低空机载GPS摄影测量在1∶1000地形图测绘中的应用

刘德明

(合肥市测绘设计研究院，安徽合肥 230061)

1 前言

随着城市建设的快速发展，城市规划对基础地理信息的供需矛盾日渐突出。为适应快速发展的城市建设需求，合理、有效地利用土地资源，及时提供满足城市规划需要的、现状的地形图是城市规划测绘单位必须解决的课题。结合项目的生产，本文在这方面进行了有效的尝试。

试验项目位于某开发区，远离市区，委托单位要求以最快的速度提供 23.5 km21∶1 000全要素现状地形图。项目从2013年9月下旬开始～2013年10月中、下旬提交成果，时间要求紧，利用传统的全野外数字化成图方法无法按期完成，经现场踏勘、分析，决定采用低空机载GPS辅助航空摄影测量方法完成此项工作。针对该项目的特点，制定了周密的实施计划，保证了项目的顺利完成。成果经检测，地形图各项数学精度均达到了预期的指标。

2 低空机载GPS辅助航空摄影

2.1 航摄仪

本项目选用瑞士莱卡公司生产的具有双向像移补偿功能的中幅面单中心投影数码航摄仪RCD30，进行机载GPS辅助数码航空摄影，该相机成像单元具有RGBN四个波段，除提供彩色波段外，另外提供近红外波段影像，较常规数码航摄仪，具有更高的影像清晰度，便于提高影像量测精度。

RCD30航摄仪主要技术参数:

2.2 机载GPS数据要求

(1)机载GPS采用双频量测型GPS，天线与飞机固连，量测3个偏移分量至厘米;

(2)作业时，GPS采样频率设置为2 Hz;

(3)机载数据需连续不间断，起飞前 15 min开机，飞行结束 15 min后关机;相机曝光脉冲记录不得遗漏;

(4)采用精密星历，解算每一曝光点的3个线元素之相对坐标。

本测区共飞行10条航线，其中8条测图航线，2条交叉航线，346张格式为TIF文件的航摄影像数据。平均地面分辨率小于 10 cm。航向重叠61%～70%，旁向重叠平均35%。影像清晰、层次丰富、反差适中、色调均匀，相同地物的色彩基本一致。无漏洞。

3 像片控制测量与空三加密

3.1 像片控制测量

与常规航空摄影相比，本次航摄使用的是中幅面像幅相机，如果按现行规范要求布设像控点，则像控点的数量和像控点联测工作量非常大。为此按下列方式布设像控点。

(1)当交叉航线覆盖完整时，测区每子区选刺4个平高控制点;当交叉航线覆盖不完整，在子区端布设平高控制点和高程控制点。

(2)像控点布设在交叉航线与子区最外两条测图航线交叉中间部分，如果满足不了条件，可布设高程控制点，并在左右10条基线内选择平高控制点弥补。布点略图如图1所示。

(3)测区每子区均匀选刺不少于10个平高碎部检查点，以检测和评价机载GPS辅助空中三角测量精度。

图1 有交叉航线的机载GPS辅助航空摄影区域网布点图

像控点采用网络RTK测量。

在测量像控点和平高碎部检查点的同时，对照航摄索引图均匀测量部分高程碎部点，供内业数据采集时，高程修正使用。

3.2 空三加密

空三加密前应先设计好加密区域，一般同外业布点区域，必要时可合并相邻区域进行统一平差，减少加密接边，提高整体精度。

加密选点前先对航摄像片自动进行内定向，需要使用焦距、像素大小、像素行数/列数、像素值参考位置等航摄仪鉴定资料以及坐标系统方向等自动内定向。内定向后进行像片加密点选点，然后相对定向。

空三模型连接点采用机载GPS辅助空三软件严格按照摄影测量原理进行内业加密点的自动选取以及测图航线与交叉航线之间的精密转点。确保6个标准点位模型连接点的充足性，当标准点位缺少模型连接点时，必须手工添加，自动匹配，补齐标准点位点。

内业加密点由软件自动编号。测图航线模型连接点与交叉航线转点完成后，交叉航线标准点位模型连接必须补充完整。

内业加密点满足6个标准点位完整的情况下，其余的模型连接点，一般在100以内为宜。

本测区共分4个子区进行加密。区域网平差计算采用机载GPS辅助空三平差软件WuCaps。区域网平差计算精度统计如表1所示。

区域网平差计算精度统计表 表1

本测区共设置56个保密检查点，区域网平差计算成果与外业测量成果进行比对，较差全部小于规范(程)规定的限差要求，经统计，检查点不符值中误差平面位置为 ±0.074 m，高程为 ±0.106 m。不符值统计如表2所示。

区域网平差计算检查点不符值统计表 表2

从平差结果看，采用交叉航线的方式航摄，使用机载GPS辅助空三平差软件WuCaps进行平差计算，使成果精度更可靠。同时也减少了摄影测量空三加密对地面控制点的依赖。

4 1∶1 000地形图数据采集

采用VirtuoZo全数字摄影测量工作站进行立体数字测图。在全数字摄影测量工作站上，将空三加密数据导入，自动恢复大地模型，全要素采集地形、地物要素。

由于本次航摄的地面分辨率较高(GSD＜10 cm)，内业数据采集能判别地物性质的地物，如:房屋的性质、结构和层数，各种架空管线的性质和走向，沟塘水面等全部在图中标注地物的属性，尽量减少下道工序的工作量。

采集高程注记点和等高线时，比对外业实测的高程碎部点，进行高程修正，提高高程精度。

对于隐蔽、遮挡地物，凡影像清楚的部分均要采集，以方便外业利用其定位，同时在对应的位置作醒目标记，提醒外业补调。

5 外业调绘与数据编辑

5.1 外业调绘

对照航测原图，调注地理名称、屋檐尺寸、地物性质及植被，按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图图式》规定符号在图上标注。

对于内业无法采集的隐蔽、遮挡地物，根据周边明显地物，采用交会法、截距法或直角关系等方法进行补测。

为提高高程精度，外业调绘时逐幅对非硬化区域的大块平地、平坦区域的农田均匀实测部分高程点，点位尽量选在内业测注的同名点上，分布均匀，以便内业对高程进行二次修正。

对于硬化铺装地面，高程注记点外业实测。

5.2 数据编辑

地形图数据格式采用AutoCAD的DWG格式，数据编辑使用南方CASS软件。数据分层、属性代码随软件。

数据编辑的主要工作是屋檐改正，套合外业补测数据，对照外业实测的高程点，对航内采集的高程进行二次修正。按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图图式》要求配置符号、注记文字，赋地形图中各要素的属性值，按规定的要求进行图外整饰等工作。

项目结束后，对项目成果进行了全面的检查，重点检查了地形图的数学精度，为此外业随机设站，共检测地物点231点、高程点183点，巡视丈量地物点间距263条边，检测值与成果值比较计算得:地物点点位中误差±0.23 m(允许±0.50 m)，临近地物间距中误差±0.21 m(允许±0.40 m)，硬化铺装地面高程中误差±0.13 m(设计书规定 ±0.15 m)、非铺装地面高程中误差±0.19 m(设计书规定 ±0.20 m)。地形图数学精度达到规范和设计书规定的要求。

6 结语

低空摄影测量的优点众所周知，但其缺点也非常明显，尤其是拍摄的航摄像片幅面偏小、旋偏角大、航线弯曲度大，像片重叠度也不规范，这给空三加密带来了困难，如按现行规范布设外业像控点，野外测量工作量则会非常大，因而无法显现低空摄影测量优势。

本项目如按现行《城市测量规范》“平高(高程)控制点间基线数≤8”要求，至少需要布设43个平高(高程)控制点，按交叉航线方式布设航线，进行机载GPS辅助航空摄影，采用有交叉航线的机载GPS辅助航空摄影区域网布点，空三加密区域网绝对定向仅使用平高控制点23个，减少像控点外业测量工作量近一半，降低了生产成本，且成图质量满足规范要求，缩短了工期，成效明显，应用前景广阔。

［1］ 竹林村，胡开全.几种低空遥感系统对比分析［J］.城市勘测，2009(3):65～67.

［2］ 栾学科，姚喜，王志博等.航空数码影像像控布点方案的研究［J］.城市勘测，2010(4):103～106.

［3］ 凡亦文，刘全海，高文涛等.无人机航空摄影测量在大比例尺测图中的应用［A］.第十七届中国遥感大会摘要集，2010.

［4］ 王志豪，刘萍.无人机航摄系统大比例尺测图实验分析［J］.测绘通报，2011(7):18～20.

［5］ 袁修孝，高宇，邹小容等.GPS辅助空中三角测量在低空航测大比例尺地形图成图中的应用［J］.武汉大学学报·信息科学版，2012，37(11):1289～1293.

［6］ 莫龙.低空航测技术在城乡规划中的实践和应用［J］.城市勘测，2013(3):96～100.

［7］ CJJ/T 8－2011.城市测量规范［S］.

［8］ GB/T 7930－2008.1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范［S］.