利用长焦距航空影像实现城市大比例尺航测数字产品

金元浩，李胜，李志军

(呼和浩特市勘察测绘研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)



利用长焦距航空影像实现城市大比例尺航测数字产品

金元浩*，李胜，李志军

(呼和浩特市勘察测绘研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)

结合生产实际需求，本文探讨了长焦距航摄仪获取的影像数据在制作DLG、DOM中的应用情况。试验结果表明在无法获取常规焦距的航空影像的特殊城市地理环境下，利用长焦距航空影像可以实现城市大比例尺航测数字产品生产。

长焦距镜头；航空摄影测量；大比例尺成图；精度检测

1 引 言

航空摄影测量是快速获取地理数据的重要技术手段之一，是国家基本比例尺地形图量测和更新及地理信息数据库建设的重要资料源[1]。城市大比例尺数字产品一般通过航空摄影测量的手段来生产，为了能够更好地满足成图精度要求，对航空摄影各项指标提出了严格要求，常规情况下， 1∶500比例尺航测成图影像分辨率应该保证不低于 0.05 m。数字航空摄影的地面分辨率取决于飞行高度和相机焦距等参数，在能保证地面分辨率的情况下，飞机的相对飞行高度大致在 480 m～ 1 000 m，摄影机焦距在 100 mm以内。但由于受空域等各种因素的影响，航空摄影各项指标无法满足上述需求，必须通过提高航高并加长摄影仪镜头焦距才能完成航空摄影。本文以呼和浩特市为例，对城市规划区 1 200 km2范围的试验区利用长焦距航空影像完成 1∶500比例尺DLG和DOM生产进行介绍。

2 UCE航摄相机概述

呼和浩特市白塔机场距市区较近，进出港航班众多。由于空域管制，无法获得低空飞行时间许可，因此只能选择长焦距相机进行航空摄影。Microsoft Vexcel公司推出UltraCam Eagle(简称UCE)数码航摄仪是目前较先进的超大幅面数字航空摄影相机，高度集成了传感器、惯性测量、存储单元、控制单元等组件。UCE像幅内所有的影像范围都有很好的几何精度，像片边缘变形小，全部可用于实际测图。UCE相机可更换的两种不同焦距(80 mm/210 mm)镜头系统，分辨率可达到 5.2 μm，像幅面达到 20 010×13 080像素，地面分辨率最高可达 0.05 m[2]。

为了满足 0.05 m的影像分辨率要求，航空摄影的UCE相机(140012508-f210)镜头焦距为 210 mm，按照式(1)可求得摄影基准面上相对航高为 2 019 m，其推算原理如图1所示。

图1 航高计算示意图

(1)

其中h为相对飞行高度，f为相机镜头焦距，a为像元尺寸，GSD为地面分辨率。

3 呼市测区概况

呼和浩特位于内蒙古自治区中部，境内主要分为山地、平原两大地貌单元，山地地形包括东南部蛮汉山和北部大青山，平原地形主要是西南部和南部的土默川。地形整体走势由北东向南西逐步倾斜。市区平均海拔高度为 1 040 m。试验区范围涉及呼和浩特市的新城区、赛罕区、回民区、玉泉区和土默特左旗，面积约 1 200 km2。

利用UCE数字航空摄影仪于2015年8月～2015年10月进行航空摄影，航空摄影面积为 1 200 km2，共飞行113条航线，获取 14 982张航空影像；航向重叠度为72%，旁向重叠度为44%。影像质量清晰，同地物颜色基本一致，满足数字航空摄影相关规范要求，航飞完成情况如图2所示[3]。

航空摄影时使用加拿大Applanix公司开发的POS AV510系统，利用IMU实时记录摄影的飞行姿态，GPS实时记录摄影的空间坐标，采用精密单点定位技术进行IMU与GPS的数据解算，高程解算时采用似大地水准面精化文件进行高程异常改正，以便将大地高转换为测图使用的正常高。

图2 航摄完成情况图

4 数字产品制作

本次航空摄影的目的是为数字呼和浩特和智慧呼和浩特提供 1∶500大比例尺数字线划图和高分辨率的数字正射影像图，但如此长焦距航空影像能否满足上述需求，目前国内没有相关案例与报道。为了慎重起见，对获取的航空影像进行了详细精度测试，本文选择中心城区为试验区进行介绍。

4.1 立体模型建立

实验区由5条航线共127幅航空影像构成，面积近 9.4 km2。实地测量9个地面控制点作为平高控制点，点位分布图如图3所示。空三加密采用Inpho软件，利用POS点数据和地面控制点数据，通过共线方程及平差解算，解求航片摄影瞬间的姿态参数及拍摄位置，最终获取每张航片的外方位元素，完成空三加密解算[4]。试验区空三加密的总体结果为控制点位平面中误差 0.102 m，高程中误差 0.165 m。表1为其中一个控制点(G05)在立体模型中的坐标残差以及模型中误差统计表。

由表1可以发现，通过UCE相机航摄获取的影像，重叠度高，可组成多个立体模型，提高了空中三角测量的稳定性和可靠性[5]。空三加密的总体结果精度说明，UCE相机获取的航片和POS数据，从总的生产过程上保证了空三加密结果的精度要求，也为接下来的立体测图的精度提高提供了可能。

图3 像控点分布示意图

控制点在模型中的坐标残差以及模型中误差 表1

4.2 DLG、DOM制作

从试验区中选取2块不同的区域进行数据生产，每个区域面积 1 km2。将空三加密成果导入到JX-4G摄影测量工作站，设置相机文件后，自动建立立体模型，进行立体测图，并全内业采集平面和高程点，测制 1∶500比例尺地形图。使用Inpho软件，通过引入相机文件、空三成果和POS数据完成DEM的生成、编辑，利用该DEM和原始影像生成单片DOM，并对生成的DOM进行匀光匀色，保持色调一致后进行正射影像镶嵌，最后生成分辨率为 0.05 m的DOM[5]。

4.3 几何精度验证

使用Leica TS02plus R500全站仪利用极坐标法采集数据点与DLG上相对应地物点的坐标进行比对，进行精度分析。共随机抽取5幅样图中的150个平面位置点、100个高程点按同精度检测进行数据对比，对地物点、地形点进行较差统计，统计结果如表2所示：

呼市市区1∶500比例尺地形图精度检测 表2

根据上述检测精度分析可以看出地物点相对于邻近平面控制点的点位中误差 0.207 m小于《城市测量规范》 0.25 m的要求；高程点粗差所占比率较多，无法满足《城市测量规范》要求，需要进行全野外测绘，这也符合《城市测量规范》要求的“1∶500比例尺DLG城市建筑区和基本等高距为 0.5 m的平坦地区，高程注记和等高线宜由外业测绘”的规定[6]。

经利用上述数据对DOM数据进行检测，DOM平面中误差为 0.281 m，小于《基础地理信息数字成果》规定的平地、丘陵地明显地物点中误差 0.3 m，符合 1∶500比例尺DOM的精度要求[7]。

5 结 语

(1)城市大比例尺数字航空摄影测量时，如受低空空域飞行的限制，可以选择提高飞行高度加长摄影机焦距的方式来实现，但前提条件是必须保证影像清晰。

(2)由相机中IMU/GPS系统获得的POS数据，减少了绝对定向需要的像控点的数量，降低了外业布设像控点的工作强度。

(3)利用长焦距航空影像制作正射影像图， 在 0.05 m地面分辨率的影像数据基础上，采用POS数据和较少的地面控制点可以平坦地区生产较高精度的正射影像图。

[1] 张祖勋. 航空数码相机及其有关问题[J]. 测绘工程，2004，13(4)：1～5.

[2] 张建霞，刘先林. 航空数码相机的种类与发展[N]. 2008-6-30.

[3] GB/T 6962-2005. 1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量规范[S].

[4] 曾文波. 利用Inpho软件制作数字正射影像图[J]. 地理空间信息，2014(4)：158～159.

[5] 刘明军，林宗坚，苏国中. 无人飞艇低空航测系统在1∶500大比例尺地形图航测中的应用[J]. 遥感信息，2013(4)：69～74.

[6] CJJ/T 8-2011. 城市测量规范[S].

[7] CH/T 9008.3-2010基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1∶2000数字正射影像图[S].

[8] 龙海奎，曾庆友，吴珊. POS系统在空三加密中的应用与分析[J]. 城市勘测，2011(5)：78～80.

Generating Large Scale Digital Products of Urban Area With Long Focal Length Aerial Images

Jin Yuanhao，Li Sheng，Li Zhijun

(Hohhot Prospecting Institute of Surveying and Mapping，Hohhot 010020，China)

This paper discusses the DLG and DOM generation applications with long focal length aerial camera based on practical project requirements. Experimental results show that long focal length aerial camera can be used to generate large scale digital mapping products in city area， under special cases that normal focal length aerial camera cannot be used to acquire digital aerial images.

long focal length lens；aerial photogrammetry；large scale mapping；accuracy evaluation

1672-8262(2016)05-55-03

P231

B

2016—07—05

金元浩(1978—)，男，工程师，主要从事测绘技术工作。