大比例尺地形图航测高程注记点内业立体采集精度分析

张 磊，刘贵兵

(江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013)

0 引 言

航空摄影测量是目前进行地形图制作的主要技术，已被广泛用于1∶500及以下大比例尺地形图测绘[1]。高程控制一直是制约航空摄影快速高效高精度成图的难点。传统高程点作业采用水准高程测量或三角高程测量在航摄前或航摄后进行，作业工期长、经费和人员投入大，不仅劳动强度比较大，而且效率比较低。随着GNSS和大地水准面技术的发展，出现了利用GNSS辅助的航摄测量方法，如差分GPS技术、RTK技术、CORS技术等，进行无控制点或少控制点的航测成图[2-5]。然而，高程注记点仍需采用全野外的测绘方法，且面临受地面沉降影响导致不同时间测定高程精度的差异[6]，对成图的效率有较大影响。

内业采集高程注记点替代全野外测绘方法，是提高航摄成图效率的重要途径。目前，常用的内业采集高程注记点的主要方法有：① 激光点云技术采集高程注记点：使用激光扫描系统进行数据采集，采用数据处理软件对采集数据进行解析、筛选、提取，最终获得高程特征点[7]；② 倾斜三维模型采集高程注记点：采用倾斜摄影的方式来获取测区影像，内业利用低空航摄影像数据来进行空三加密处理并生产出满足相应精度要求的实景三维模型，再利用该实景三维模型进行高程注记点采集[8-9]；③ 全数字摄影测量方法采集高程注记点：内业在数字摄影测量集群处理系统下进行空三加密，然后利用数据处理软件恢复模型，完成相对定向与绝对定向，接着进行立体采集高程点[10]。其中，全数字摄影测量方法是采集高程注记点高效率、低成本的实用方法，但成果精度难以达到大比例尺地形图测量规范的精度要求。

本文结合盐城市基础地理信息数据采集项目，考虑对现有资料的最大利用率，减少野外作业强度，提高作业效率，按期完成任务的原则，对作业流程进行严格控制，利用全数字摄影测量工作站实现了满足1∶500大比例尺地形图规范精度要求的内业立体环境下高程注记点数据采集，并通过试验验证了可行性和精度水平。

1 数据与方法

1.1 采用数据

测区位于盐城市主城区及周边地区，以道路、河流等为自然界线，南至盐淮高速、沙港河、G204，北抵盐靖高速公路，东沿六子河、南港大沟及沈海高速一线，西以朱沥沟、三中沟、盐靖高速、串场河等为界，涉及盐城市中心城区约597 km2，如图1所示，其中，红线范围内为1∶500测区作业范围。

图1 测区位置及航空摄影测量作业范围

按技术规范要求，常规1：500影像航摄地面分辨率为0.05 m，为了提高作业精度，采用UltraCam Xp-wa数字航摄相机，辅以POS AV510系统等进行航空摄影，于2019年9月和10月进行多批次完成。UltraCam Xp-wa相机的焦距标定为70.5 mm，航摄高度约为450 m，航片数据地面分辨率为0.039 m，像素尺寸为11 310×17 310，像元大小为6 μm，像幅尺寸为67.860×103.860 mm，航摄轨迹如图2所示。

图2 航空摄影测量飞行轨迹示意图

1.2 试验方案

在上述航空摄影测量方案基础上，首先在测区范围内布设像控点，并选择试验区布设高程注记点，联测获取高精度像控和注记点高程；然后内业对像控高程点位判读与立体刺点获取高程注记点；再进行空中三角测量解算后与像控点高程和野外采集高程注记点进行比对，验证高程注记点采集的精度。

1.2.1 像控点布设及联测

像片控制点按区域网布设，区域网的大小根据航摄飞行情况、地形情况等进行划分，一般不超过20个基线，30条航线，区域网形状尽量为正方形。像控点布设在航向及旁向6片或5片重叠范围内。每个区域网，根据网形和控制点的结构，在网间最弱位置布设至少5个检查点，供后续空三计算进行高程精度检核。局部点位分布如图3所示，其中K1～K31为野外测量控制点，用来进行区域网平差解算，J1～J6为野外测量检查点，用来对区域网的精度进行检核。

图3 测区布设的部分像控点分布图

像控点布设采用航摄后的原始影像进行点位设计，在布点前将航摄后的原始影像进行数据压缩，保证压缩后图像尺寸不变，像素值不变，压缩格式一般为JPG，并建立金字塔文件，以便平板电脑快速浏览。在导入像主点及像片后及时检查其影像分辨率是否变化、影像是否齐全、影像位置是否准确等。平高点应选择刺于影像清晰，易于判别的明显目标，如选择交角良好(30°～150°)的细小线状地物的交点、明显地物拐角点等，同时应是高程变化较小的地方，易于准确定位和量测，相对固定的目标。高程控制点应选在高程变化较小、内业能够准确判读的位置。另外，像控点尽量选择于地面上可以立体判刺的点位，除非不得已布设到高于地面的地物上时，必须在像控点附近就地测量地面高程点参与空三解算。

像控点联测采用基于JSCORS的网络RTK作业方式联测，利用区域似大地水准面成果直接求定像控点的三维坐标。并对像控点联测结束后的坐标展点检查，防止出现粗差，确保成果准确性，保证100%的内业检查和不少于总点数10%的外业检测。同时，每天进行控制点检核，检核平面位置较差不大于50 mm。

1.2.2 试验区域全野外高程点采集

为验证内业立体采集的高程注记点精度，选定了四个试验区域，试验区面积占作业全域5.13%，范围如图4所示。对区域内按设计要求使用GNSS网络RTK双频接收机进行508个全野外高程点采集，用于精度评估。

图4 试验区域范围示意图

1.2.3 内业高程注记点立体采集

对试点区域安排长期从事内业立体测图作业人员进行采集，分别采用了DPS与Map Matrix等立体测图软件对全野外测量高程点进行同点位采集。根据测区的地理位置，综合考虑计算机设备的处理能力、软件和网络承载能力、磁盘空间等原因，对整个作业区域划分为8个分区区域网，如图5所示。试点区域位于2019YC1、2019YC2和2019YC3三个加密分区内，安排两位长期从事内业空三加密人员同时对所有像控点进行点位判读与立体刺点，大大减少不同人员刺点产生视差的情况。采集点位尽量选择在影像清晰，易于判别的明显目标点位，便于外业易于定位与测量。

图5 加密分区示意图

2 结果与分析

使用INPHO空三加密软件对外业测量的控制点进行判读与刺点，空三解算后与野外测量数据进行比较，其差值如表1所示，计算得到6个检查点的高程中误差为0.038 m，最大误差小于0.060 m，32个控制点的高程中误差为0.021 m。而数字航空摄影测量空中三角测量规范对1∶500地形图平地区域高程精度的要求为0.15 m，因此解算后精度显著高于项目设计限差精度，提高超过0.10 m，完全满足了空中三角测量解算要求。

表1 试点区域网绝对定向精度统计(单位/m)

内业采集结束后，对选取的508个高程注记点叠加已有测区影像图进行纸图打印，提供外业测量。由于打印幅面的影响，最终对试点区域划分为10个小区域进行打印，安排四个小组同时进场测量。外业测量结束后，对内外业采集高程注记点进行平差计算，最终高程中误差为0.06 m。各区域高程注记点的内外业差值统计如表2所示，绝大多数高程注记点精度达到规范要求，仅有约4%高程注记点精度超过规范要求1倍中误差，但都位于2倍中误差以内。

表2 试点区域高程注记点内外业差值分区域统计

对508个高程注记点进行内外业高程差值进行统计，如表3所示。其中，64%的高程注记点差值小于6 cm，88%的高程注记点差值小于9 cm，表明了本文基于内业立体采集的高程注记点方法可行，精度可靠。

表3 试点区域高程注记点内外业差值区间统计

3 结 语

大比例尺地形图测绘项目工作量大，航空摄影测量是快速高效实现大比例尺地形图测绘的重要手段，但高程注记点野外测量受到作业范围、时间、经费、人员等影响，难以及时完成测量任务。本文基于盐城市1∶500基础地理信息采集项目，实现了基于全数字摄影测量平台的内业立体采集高程注记点的方法，通过选定试验区域布设野外高程注记点进行了精度检验。结果表明，内业立体采集高程注记点是一种可行、可靠、生产效率高的作业方法，可满足数字摄影测量对空三解算精度的规范要求。通过提高航摄影像分辨率、像控测量、空三加密和立体采集等中间环节的质量，对所有可能影响立体采集精度的过程成果严格把关与控制，1∶500大比例尺地形图测绘项目可以进行内业立体采集高程注记点补充全野外测高，减少作业时间，减轻野外作业强度，节约作业成本。