大比例尺地形图低空航测关键技术探究

韦生波

（机械工业勘察设计研究院有限公司，西安710043）

1 引言

我国通过借助低空测量技术对大比例地形图进行绘制已经开展了十几年，但是航摄地形图的精度仍然有待提高，并且在对平原以及丘陵地、高山等特征点较为稀少的区域进行大比例尺测量时，航测技术还存在很多问题。因此，进行大比例尺地形图低空航测关键技术的分析与研究势在必行。

2 大比例尺地形图航测生产关键技术

2.1 宽角相机的采用

摄影测量通常指的是运用摄影机对目标物的形状、空间位置以及大小进行准确测量。根据相关测量原理可知，在对大比例尺地形图进行航测的过程中，航空相机的像场角会对最终的地图精度有较大的影响，因此，在测量过程中，需要根据具体情况合理选择摄像机：（1）进行高纬度航测时，应使用像场角较小的相机。另外，为了确保航测的准确性，应在测量过程中使用高精度稳定摄影平台，并且安装相应的姿态定位系统。（2）在低空进行航测时，可以使用宽角相机。（3）在测量过程中，使用质量较轻且无人驾驶的小型飞机时，应尽可能使用体积小且质量轻的宽角相机[1]。

2.2 低空拍摄关键技术

低空航摄方法可以在一定程度上提高航测的精确度。低空航摄对拍摄技术要求较高，在实际拍摄过程中，相机的曝光参数要能满足拍摄要求，还要保障拍摄质量和设备的安全性，并在特定范围内完成相应的测量任务。另外，还需要确保无人机的飞行高度保持在安全范围，尽量维持在不等宽高的航线内。在低空航测过程中，不仅需要注意配置的相应程度，还要对影像的匹配度进行强化，从而提高控制点的测量精度，进而确保空中三角测量精度的提高。

2.2.1 充分发挥POS 系统的优势

POS 系统即定位定姿系统（Position and Orientation System,POS），集惯性导航与卫星导航技术于一体，可以记录飞机飞行时的空间位置及姿态信息，并采用多信息融合技术分别对POS 系统进行实时与事后处理，获得高精度定位定向信息。POS 系统包括惯导（INS）部分、差分GPS（DGPS）部分、POS 计算机处理器件以及事后处理软件构成。此系统在使用过程中，操作较为简单方便，且性价比较高。POS 系统可以根据惯导系统（INS）和差分GPS 获得飞机飞行的空间位置及姿态信息，应用此技术进行内业处理时，不仅可以进行行频的自动排序，还可以为后续航空数据处理提供所需的外方位元素。

2.2.2 强化影像匹配技术

提高航空摄影测量影像匹配强度需要综合采用合适的处理方法及措施，航空摄影测量影像匹配技术通常基于特征匹配的方法，首先从原始图像中提取特征，然后建立2 幅图像之间特征的匹配对应关系。常用的特征匹配基元包括点、线、区域等显著特征。图像特征相比像素点数量少很多，特征间的匹配度量随位置变化尖锐，容易找出准确的匹配位置，特征提取能大大减少噪声影响，对灰度变化、形变和遮挡有较强的适应性。基于图像特征的匹配方法主要包括图像点匹配技术、边缘线匹配技术、闭合轮廓匹配技术、使用高级特征的匹配技术。图像匹配算法的性能评价指标主要有：匹配概率、匹配精度、匹配速度，摄影测量过程中，应根据实际情况选择合适的处理技术进行图像匹配，要求匹配概率尽可能高、匹配误差小、算法计算快、能满足应用环境对实时性的要求。

2.3 提高测量精度

2.3.1 选择像控点

航摄像片由于像点坐标误差的影响，使像片边缘产生的像点位移和影像变形较中心部分大。为了提高外业判读刺点和内业点位量测精度，像片所选像控点的位置距像片边缘要大于1cm 或1.5cm。选择像控点除了要考虑各种成图方法对像控点的布点要求，还要保证像控点必须是影像位置可以明确辨认的目标点，并且要能满足地形测量通视良好，交会图形理想等要求。无论是平面点、高程点或平高点，均要选择在明显目标点上，一般地区较理想的明显目标是近于直角而且又近于水平的线状地物的交点和地物拐角上。

2.3.2 控制图像的倾斜角度

在航空摄影野外数据采集过程中，相机与待测物存在一定的角度关系，不可能完全保持180°平行关系，通常情况下，倾斜角应小于3°。通过照片边沿在水准器影像里气泡中出现的位置判断倾斜角的大小。对于不存在水准器记录的照片，如果发现不合理地方，可以与旧图进行对比，选择一些有标志的地点，采用摄影测量办法进行个别抽查，以提高采样精度，将数据误差尽可能降低。

2.3.3 设定安全合理的飞行高度

进行数据采集前，应根据大比例尺低空航摄及安全飞行要求计算无人机飞行高度，具体需要根据测区环境（山区、城市）计算确定。

2.3.4 严格控制照片的重叠度

为了获取准确的待测地物的地理位置信息，航片必须对测量区域所有位置进行完整覆盖。不同区域照片需要有很好的重叠性，以防止个别地理位置图像信息遗漏。理论上常用相邻航线重叠区域与相片边长进行比较，航向重叠度一般为53%～75%，旁向重叠度为15%～50%，通常取30%。如果航空摄影测量数据显示重叠度超标，需要对测量数据进行相关补救工作，若出现区域遗漏时，需要重新补拍，以便获取准确的测量结果。

3 工程实践

某项目的航空摄影测量过程中，选用了固定翼三轴矢量无人机搭载宽角相机进行外业数据采集，空中三角测量处理采用Inpho 软件，使用区域网平差进行解算。在Inpho 软件中设置相机参数、框幅影像、POS 数据以及航带等参数数据，对区域网进行自由网平差，导入像控点数据进行空三加密平差计算，形成空三加密数据。像控点内业刺点时，像控点尽可能多的量测在影像上，加密选取的航向连接点、旁向公共点与测图定向应为同一点位，保持测图定向点至少5°重叠以上。对于像控标记在影像上变形较大的像片不进行刺点，以避免由于变形误差降低区域网平差的精度。地形图数据采集采用全数字摄影测量工作站MapMatrix 软件，由空三加密数据建立立体模型，并进行矢量数据采集。地形图数据编辑和外业调绘数据修改采用南方CASS 软件完成。

背向主点的地物在本条航线上无法采集到时，在相邻航线上进行补测，避免地物的丢漏。检查遵循先查定向再进行采集的原则，在数学精度、地形地貌表示、地物丢漏、高程点测绘等方面是否符合设计要求，进行重点检查。

4 结语

总而言之，在利用低空航测的方式测量大比例尺地形图时，需要注意根据实际测量情况的不同，选择不同的测量设备以及测量技术。使用低空航摄的技术时，需要选取宽角相机，提前制定好相关的措施，从而提高空中三角测量技术的精准度。另外，还需要对航测产品的生产技术进行精细化处理，以保障最终测量结果的准确性，促进我国低空航测技术的不断完善与发展。