基于南方CASS3D大比例尺数字线划图的成图方法探讨

（甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020）

数字线划图（DLG）作为数字测图最为常见的成果之一，其成图方式主要包括以下几种，一是以VirTuo-Zo（适普软件）[1]和JX-4软件[2]为代表的三维立体测图，二是借助GIS或者CAD等成图软件对现有地形图的扫描矢量化，三是野外实测成图，但上述成图方式往往存在对专业技术要求高，硬件配置繁杂，数据生产流程繁琐，精度相对较低等诸多问题。相较于前者，近些年，出现了大量的基于航测成果的三维裸眼测图软件，比较有代表性的EPS三维测图系统[3]、SV360智能三维测图系统[4]、MapMatrix3D图阵三维智能测图系统[5]，此类测图软件具有三维可视化、二三维同步、裸眼测图等优势。同时，由于此类软件价钱较为昂贵，且市场普及率较低等因素往往不被众人所接受。为了解决之一问题，南方测绘推出了CASS3D测图系统[6]。CASS3D测图系统是在原有CASS测图软件基础上，以插件扩展的形式，新增的三维测图工具，除了具有三维可视化、二三维同步、裸眼测图等优势外，完全继承了CASS测图软件原有的各项功能，实现了快速高精度成图、提高了作业效率，降低了生产成本。

1 项目概况及基础数据获取平台

本次生产案例是以甘肃省成县厂坝铅锌矿采矿区生态恢复治理工程为背景，结合南方CASS3D数字成图软件，采取航空摄影数字线划方式[7]生产矿区地形图，具体参数要求为：对矿区2.9km²裸露地表区域进行快速地形图测绘，同时提供分辨率为10㎝的高清影像。矿区位于甘肃陇东南地区，秦岭山脉，地质结构充分发育，气候适宜，交通便利，便于航测外业数据获取。

图1 无人机数据获取平台

图2 测区航线示意图

无人机选择深圳飞马D2000四旋翼无人机如图1所示，续航时间可达70分钟。平台搭载了2430万像素的D-CAM2000航测模块，传感器尺寸为23.5x15.6（aps-c）mm，25mm定焦，感光度最高可达ISO 25600，符合航空摄影平台规范要求，地面控制站选用飞马无人机管家，地面电台可控制无人机按设计航线进行数据采集，无人机平台自带实时差分模块，可通过网络RTK实时获取高精度POS数据，具备大比例尺免像控成图条件。

2 无人机外业数据采集

结合矿区地形特点和飞机性能，将矿区划分为1个测区，如图2所示测区航线示意图，共飞行1个架次。具体参数为：航向重叠度为80%，旁向重叠度为62%，航线间距240m，相对航高628m，海拔最高点GSD为5.0cm/像素，海拔最低点GSD为11.5cm/像素。同时，为了确保成果质量和检核方案可行性，按照相关航测规范要求，在测区范围内采集少量像控点和若干检核点，像控点和检核点远离高层建筑和植被覆盖区，且均匀分布。

3 航空摄影内业数据处理

首先采用无人机管家对原始影像进行畸变矫正（飞马无人机针对每个相机都进行畸变参数测定，可大大提高影像质量）和POS数据高精度融合解算，然后利用PIX4D软件快速生成测区数字地表模型（DSM）和数字正射影像图（DOM），同时生成三维模型文件（格式为：＊.osjb,＊.obj＊.xml＊.s3c），也可以利用无人机管家生成数字地表模型和数字真正射影像图，再利用CASS3D构建3D模型（格式为：＊.osjb）。需要注意的是，在生成模型数据的时候，纹理清晰度级别越高，对应精细度选择越高，则模型越清晰，当然，模型清晰度应该等于或者低于纹理清晰度。本文将以此成果作为数字线划图生产的基础性数据。

4 CASS3D地形图生产方案

南方CASS软件作为一款内外业一体化测图系统，其主要包括数据处理、地形地物编辑、地籍处理、土地利用、工程测量及质检模块等功能。CASS3D作为南方CASS软件的延伸，重点增加了三维裸眼测图、高清影像、三维模型加载以及二三维同步功能。下面就在传统航空摄影测量成果的基础上，利用CASS3D最新的功能实现高精度数字线划图的生产。

（1）地形数据采集与编辑。以最新的南方CASS10.1为平台，通过工具条OPEN3D或者命令窗口输入DSMLOAD，加载CASS3D三维窗口，加载倾斜模型，也可利用工具栏中“生成DSM功能”，加载正摄影像图和数字高程模型生成垂直三维模型数据索引文件（格式为＊.osjb），加载该文件，打开三维模型，如图3所示。CASS3D的地形数据采集模式分为二维绘图模式和三维绘图模式，可通过工具条上的二三维模式切换键进行切换和联动，二维模式与CASS平台绘制一致，主要针对贴近于地面的道路、水系、地貌土质和植被境界线等，三维模式主要针对存在高差居民地和独立地物等。需要注意的是，三维模式下，绘制地物的快捷键有部分差异。比如，房屋采集中，W键代表直角绘图，两点确定一边后，按照直角进入下一边线边点采集；S键代表重定向，两点确定一边，通过交会方式获取房角点，主要针对不规则房屋；D键代表直接捕捉拐点等。

（2）高程及等高线数据获取。CASS3D高程数据的获取是通过数字高程模型（DEM）提取高程值[8]的方法，即利用三维窗口工具条中的闭合区域提取高程点和线上提取高程点功能，针对地形地貌简单区域，采取闭合区域按照设置参数批量提取高程点，针对地形地貌复杂且植被覆盖区域，比如：坎上坎下、房角点、树木等，采取手动线上提取高程点，首先沿地表划线，然后提取要素特征点和高程点信息。

等高线的获取，可以分为两种情况，针对地形地貌简单且无植被、居民地等覆盖区域，直接利用“自动提取闭合范围内的等高线”功能，选择闭合范围线或输入快捷键D，在三维窗口中绘制一个闭合范围，设置对应等高距等参数，批量提取等高线，如图3所示批量提取高程点和等高线；针对地形地貌复杂且植被覆盖区域，则利用手动提取的高程点，构建TIN，进一步生成等高线。

图3 高程点及等高线

图4 CASS局部地形图成果

（3）地形图成图编辑。将获取的地形地貌要素进行综合、整饰等处理，得到满足要求的DWG格式的地形图成果。当然，针对大比例尺地形图中房屋等规则地物，也可采取智能采集功能，具体步骤为：①左键双击单个房屋墙面启用智能绘房；②调整采集切面至最佳位置；③右键提交采集数据。而小比例尺地形图中，可直接加载高清正摄影像图或者将三维模型调整到俯视状态下，按照轮廓进行房屋等规则地物采集。如图4所示CASS局部地形图成果。

5 数字线划图精度分析

为了验证CASS3D成图方案的精度，在数字线划图上提取10个检核点并在外业数据采集过程中实测，计算得到检核点的平面中误差和高程中误差。分别进行误差统计分析，成图精度统计如表1所示。

数字线划图的精度参照《1:500 1:1000 1:2000外业数字测图规程》（GBT 14912-2017）和《基础地理信息数字成果1:500 1:1000 1:2000数字线划图》（CH/T 9008.1-2010）的要求，1:2000平面位置精度为1.2m（城镇、工业建筑区、平地、丘陵地，坡度＜6），高程注记点高程中误差为0.5m（丘陵地，2°≤坡度＜6°）。通过表1进一步计算得到检核点的平面中误差为0.053m，高程中误差为0.060m，完全满足限差要求。

表1 CASS3D成图方案的成图精度统计表

6 结束语

本文通过案例实践分析表明，利用南方CASS3D软件可进行大比例尺数字线划图（DLG）成图，特别是三维测图工具，除了具有三维可视化、二三维同步、裸眼测图、高程、等高线自动提取等优势外，还针对倾斜摄影成果的矢量化提供了快捷键和智能绘图等功能，大大提高了复杂地物的成图效率。同时，南方CASS3D软件完全继承了CASS测图软件原有的各项功能，简化了操作，实现了快速高精度成图，提高了作业效率，降低了生产成本，易普及。