1 ∶1 000地形圖測(cè)繪技術(shù)分析

謝偉杰

(汕頭市潮南區(qū)規(guī)劃測(cè)繪大隊(duì)，廣東 汕頭 515144)

1 智能無(wú)人機(jī)測(cè)繪的存在意義

現(xiàn)代地形圖測(cè)繪領(lǐng)域中，由于行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍正不斷擴(kuò)大，成為土地資源監(jiān)測(cè)等工作中的重要技術(shù)手段，該技術(shù)具備效率高、成本低等特點(diǎn)，且在各類(lèi)極端環(huán)境也具有適用性[1]。為適應(yīng)多空間的測(cè)繪需求，近年來(lái)測(cè)繪工作中常采取衛(wèi)星遙感等技術(shù)。從工作原理來(lái)看，衛(wèi)星遙感的實(shí)現(xiàn)建立在人造衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，實(shí)行的是遠(yuǎn)距離感測(cè)地面物的方式，并產(chǎn)生光譜效應(yīng)，經(jīng)過(guò)信息校正、轉(zhuǎn)換等一系列流程后將生成數(shù)字化圖形。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該技術(shù)易受到布點(diǎn)的限制且缺乏靈活性。作為全新的無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，則在很大程度上解決了上述問(wèn)題，可通過(guò)低成本的方式完成地圖測(cè)繪工作。由于該技術(shù)手段集成了數(shù)碼照相技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，因此，在技術(shù)自我適應(yīng)的過(guò)程中也為現(xiàn)代化測(cè)繪工作提供了更有力的技術(shù)支持，生成的測(cè)繪圖形品質(zhì)得到大幅提高。

2 智能無(wú)人機(jī)測(cè)繪的工作流程

測(cè)繪前的準(zhǔn)備工作要落實(shí)到位，應(yīng)圍繞測(cè)繪地區(qū)做好勘察工作，明確實(shí)際測(cè)繪范圍以便給無(wú)人機(jī)的測(cè)量工作提供指導(dǎo)，確定合適的參數(shù)，如測(cè)量范圍、相對(duì)高度等[2]。根據(jù)無(wú)人機(jī)的工作特點(diǎn)確定航空攝影流程，以此指導(dǎo)無(wú)人機(jī)完成拍攝作業(yè)，隨后進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)的布設(shè)，航測(cè)內(nèi)業(yè)描圖并全面檢查各步驟，將各項(xiàng)測(cè)繪工作落實(shí)到位[3]。整個(gè)測(cè)繪的核心在于智能無(wú)人機(jī)，作為關(guān)鍵的測(cè)繪設(shè)備可采集測(cè)繪范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并及時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)軟件中，在自動(dòng)化分析技術(shù)的支持下完成核查與驗(yàn)證工作。

3 1∶1 000地形圖測(cè)繪的實(shí)證分析

3.1 核心技術(shù)優(yōu)化

1)外業(yè)作業(yè)時(shí)，應(yīng)確定合適的像控點(diǎn)布設(shè)方案，主要考慮的是待測(cè)區(qū)的地類(lèi)劃分等因素，與該區(qū)域大小相適應(yīng)。引入MAP-AT，利用該軟件提供的DE工具實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的自動(dòng)拼接。同時(shí)兼顧地貌、地形等因素，為符合條件的像控點(diǎn)分別增設(shè)目標(biāo)點(diǎn)，獲得該點(diǎn)位周邊的放大圖，在此基礎(chǔ)上執(zhí)行打印、選刺與聯(lián)測(cè)操作。

2)引入mapmatri平臺(tái)，在其支持下達(dá)到無(wú)風(fēng)自動(dòng)切換模型的效果，最終實(shí)現(xiàn)立體測(cè)繪。

3.2 測(cè)區(qū)概況

根據(jù)智能測(cè)繪無(wú)人機(jī)的工作特點(diǎn)，為深入分析其在1 ∶1 000大比例地形圖中所具備的應(yīng)用效果，本文共選擇了兩種測(cè)繪環(huán)境，即平原與山區(qū)丘陵。為給測(cè)繪工作創(chuàng)造良好條件，勘察了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，結(jié)果如下。

1)平原測(cè)區(qū)，所處位置為長(zhǎng)江中下游，所在區(qū)域的氣候特點(diǎn)為濕潤(rùn)多雨，年均日照1 700 h，區(qū)域內(nèi)分布有堆積平原與灘涂平原，并建設(shè)有多類(lèi)型道路工程及鐵路。

2)山區(qū)丘陵測(cè)區(qū)，氣候特點(diǎn)為干旱少雨，年均日照量較高，達(dá)到2 500 h，測(cè)區(qū)外部分布有大量山地，內(nèi)部以丘陵居多，總體呈自東向西傾斜的特點(diǎn)，是發(fā)展水平較高的農(nóng)業(yè)聚集區(qū)，路網(wǎng)系統(tǒng)由國(guó)道、縣道等構(gòu)成。

3.3 外業(yè)航攝與控制測(cè)量

選擇的是GKGY型無(wú)人機(jī)雙相機(jī)系統(tǒng)，其內(nèi)置了佳能5D MarkⅡ相機(jī)，具備的持續(xù)巡航能力達(dá)到1.5 h，同時(shí)提供了彈射起飛等實(shí)用性功能，在多類(lèi)測(cè)繪環(huán)境中都具有可行性。

分析測(cè)區(qū)最小外矩形，以該處四角坐標(biāo)為準(zhǔn)展開(kāi)航線(xiàn)設(shè)計(jì)工作，以攝區(qū)走向?yàn)閰⒖即_定無(wú)人機(jī)的航線(xiàn)走向，綜合考慮相機(jī)的焦距與像幅，經(jīng)計(jì)算后確定航攝參數(shù)，如高度、基線(xiàn)長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定航線(xiàn)規(guī)模、長(zhǎng)度等，作為正式航攝的基本指導(dǎo)。

若因最小地面分辨率明顯偏低而無(wú)法滿(mǎn)足成圖要求時(shí)，要求更改地面分辨率，由于此參數(shù)的變化，相對(duì)航高也要隨之調(diào)整。利用GPS靜態(tài)測(cè)量的方式布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，總量為17個(gè)，隨后實(shí)測(cè)閉合環(huán)線(xiàn)與三角高程網(wǎng)。像片控制點(diǎn)刺點(diǎn)選擇的是電子刺點(diǎn)，針對(duì)各自的情況使用電子文檔做出明確的說(shuō)明；關(guān)于外業(yè)實(shí)測(cè)選擇的是GPS-RTK的方法。

3.4 立體測(cè)圖與調(diào)繪補(bǔ)測(cè)

內(nèi)業(yè)空三加密選擇的是MAP-AT系統(tǒng)，數(shù)字線(xiàn)劃圖(DLG)立體測(cè)圖選擇的是Map Mtrix。關(guān)于立體測(cè)圖遵循的是“所見(jiàn)即所得”的基本原則，以空三加密成果為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上恢復(fù)立體模型，達(dá)到全要素采集的效果。檢驗(yàn)立體模型，若分布有大范圍的陰影或是其他異常情況，需使用鄰近模型補(bǔ)救。線(xiàn)、面樁要素采集點(diǎn)的設(shè)置要確保密度足夠合理，以要素幾何形狀不失真為基本前提，伴隨曲率的不斷提升，生成的曲線(xiàn)不可出現(xiàn)大幅度的變形現(xiàn)象，亦不可存在明顯的折線(xiàn)，平直的區(qū)域允許在既有基礎(chǔ)上加大采點(diǎn)間距。線(xiàn)狀要素若被其他類(lèi)型的符號(hào)所隔斷(較典型的有水系遇橋梁)，采取不間斷連續(xù)采集的方式。應(yīng)注意的是公共邊不可出現(xiàn)重復(fù)采集現(xiàn)象。地物測(cè)繪工作中引入的是立體判讀法，生成具備連續(xù)性、足夠光滑的等高線(xiàn)，此資料可用于反映地貌特點(diǎn)。若測(cè)繪時(shí)遇到密灌覆蓋區(qū)遵循的是縮小看、放大畫(huà)的原則，最終完成測(cè)繪工作。

經(jīng)業(yè)內(nèi)采集作業(yè)后獲得劃線(xiàn)圖套合影圖像，將其用于外業(yè)協(xié)調(diào)與補(bǔ)測(cè)。根據(jù)無(wú)人機(jī)測(cè)繪的特點(diǎn)，其存在航片像幅小的問(wèn)題，同時(shí)攝區(qū)內(nèi)高差極為明顯，從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看房屋主要為寬屋檐結(jié)構(gòu)形式，涉及到大量的投影差和屋檐寬度改正作業(yè)，明顯加大了外業(yè)工作量。

1)低于糾正起始面的物體，投影差值大于圖上0．2 mm時(shí)，此情況下需采取投影差糾正措施。

2)以墻基為準(zhǔn)，為之生成房屋輪廓線(xiàn)，結(jié)合屋檐寬度，若該值大于圖上0.2 mm必須進(jìn)行屋檐寬度改正。當(dāng)結(jié)束內(nèi)業(yè)測(cè)圖相關(guān)工作后，綜合外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)可以生成正射影像圖，即DOM，見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)區(qū)DOM

3.5 精度分析

經(jīng)上述測(cè)繪流程后獲得成果，采取GPS-RTK與全站儀相綜合的方式(要求兩類(lèi)裝置精度保持一致)，完成對(duì)成果的檢查。關(guān)于檢查點(diǎn)的設(shè)置主要集中在電桿、房角等區(qū)域，遵循分布廣、數(shù)量多的原則，確保各檢查點(diǎn)具有代表性。根據(jù)本次測(cè)繪情況，檢查平面點(diǎn)總量為216個(gè)，中誤差0.68 mm，最大誤差2.7 mm。具體來(lái)說(shuō)，未超過(guò)1倍中誤差的點(diǎn)數(shù)最多，共計(jì)159個(gè)，為整體的74%；介于1倍中誤差與2倍中誤差之間的點(diǎn)數(shù)共計(jì)48個(gè)，為整體的22%；除此之外，還分布有超2倍中誤差的點(diǎn)，此部分僅為9個(gè)。根據(jù)所得結(jié)果繪制誤差分布區(qū)間圖，具體見(jiàn)圖2。

圖2 平面誤差分布區(qū)間

設(shè)置檢查高程點(diǎn)，總量為132個(gè)，總結(jié)分析后得知，中誤差為0.84 mm，最大誤差2.4 mm。具體來(lái)說(shuō)，未超過(guò)1倍中誤差的點(diǎn)數(shù)最多，共計(jì)132個(gè)，為整體的73%；介于1倍中誤差與2倍中誤差之間的點(diǎn)數(shù)共計(jì)40個(gè)，為整體的22%；除此之外還分布有超2倍中誤差的點(diǎn)，此部分僅為10個(gè)。根據(jù)所得結(jié)果繪制誤差分布區(qū)間圖，具體見(jiàn)圖3。

圖3 高程誤差分布區(qū)間

綜合上述檢測(cè)結(jié)果，得知無(wú)論是平面還是高程的精度都較為良好，與1 ∶1 000測(cè)繪圖的成圖要求相符，表明本文所提出的測(cè)繪技術(shù)具有可行性。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能測(cè)繪無(wú)人機(jī)是現(xiàn)代測(cè)繪領(lǐng)域的主要設(shè)備，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感等技術(shù)的缺陷，由于搭載了高像素?cái)?shù)碼相機(jī)，因此，在要求較高的1∶1 000地圖測(cè)繪工作中具有可行性。從實(shí)際結(jié)果來(lái)看，本文所選擇的機(jī)型工作能力較強(qiáng)，可生成準(zhǔn)確的測(cè)繪地形圖，加之Map Matrix等軟件的輔助，在提升測(cè)繪精度的同時(shí)有效解決了人工投入量較大的問(wèn)題，值得被推廣運(yùn)用。

[ID:009909]