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日期:2018-06-15 09:53??作者:陈建??来源: ?? 点击量:

基于倾斜摄影的丘陵及海岸线大比例尺地形图测绘

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传统大比例尺地形图外业工作量大,对天气要求高,外业采点结合内业成图容易造成人为误差大,必须外业大范围实地检查的缺点。而且部分地形包括例如乱石海滩、陡峭的山体等无法到达的地点,传统测绘十分困难。当前无人机技术发展迅猛,获取地面分辨率影像成为可能,从而为大比例尺地形图测绘成为可能。无人机技术结合倾斜摄影技术使1:5001:1000的大比例尺地形图内业成图成为可能。

利用倾斜摄影成图即能保证精度又能把大量外业工作转换成内业,缩短项目外业时间,减少外业风险,同时在提供原有1:500地形图成果的同时,也能提供高精度倾斜模型,提高了竞争力,丰富了产品线。无人机倾斜摄影测图具有成本低、数据分辨率高、外业周期短、激动灵活等特点。

一、测区概况

本试验区隶属玉环市。测区南北长5.5公里,东西长3公里最高处约195米,最低海拔0米,高差约200米。总面积约4.5平方千米行政范围主要包括大岙山、白马岙、炮台村等该区域属于三面环海一面连接滩涂及民房的地貌。沿海区域多为乱石滩,部分区域船只无法靠岸。

1-2 测区范围

二、技术流程

倾斜摄影技术刚兴起,大多数扔停留在模型制作和精细化模型制作的方向,专门针对大比例尺测图的工作任然处于探索阶段。根据倾斜摄影的技术特点,结合传统航测遥感技术,专门针对大比例尺测图进行了流程优化。传统航测遥感无人机航飞在高清的情况下地面分辨率在57公分,而倾斜摄影利用多旋翼在降低飞行高度,同时保障影像重叠度的情况下能得到2公分地面分辨率的影像,利用倾斜模型立体建模的特点外加对地面相控点精度的保证,可以直接利用倾斜模型生成高程信息获取高程点,使山体的高程信息获取成为可能。

工作流程主要包括以下几点:一、前期准备;二、外业相控布设及测绘;无人机测区航线规划及航飞;倾斜摄影内业模型生产;五、内业地形图绘制;六、图面与精度检校。


QQ图片20190515095350.png

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三、关键技术

1、相控布设及测量

测区呈不规则形状,周边低中间高。测区东面沿海,除几个滩涂和部分公路外无法到达,西面有部分居民区相控点选取较为容易,丘陵地区有盘山路和部分废弃空房,部分坟地可用于相控选取和测量相控点设计密度按照每平方公里16个点,部分难以到达的地方在周边约20米范围内获取。在部分没有明显标志的地方,采用涂油漆标志,设置相控板的方式布设和测量。

测区属于丘陵地区,高程差比较大,测区相控点采用RTK测量,同时通过水准测量提高测区高程精度。RTK测量分两次多遍,不同时间段测量两次,每次测量多遍使单次测量误差小于2CM,取误差较小的观测值求取平均。对几个相控点进行多次测量,保证其精度,以这几个点为起始点或终点进行水准测量,平差后校准其余相控点的高程数据。

2、无人机航拍

采用小型电动固定翼无人机,航线规划航高250米,得到航片的地面分辨率为2.79cm。由于山顶离航线最高处50米,像片重叠度不够,利用多旋翼无人机在山顶航高300米补飞一架次,在房屋密集的滩涂处离地高度150米补飞一架次。航线布设的旁向重叠度在75%纵向重叠度在70%左右。

倾斜公式.png

倾斜摄影采用5个镜头前后左右四个镜头及下视一个镜头。项目采用设备下视镜头焦距25mm,其他四个镜头焦距35mmCCD尺寸23.5mm*15.6mm。像幅为6000*4000。由于测区最高处高程为197米。

3、倾斜模型生产及数字真正射影像生产

倾斜摄影模型精度主要取决于空三运算结果的精度,根据空三结果报告的情况有时空三运算和刺相控需要反复进行,保证每个相控点精度在要求范围内真正射影像由倾斜摄影模型运算完成后通过简单处理获得,无需另行刺相控等工作,只需把影像拼接成图即可。

倾斜摄影内业处理软件目前主要使用Bentley ContextCapture(原Smart3D)软件。通过坐标转换,把POS信息和相控坐标信息转换计算。坐标系选择CGCS2000坐标系,中央子午线选择120度。倾斜摄影不同于传统照片数据量巨大,整个测区照片数量为3万张。同时测区分为两个不相连的两块,空三分开进行。一块空三约7千张照片,一块照片约3万张照片。

4、地形图绘制

本项目采用DPModeler软件进行倾斜摄影内业采点和地形图绘制根据1:500地形图中一类地物点要求5CM、二类地物点要求7.5CM,本项目测区建筑主要属于二类地物点,山地采用1米等高线精度为1/2等高距。地形图测绘在传统情况下,主要流程包括:控制测量、碎部点测量、数字成图、外业检查几步。倾斜摄影在步骤上不需要控制测量图根点测量碎部点测量,替代的是相控点测量,包括GPS测量和水准测量。其他测量工作都由内业完成。

基于倾斜摄影的地形图绘制需要注意很多地方,主要包括以下几点

1地物容易被植被遮挡,山上植被较为茂密,在模型中采点需要注意。

2等高线绘制时,山体高程采点尽量在有土和石头裸露的地方。在部分连片密集的树林,没有林间空地情况下,需要采集植被顶点高程点。同片相同植被默认为统一树高,通过降树高的方法使这些高程点趋近于正确高程。

3)房屋棱角不分明,墙面明暗分界不清时,房角点不易采准。此时可以上下左右翻转模型,选取墙面上平整,模型构建完好的位置采集辅助点,通过辅助点绘制房屋。

DPModeler软件可以采集点位并初步绘图,图形的整饰和完善主要在CASS软件中完成。

D:?7-工测二处?710-文章白马岙截图.png

5、外业调绘及质检

数据质检主要分为两个部分图面准确性检查,精度检查。

图面准确性检查:倾斜摄影容易遗漏和错误的地方主要包括:植被茂密且无人机无法拍摄到的地方地形不能准确表达电线杆等细小物体在模型中容易遗漏,电杆走向容易出错复杂房屋遮挡较多,不易绘制因此倾斜摄影成图不能缺少外业调绘工作。

精度检查:由于山地GPS信号较差,破旧房屋棱角不分明,在房屋密集区域和植被遮蔽区域阴影较多,相片质量较差,往往会产生误差。因此需要对房角坐标进行打点检查,其中精度较差区域需要全部外业打点采集。

倾斜摄影大比例尺测图的数学精度主要取决于相控点精度和空三结果的精度,同时也取决于空三分块的数据边缘分块情况。分块模型内部误差较小,边缘误差较大。目前倾斜摄影测量采点精度大部分取决于模型的精度情况,人工误差相对较小。

本项目采取了倾斜摄影内业制图结合房角点外业打点检查的方式。我们比较了实测与倾斜模型生产的数据,精度比较报告如下。

三、实验结果及论证

倾斜摄影大比例尺测图具有一定的优点和缺点。优点包括由于倾斜摄影是基于无人机航飞的,外业作业时间大大减少,传统外业对天气因素和交通住宿等因素的依赖可以减少,把大量工作放到内业,工作进度的可控性更佳。对一些碎部地形的绘制可以更加详尽,包括道路、花坛、围墙、水渠等地形地貌可以获取更多点,对于等高线的描绘更加精细,部分人员无法走到,无法打点的地方可以直接内业采集。相对于传统的传统地形,倾斜摄影地形图绘制能提供高精度倾斜摄影模型。缺点主要是,目前倾斜摄影精度能达到5cm但更高的例如2cm精度要求无法达到,由于基于无人机数据,斜视角45度,部分树林和阳台遮挡的地方数据无法采集,需要去实地补。倾斜摄影数据量大,计算机运算要求高。

实验结果证明,基于倾斜摄影制作1:500地形图具有一定可行性,满足部分需求,未来是一种大比例尺地形采集的可靠方式和有效补充。

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?

倾斜摄影三维模型地物点平面误差检测表

序号

倾斜模型m

检测(m

?Xm

? Ym

?Sm

备注

纵坐标X

横坐标Y

纵坐标X

横坐标Y

1

3116587.974

511516.663

3116587.933

511516.709

-0.041

0.046

0.061

 

2

3116658.114

511601.529

3116658.069

511601.546

-0.045

0.017

0.048

 

3

3116555.435

511559.027

3116555.391

511559.040

-0.044

0.013

0.046

 

4

3116563.680

511551.485

3116563.620

511551.577

-0.060

0.092

0.110

粗差

5

3116574.933

511554.147

3116574.900

511554.187

-0.033

0.040

0.052

 

6

3116572.191

511564.564

3116572.130

511564.603

-0.061

0.039

0.073

 

7

3116527.378

511621.072

3116527.332

511621.087

-0.047

0.015

0.049

 

8

3116533.153

511621.620

3116533.159

511621.631

0.006

0.011

0.013

 

9

3116532.372

511629.432

3116532.339

511629.486

-0.033

0.054

0.063

 

10

3116528.387

511661.709

3116528.331

511661.698

-0.056

-0.011

0.057

 

11

3116508.018

511656.483

3116507.999

511656.560

-0.019

0.077

0.079

 

12

3116615.257

511847.191

3116615.209

511847.172

-0.048

-0.019

0.052

 

13

3116721.719

511914.967

3116721.659

511914.994

-0.060

0.027

0.066

 

14

3116819.719

511908.210

3116819.686

511908.160

-0.033

-0.050

0.060

 

15

3116945.109

511831.854

3116945.137

511831.886

0.028

0.032

0.043

 

16

3116473.471

512178.423

3116473.433

512178.406

-0.038

-0.017

0.042

 

17

3116438.007

512190.194

3116438.054

512190.189

0.047

-0.005

0.048

 

18

3116602.264

512404.883

3116602.246

512404.920

-0.018

0.037

0.041

 

19

3116673.129

512640.105

3116673.138

512640.073

0.009

-0.032

0.033

 

20

3116728.485

512708.909

3116728.519

512708.885

0.034

-0.025

0.042

 

21

3116852.404

512606.940

3116852.340

512607.004

-0.064

0.064

0.091

 

?

?

?

?

?

?

共统计21个点,计有1个粗差,中误差=0.059

倾斜摄影三维模型高程误差检测表

序号

倾斜模型(m)

检测(m)

?Hm

类型

备注

高程

高程

1

130.21

130.00

-0.21

高程注记点

 

2

128.45

128.17

-0.28

高程注记点

 

3

126.63

126.55

-0.08

高程注记点

 

4

126.51

126.44

-0.07

高程注记点

 

5

126.32

126.24

-0.08

高程注记点

 

6

124.83

124.75

-0.08

高程注记点

 

7

122.96

122.85

-0.11

高程注记点

 

8

122.24

122.12

-0.12

高程注记点

 

9

122.14

122.09

-0.05

控制点

 

10

122.19

122.14

-0.05

高程注记点

 

11

122.54

122.47

-0.07

高程注记点

 

12

122.48

122.41

-0.07

控制点

 

13

122.45

122.37

-0.08

高程注记点

 

14

122.70

122.64

-0.06

高程注记点

 

15

122.67

122.61

-0.06

高程注记点

 

16

121.55

121.47

-0.08

高程注记点

 

17

120.66

120.62

-0.04

控制点

 

18

113.21

113.12

-0.09

高程注记点

 

19

102.51

102.37

-0.14

高程注记点

 

20

99.48

99.39

-0.09

高程注记点

 

共统计20个点,计有0个粗差,中误差=0.111


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