航空摄影测量在数字化测图中的应用

李璇琼 熊启源 何应鹏

摘  要：数字化测图是获取地理信息的重要手段。随着科技的发展，航空摄影测量技术在数字化测图领域应用越来越广泛。该文介绍了利用航测软件Double Grid软件进行空三处理、DEM、DOM、DLG生成的具体过程。并从时间、精度、外界干扰等方面与RTK测图结果进行优劣对比，证明了航空摄影测量技术在数字测图应用中精度能满足要求，测图效率上远远超过RTK测图，受外界干扰小，具有可行性。

关键词：数字化测图  摄影测量 GPS-RTK  DLG

Abstract：Digital mapping is an important method to obtain geographic information. With the development of technology， aerial photogrammetry has been applied widely in digital mapping. This paper introduces the generation process of numerical triangulation， DEM， DOM and DLG with Double Grid. Based on the comparison with RTK mapping in time， precision and interference， it is proved that the precision of aerial photogrammetry can meet the requirements in the application of digital mapping and it can be more efficient than RTK mapping. Meanwhile it is feasible with little external interference.

Key Words： Digital mapping; Photogrammetry; GPS-RTK; DLG

随着航空摄影测量技术的不断发展，在数字化测图方法得到了广泛应用，其外业时间短，操作简单，具有高效、灵活的优势，并克服了以往全站仪、GPS-RTK等数字化测图所需要的人员要求及严苛的作业条件。使其在数字化测图领域有独特的优势[1-3]。

该文以云南交通职业技术学院为例，通过无人机所获取的航测影像，完成拼接与空三矫正及DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像）生产和DLG（数字线划地图）的绘制，并与RTK数字化测图进行对比分析，论证了航空摄影测量技术在数字化测图中的应用可行性以及创新性。

1  航空摄影测量测图基本方法

航空摄影测量指在在航空器上搭载摄像机，获取测区像片，结合地面控制点进行地形图的绘制。航空摄影测量作业一般分为外业与内业，其中外业作业内容有：（1）相控测量;（2）对测区影像进行采集。内业作业内容有：（1）空三加密;（2）DEM处理;（3）DOM处理;（4）数字化测图。具体流程见图1。

2  测区特点

测区云南交通职业技术学院院处于山地丘陵地段，即中间高、四周低，其占地面积大、地形高低起伏大、植被多样，于高海拔地带。测区数字正射影像见图2。

3  航空摄影测量数字化测图流程

该项目中使用Double Grid平民化摄影测量后处理软件进行影像处理并绘制DLG，其主要步骤包括4个部分：空三制作、DEM制作、DOM制作、DLG制作。

3.1 空三制作

空中三角測量利用地面已知控制点计算测区中所有影像的外方位元素和加密点坐标，从而获得测区任意点的绝对坐标。空中三角测量是摄影测量中至关重要的工序，空三精度直接影响影像生产成果质量和精度[4-8]。

该文使用Double Grid处理软件进行空三制作，引入控制点后在TMAtEdit界面，选择处理中的匹配连接点，根据在外业采集的控制点影像，在影像面中找到控制点的位置，调出精调界面，精细地调整控制点点位到正确位置，具体见图3。启动平差软件ibundle进行平差，报告见图4。平面精度误差dx和dy要求小于0.3，高程dz要求小于0.5。若精度不满足规范要求则需要重新进行空三制作，直至满足规范要求。最后输出方位元素。

根据空三报告可以得知X单误差最大为-0.112 2，Y单误差最大为0.091 5，平面位置中误差最大为0.114 7，高程中误差最大为0.260 5。根据空中三角测量精度规范（GB/T 23236-2009），其空三精度满足航测要求[9-10]。

3.2 DEM制作

数字高程模型DEM是用离散的带属性值的格网来表示地面高程的一种模型。使用Double Grid处理软件进行DEM制作主要带上立体眼镜后通过平滑、无效区、滤波，点击确定功能进行。平滑是针对地面上突然飞起的等高线，横向内插针对选择区域的左右侧高程点在地上，纵向内插针对选择区域的上下侧高程在地上，量测点内插针对把选择的区域的高程压在地面。所有图片的DEM编辑完后查看各个控制点的高程误差是否超限即dz<0.7，若满足要求则关闭进行下一步操作，若不满足则返回dem编辑重新对不合格的地方进行编辑。DEM成果命名应符合CH/T 1005的规定，DEM的质量检验要求符合GB/T 18316的规定。

3.3 DOM制作

DOM数字正射影像是利用DEM处理后的数字化的航空像片，经过逐个像元进行投影差改正，再进行影像镶嵌，根据图幅范围进行裁剪生成影像数据。

使用Double Grid处理软件进行DOM制作流程如下：选择所有DOM影像后生成拼接线，选择编辑拼接线（注即拼接线不能穿过房屋，不能相交，不能重合）[11-12]。保存后输出拼接影像见图6。

3.4 DLG制作

数字线划地图（DLG）是空间数据库中的一类数据形式，数字线划地图是一种方便查询坐标及属性，并能够在地图上进行量测的地图。DLG与相同比例尺地形图相比较，在地图内容、精度、坐标系统等都与之一致。DLG因为是矢量数据，所以方便传输且可以随时修改，应用领域十分广泛[13-16]。

使用Double Grid处理软件进行DLG制作流程如下。

佩戴好立体眼镜后，选择测区后双击影像即可进行DLG绘制。用鼠标滚轮调整测标高程，选择正确的符号采集地物地貌，选择一般高程点符号，量取指定位置高程，完成地物地貌的采集。一般房屋从高向低画。采集过程见图7，绘制结果见图8。

4  航空摄影测量与RTK成果比较分析

将航空摄影测量所生产出的DLG与传统作业的GPS-RTK所进行的数字化测图成果进行比较，具体见图9。可以发现其都具备在勘察、规划设计等领域的要求。但更大的区别是在其数据采集与数据处理之中以及各应用领域的不同。在相同测区，通过对RTK测图与航空摄影测量测图的工作时间、点位精度、控制点依赖程度、外界因素影响等进行对比分析如下。

（1）工作时间分析采用对内业时间对比与外业时间对比见图9。可知采用无人机进行航空摄影测量的效率更高，时间优势明显。

（2）通过实际验证无人机航空摄影测量与RTK测图点的精度，生成图10。显示两者误差都控制在20 cm之内，在测图中都具有可行性。但RTK的精度更高。

（3）控制点依赖程度分析指无人机测图与RTK测图在坐标系校正时所依赖的控制点最少个数具体见图11。证明航空摄影测量所需控制点较多。

（4）外界因素影响主要包括天气因素、卫星信号因素、物体干扰信号影响、人为操作影响因素等方面。

无人机数字化测图作业时，天气因素主要体现在雨天和阴天的影响，雨天无法进行操作作业，阴天采集数据质量较差。物体干扰信号因素在无人机测图时遇到可能性较小。人为操作影响在无人机测图中主要表现在起飞前对航带信息以及航片重叠度等的设置上，在采集过程中人为不需要进行操作，因此人为影响因素较小。

RTK数字化测图作业时，RTK测图作业具有全天候的能力，即使在雨天防水措施足够好也能进行测图作业，但精度会造成一定的影响。物体干扰信号在RTK测图中影响也较大。人为操作影响在RTK测图中主要体现在采集过程中，对信号强度的判别以及对杆的水平稳定性都能对采集数据精度造成影响。

通过分析得出，航空摄影测量作业不受太多因素的影响（例如作业范围、信号强度等），运行成本低，在数据采集中具有高效、快速、灵活等优势。但相对于RTK作业，航空摄影测量技术无人机续航能力较差，在数据处理中需要更强的专业操作能力，航测数据处理软件还不够特别成熟，精度相比于RTK精度较差。

5  结语

该文利用航空摄影测量软件Double Grid对测区云南交通职业技术学院进行解析空中三角测量、DEM、DOM、DLG生成，完成了数字化测图。并从测图时间、精度、控制点依赖程度、天气因素、卫星信号因素、物体干扰信号影响等方面对无人机航空摄影测量数字化测图与RTK测图进行对比分析，通过实践证明，航空摄影测量是一种高效、灵活的测绘手段，在数字化测图领域中依然有着非常大的发展空间。

参考文献

[1] 王浩洋，杨凤芸，罗鑫磊，等.Double-Grid软件在制作3D产品中的应用[J].辽宁科技大学学报，2018，41（2）：151-155.

[2] 張喜英.利用无人机影像制作1∶2000地形图[J].地矿测绘，2013，29（4）：5-7.

[3] 历芳婷，闵天，尧志青.无人机航测技术对影像空三精度的影响[J].测绘通报，2017（S1）：75-78.

[4] 汪选涛，刘乃文，范忠礼.基于无人机航摄的大比例尺数字化地形图测绘研究[J].山东工业技术，2017（18）：165.

[5] 何敬，李永树，徐京华，等.无人机影像制作大比例尺地形图试验分析[J].测绘通报，2009（8）：24-27.

[6] 慕永灯.无人机遥感影像处理技术与高精度的实现[J].华北自然资源，2019（4）：52-55.

[7] 朱晓康.1∶500无人机大比例尺测图关键技术及应用研究[D].武汉大学，2018.

[8] 周晓敏，赵力彬，张新利.低空无人机影像处理技术及方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2012，35（2）：182-184.

[9] 国家测绘局.低空数字航空摄影测量内业规范：CH/Z 3003-2010[S].北京：测绘出版社，2010.

[10] 国家测绘局.低空数字航空摄影测量外业规范：CH/Z 3004-2010[S].北京：测绘出版社，2010.

[11] 廖俊，陈辉.无人机影像处理技术在测绘工程的应用[J].价值工程，2018，37（22）：211-212.

[12] 谭泽琼.低空无人机在测绘工程中的应用[J].科技经济导刊，2019，27（8）：100.

[13] 犹华俊.测绘工程测量中无人机遥感技术的运用[J].工程技术研究，2020，5（2）：42-43.

[14] 徐谦.低空无人机在测绘行业的应用和优点[J].住宅与房地产，2018（16）：232.

[15] 罗军荣.航空摄影测量技术在测绘中的优势分析[J].科技资讯，2019，17（4）：54-55.

[16] 李磊，熊涛，胡湘阳，等.浅论无人机应用领域及前景[J].地理空间信息，2010，5（8）：7-9.