基于倾斜摄影的大比例尺地形图测绘应用研究------以浦口地形图动态维护项目为例

张克蓉 1 2 朱理想 3

0 引言

目前，地形图测绘主要有全野外数字测图和航空摄影测图两种模式。全野外数字测图具有数学精度高、作业周期长、外业强度大特点。而航空摄影测图具有生产周期大幅缩短、减少了外业工作量，但数学精度有待提高。特别在城市高楼林立的地区往往，由于遮挡严重往往造成部分地位内业无法识别还需要外业补测。从航空摄影测图技术逐步发展成为了倾斜摄影测量技术。

1 倾斜摄影测量技术简介

倾斜摄影测量技术是摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，通过机搭载多台传感器从上、前、后、左、右5个角度同步影像采集（1台相机从上往下垂直拍摄、其余4台从4个侧方倾斜角度进行拍摄），获得丰富的地物顶面及侧视的高分辨率纹理的5张像片数据，通过定位、融合、建模等手段，建立真实的三维城市模型，实现全息信息测绘。

利用倾斜摄影内业测图软件DPM或EPS替代传统的地形图编辑软件，生成完整且真实的三维模型，在三维环境中完成高精度地形数据采集工作，同时“一个平台打天下”的基础上完成地物几何要素空间信息采集、地理信息属性和编码体系获取，实景三维模型具有信息丰富、真实直观等优势，符合人眼视觉的模型下开展测绘工作，从而实现全息地理信息采集，可以大幅减少外业工作量，提高作业效率，保证测绘产品的质量。倾斜摄影测量技术的特点如下：

1 数学精度高

倾斜摄影技术采集的数据不仅能够反映目标地物的真实情况，而且与传统测量技术相比较采集的数据更加丰富、更加直观，因此该技术近年来受到广泛的关注，倾斜航空影像的特点主要体现在以下几个方面：

1. 精度高

倾斜摄影技术不仅分辨率高，而且可以通过控制飞行高度，对分辨率进行调整，一般来说飞行高度越低，分辨率越高，精度越大。而且利用POS系统实现多视角影像精确定向，确保倾斜摄影获取的影像精度达到较高的要求。

2. 表面纹理逼真

通过从多个角度获取目标地物的表面特征和纹理信息，更好地展示目标地物的实际情景，改善传统测量技术难于获取地物侧面纹理的问题。同时由于采用的低空拍摄获取的影像分辨高的特点，使影像的视觉效果更加清晰、直观。

3. 测量效率高

倾斜影像包含了丰富的地理位置信息，通过使用配套的软件，可以直接利用成果影像进行一系列测量，包括高度、长度、角度、面积、坡度等属性信息。

4. 数据处理智能化

从项目立项开始到倾斜摄影技术设计、采集数据、数据处理、三维建模，倾斜摄影技术实现了高度的软件化和文件化操作，减少了人工的干预，并且相关的数据处理软件操作简单，处理速度快。

5. 数据格式小易于网络共享

倾斜摄影获取的影像信息相对于GIS的三维数据要小很多，而且其影像的数据格式可以在网络上快速地发布，实现共享应用。

通过倾斜摄影技术获取的影像信息经过系列处理后对目标地物进行三维重建，主要技术流程包括数据获取技术设计、采集数据、数据预处理、空中三角测量处理、加密点云、三维建模。

本文结合南京市浦口区核心区地形图更新项目，从航摄、像控测量、数据预处理、空中三角测量、三维模型、联动测图等方面研究分析，为该倾斜摄影测量模式的广泛推广提供一定的实际经验。

2测区概况

2.1 测区情况

为加强南京市浦口区基础地理信息数据库的维护，提高基础地理信息服务的质量，促进基础地理信息的深度挖掘，南京市规划和自然资源局浦口分局组织实施了浦口地形图动态维护项目。浦口区位于南京市西北部，与南京雨花台区、江宁区隔江相望，北部、西部分别与安徽省来安县、滁州市、全椒县、和县毗邻，是长三角地区向内陆腹地辐射的西桥头堡。项目

浦口区位于南京市西北部，与南京雨花台区、江宁区隔江相望，北部、西部分别与安徽省来安县、滁州市、全椒县、和县毗邻，是长三角地区向内陆腹地辐射的西桥头堡。

项目位于浦口区江浦街道,测区面积为5平方公里。其中实施倾斜摄影测量地区为0.14平方公里。

2.2软硬件投入

本次倾斜摄影测量外业采用GPS 1台，大疆精灵4P无人机1架，内业数据处理采用惠普工作站1台，后处理软件采用Context Capture软件，内业成图采用EPS软件。

2.3技术流程

1基于无人机航空摄影测量技术的影像数据。

2使用测量型GPS接收机基于南京市卫星定位连续运行综合应用服务系统(以下简称NJCORS)进行像控量测

3将影像、POS/GPS和像控数据导入Context Capture软件进行空中三角测量计算，模型重建并生成实景三维模型

4采用EPS工作站三维测图模块进行地形图采集，获取符合要求的地形图。

主要技术流程见图1。

图2.1 基于实景三维模型的大比例尺测绘流程

3 倾斜影像获取

3.1航线规划

采集前需进行航线的规划，根据周边环境本次规划为航高80米，航向重叠82.69%，旁向重叠82.69%。如图3-1

，

3.2 像控点布测

根据测区范围及环境，本次外业共布测控制点16个，检查点15个。经检查，像控点测量规范，原始观测数据精度良好，资料齐全完整，符合设计要求。

3.3 执行航飞

选择在天气情况良好的情况下进行飞行,本次飞行共获得1252张影像，其中可用1252张。获取的原始数据信息丰富，色彩、反差适中，纹理清晰，清晰度较好。影像地面分辨率符合设计要求。

4三维模型重建

4.1POS数据处理

根据影像提取原始的POS数据，经过软件处理POS数据自动生成，与影像完全匹配，数据完整不缺，经检查POS数据质量及精度符合要求可用于三维建模。

4.2空中三角测量

利用Context Capturer软件，将像控点进行刺点后进行空中三角测量计算，得到质量报告，可以进行模型构建。

4.3生成模型

为便于后期线画图的制作，本次成果生成.OSGB格式的模型。

4.4模型修复

模型生成后要对模型进行检查，查看是否有空中悬浮物、模型空洞等；水面完整度、桥梁房屋精度是否符合精度要求；是否有模型扭曲、漏洞等情况。而后对上述情况进行模型的修复。

4 地形图绘制

1地形图测绘方式先内后外，内业为主外业检核的方式实施。

2 EPS软件，实景三维模式下内业采集。

模式的视觉感受采集。

在该模式下，实现三维环境采集，二维环境同步显示。

外业核查。

入库：对采集后的成果，经过属性录入、拓扑一致性处理、逻辑一致性处理、接边处理等操作后，形成地形图成果。

6 精度分析

6.1 三维模型精度

用外业实测散点的方式对三维模型成果平面、高程进行检查，平面位置中误差最大值为0.14m，最小值为0.01m，高程中误差最大值为0.08m，最小值为0.01m，符合有关规范要求。

6.2 地形图成果精度

利用已有DLG数据成果，对地形图成果平面位置、地物点间距及高程精度进行检查，平面位置精度中误差为0.09m，间距中误差0.16m，，高程中误差为0.05m，符合有关规范要求。具体如下表

表1平面精度统计表
序号		点号			图上坐标						实测坐标				平面偏差			△S2
					X1（m）			Y1（m）			X2（m）		Y2（m）		△S（m）
1		房角			355977.187			312859.562			355977.188		312859.571		0.01			0.0000
2		房角			355977.187			312874.969			355977.107		312874.889		0.11			0.0128
3		房角			355977.103			312910.492			355977.063		312910.452		0.06			0.0032
4		房角			355980.823			312919.764			355980.853		312919.794		0.04			0.0018
5		房角			355980.809			312968.106			355980.899		312968.196		0.13			0.0162
6		房角			355989.125			312858.402			355989.185		312858.462		0.08			0.0072
7		房角			355993.285			312967.125			355993.325		312967.165		0.06			0.0032
8		房角			356013.142			312920.265			356013.212		312920.335		0.10			0.0098
9		房角			356020.818			312973.700			356020.798		312973.680		0.03			0.0008
10		房角			356015.240			312911.311			356015.260		312911.331		0.03			0.0008
11		房角			356042.344			312907.596			356042.284		312907.536		0.08			0.0072
12		房角			356042.344			312877.808			356042.354		312877.818		0.01			0.0002
13		低压杆			355962.299			312941.375			355962.379		312941.455		0.11			0.0128
14		低压杆			355962.718			312975.779			355962.818		312975.879		0.14			0.0200
15		低压杆			355962.277			312897.977			355962.287		312897.987		0.01			0.0002
16		房角			355937.212			312854.329			355937.312		312854.429		0.14			0.0200
17		房角			355939.618			312934.977			355939.678		312935.037		0.08			0.0072
18		房角			355959.334			312853.362			355959.304		312853.332		0.04			0.0018
19		房角			355956.472			312898.864			355956.552		312898.944		0.11			0.0128
20		房角			355986.366			312983.035			355986.336		312983.005		0.04			0.0018
21		低压杆			355986.992			312999.201			355986.912		312999.121		0.11			0.0128
22		低压杆			356022.583			313004.371			356022.663		313004.451		0.11			0.0128
23		路灯			356020.255			313016.358			356020.195		313016.298		0.08			0.0072
24		房角			356011.517			313019.149			356011.537		313019.169		0.03			0.0008
25		房角			355992.756			313019.795			355992.656		313019.695		0.14			0.0200
26		路灯			356004.494			313034.549			356004.594		313034.649		0.14			0.0200
27		低压杆			355963.736			313016.013			355963.746		313016.023		0.01			0.0002
28		路灯			355975.653			313044.469			355975.603		313044.419		0.07			0.0050
29		低压杆			355983.227			313066.835			355983.267		313066.875		0.06			0.0032
30		房角			355939.017			312983.241			355939.047		312983.271		0.04			0.0018
31		房角			355930.806			312972.894			355930.876		312972.964		0.10			0.0098
32		房角			355935.858			312970.117			355935.758		312970.017		0.14			0.0200
33		通信杆			355930.109			313040.026			355930.199		313040.116		0.13			0.0162
34		路灯			355913.834			313038.945			355913.884		313038.995		0.07			0.0050
35		通信杆			355914.382			313065.080			355914.312		313065.010		0.10			0.0098
36		路灯			355962.604			313095.055			355962.554		313095.005		0.07			0.0050
37		房角			356002.080			313020.978			356002.170		313021.068		0.13			0.0162
38		房角			355989.158			313020.328			355989.138		313020.308		0.03			0.0008
39		房角			355943.808			313026.672			355943.818		313026.682		0.01			0.0002
40		房角			355939.937			312992.082			355939.917		312992.062		0.03			0.0008
41		房角			355941.859			313009.024			355941.839		313009.004		0.03			0.0008
42		房角			355945.333			312955.320			355945.253		312955.240		0.11			0.0128
											±0.09
																					表2高程精度统计表
																					序号	点号			高程点位X			高程点位Y			图上高h1（m)		实测高h2（m）			δ=h1－h2		δ×δ
1	路面			336231.810			305330.656			7.35		7.34			0.01		0.0001
2	路面			336133.902			305308.534			6.28		6.32			-0.04		0.0016
3	路面			336198.837			305391.497			7.33		7.39			-0.06		0.0036
4	路面			336172.643			305380.855			7.28		7.27			0.01		0.0001
5	路面			336095.517			305360.955			7.58		7.51			0.07		0.0049
6	路面			336100.053			305274.863			6.54		6.53			0.01		0.0001
7	路面			336042.474			305280.094			6.91		6.84			0.07		0.0049
8	路面			336046.456			305338.029			6.87		6.84			0.03		0.0009
9	路面			336059.211			305427.896			7.78		7.72			0.06		0.0036
10	路面			336025.400			305366.930			6.90		6.85			0.05		0.0025
11	路面			336011.320			305434.124			8.01		8.03			-0.02		0.0004
12	路面			335991.010			305307.085			6.98		6.96			0.02		0.0004
13	路面			335977.231			305354.176			6.98		6.94			0.04		0.0016
14	路面			335937.443			305371.785			6.98		6.97			0.01		0.0000
15	路面			335908.569			305333.780			6.98		6.91			0.07		0.0049
16	路面			335862.251			305385.097			6.88		6.84			0.04		0.0016
17	路面			335949.771			305457.659			7.90		7.86			0.04		0.0016
18	路面			335996.950			305453.374			8.48		8.51			-0.03		0.0009
19	路面			336102.380			305439.76			8.30		8.26			0.04		0.0016
20	路面			336088.253			305471.503			8.29		8.25			0.04		0.0016
21	路面			336014.033			305282.06			8.91		8.95			-0.04		0.0016
22	路面			336031.761			305295.832			6.78		6.71			0.07		0.0049
23	路面			335949.810			305293.865			9.48		9.40			0.08		0.0064
24	路面			335942.265			305332.92			6.98		6.92			0.06		0.0036
										±0.05
表3间距精度统计表
序号			内容			图上距离S1（m)			实测距离S2（m）					δ=S1－S2		δ×δ
1			房到房			9.992			9.735					0.26		0.0660
2			房到房			3.623			3.736					-0.11		0.0128
3			房到房			12.151			11.932					0.22		0.0480
4			房到房			9.828			9.845					-0.02		0.0003
5			房到房			7.670			7.766					-0.10		0.0092
6			房到房			6.893			6.915					-0.02		0.0005
7			房到房			7.313			7.285					0.03		0.0008
8			房到房			6.834			6.799					0.03		0.0012
9			房到房			7.776			7.772					0.00		0.0000
10			房到房			2.417			2.196					0.22		0.0488
11			房到房			9.813			9.825					-0.01		0.0001
12			房到房			10.014			9.995					0.02		0.0004
13			房到房			4.800			4.685					0.12		0.0132
14			房到房			13.916			13.926					-0.01		0.0001
15			房到房			10.242			10.326					-0.08		0.0071
16			房到房			1.688			1.436					0.25		0.0635
17			房到房			9.237			9.105					0.13		0.0174
18			房到房			4.040			4.005					0.04		0.0012
19			房到房			3.626			3.316					0.31		0.0961
20			房到房			11.233			11.126					0.11		0.0114
21			房到房			8.387			8.195					0.19		0.0369
22			房到房			4.301			4.326					-0.02		0.0006
23			房到房			7.088			7.035					0.05		0.0028
24			房到房			4.502			4.266					0.24		0.0557
25			房到灯			13.263			13.115					0.15		0.0219
26			房到灯			8.079			7.675					0.40		0.1632
27			房到灯			6.013			5.795					0.22		0.0475
28			房到灯			8.525			8.302					0.22		0.0497
29			房到房			11.305			11.335					-0.03		0.0009
30			房到房			5.631			5.724					-0.09		0.0086
31			房到灯			5.042			5.134					-0.09		0.0085
									±0.16

7 结论

本文研究了基于倾斜摄影实景三维模型的大比例地形图测绘，相比全野外数字化测图和航空摄影测量，该技术充分利用了实景三维模型的优势，在实景三维模型下，以任意视角观测地形要素，要素可识别性、可量测性更强，可大量减少外业工作量。

事实证明，利用该模式开展大比例尺地形图测绘，通过配合少量外业工作，成果质量满足规范要求，是一种有效的大比例尺地形图测绘解决方案。

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