、數(shù)據(jù)內(nèi)插等，提取地表點(diǎn)點(diǎn)云和地面點(diǎn)點(diǎn)云，構(gòu)建數(shù)字表面模型DSM和數(shù)字高程模型DEM，通過(guò)圖幅拼接和裁切、質(zhì)量檢查等步驟獲取最終DSM、DEM成果（見(jiàn)圖6）。

圖6 DSM、DEM生產(chǎn)流程圖

2.3.4 真正射影像TDOM生產(chǎn)

本項(xiàng)目的真正射影像TDOM以三維模型為基礎(chǔ)進(jìn)行微分糾正，所有地物都進(jìn)行了垂直糾正，建筑物等拼接處不會(huì)存在明顯的偏差。在模型成果生成完畢以后在軟件中設(shè)置參數(shù)生產(chǎn)出5cm分辨率的TDOM成果，隨后按鎮(zhèn)街進(jìn)行裁剪拼接、勻光勻色和成果優(yōu)化生產(chǎn)出TDOM產(chǎn)品。

2.3.5 1：500地形圖生產(chǎn)

本項(xiàng)目1：500地形圖測(cè)繪利用傾斜攝影測(cè)圖，基于實(shí)景三維模型和LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，按照協(xié)同生產(chǎn)作業(yè)的模式開(kāi)展?；趦A斜攝影實(shí)景三維模型進(jìn)行地形圖數(shù)據(jù)采集，利用傾斜影像進(jìn)行前方交會(huì)測(cè)圖，同時(shí)利用航攝階段獲取的高密度機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行地形圖輔助測(cè)圖，極大提高內(nèi)業(yè)測(cè)圖的成果豐富度和成圖數(shù)據(jù)精度，減少外業(yè)工作。并搭建智云協(xié)作平臺(tái)，將傳統(tǒng)的集中測(cè)繪轉(zhuǎn)變?yōu)楣蚕斫?jīng)濟(jì)模式下的按需測(cè)繪、跨域協(xié)作測(cè)繪，減少人力消耗的同時(shí)提高數(shù)據(jù)整合效率和數(shù)據(jù)安全性。

2.3.6 實(shí)景單體化三維模型生產(chǎn)

實(shí)景三維模型實(shí)際為一個(gè)連續(xù)的不規(guī)則三角網(wǎng)，難以實(shí)現(xiàn)單個(gè)建筑模型的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等精細(xì)化管理和深度應(yīng)用，通過(guò)建筑模型的單體化，可以進(jìn)一步深化傾斜建模成果的應(yīng)用。綜合考慮技術(shù)要求及應(yīng)用需求，對(duì)任務(wù)區(qū)全域的建筑邏輯單體化，并對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)建設(shè)工程竣工驗(yàn)收范圍進(jìn)行建筑物理單體化。

建筑邏輯單體化使用前期生產(chǎn)的傾斜攝影實(shí)景三維模型和地形圖測(cè)圖成果房屋面數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件渲染方式實(shí)現(xiàn)，不涉及數(shù)據(jù)生產(chǎn)。通過(guò)提前創(chuàng)建場(chǎng)景配置文件，采用LOD快速加載實(shí)景三維模型，并在場(chǎng)景中加載房屋面數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后進(jìn)行三維場(chǎng)景渲染，帶年紀(jì)生成后的單體化模型可以查詢到相應(yīng)屬性。

建筑物理單體化采用重建單體化的方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)人機(jī)交互的方法，在傾斜三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑物的邊界提取、紋理自動(dòng)匹配和三維模型重構(gòu)。主要技術(shù)流程包括：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、預(yù)處理、作業(yè)區(qū)分塊與工程配置、人機(jī)交互建模、紋理自動(dòng)映射與修編、模型檢查和成果整理。

2.4 數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢查及精度評(píng)定

項(xiàng)目依照ISO9001∶2015質(zhì)量管理體系要求，建立了完善的質(zhì)量管理體系，規(guī)定了質(zhì)量方針、質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量管理體系要求職責(zé)和權(quán)限。項(xiàng)目對(duì)測(cè)繪成果質(zhì)量控制實(shí)行“兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收”制度。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢查、計(jì)算機(jī)輔助檢查和人工檢查。計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢查主要包括數(shù)據(jù)完整性、必填字段、值域、空間拓?fù)涞?，?jì)算機(jī)輔助檢查銅鼓人機(jī)交互的方式進(jìn)行，主要包括放大漫游檢查、圖層疊加檢查、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換檢查等，人工檢查主要包括資料對(duì)比檢查、經(jīng)驗(yàn)判斷檢查等。

最終精度評(píng)定主要是通過(guò)預(yù)先設(shè)定的技術(shù)規(guī)范對(duì)測(cè)繪成果進(jìn)行檢查評(píng)定，最終檢查成果精度滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求見(jiàn)表1。

表1 成果精度質(zhì)量檢查總體情況

3 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了中山市利用新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)對(duì)中山市部分鎮(zhèn)街繼續(xù)地理信息數(shù)據(jù)更新的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)進(jìn)行比較分析，基于新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)明顯，在大幅降低人力和時(shí)間成本的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)精度，基于新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)的地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)將會(huì)住建成為日后的主流手段。通過(guò)新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)推進(jìn)全市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新工作，獲取全市域覆蓋784.2平方千米范圍的數(shù)字化地形圖和航空影像等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全市建設(shè)用地和七個(gè)重大平臺(tái)范圍全覆蓋，實(shí)現(xiàn)一次投入、多次受益、多方受益，進(jìn)一步夯實(shí)測(cè)繪工作基礎(chǔ)，不斷豐富基礎(chǔ)地理信息資源，為推動(dòng)全市高質(zhì)量發(fā)展提供了有力支撐和基礎(chǔ)保障。