国土空间规划背景下倾斜摄影技术生产DLG 的应用分析

范伟斌

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

国土空间规划是对一定区域国土空间开发保护在空间和时间上作出的安排，是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，也是各类开发保护建设活动的基本依据。国土空间规划要求的数据成果有很多，DLG 是其中非常重要的一项成果。传统的DLG 是采用GPS-RTK 进行全野外作业，该方法不但作业效率低、劳动强度大，且外业工作量大，导致生产效率低，成本高，不能满足当前快速发展的社会需求[1]。随着无人机摄影测量技术的发展，垂直摄影测量技术逐渐被应用到DLG 的生产之中，然而通过大量项目验证，垂直摄影测量方式生产的数字线划图精度不能满足1:500 精度要求，而国土空间规划要求的DLG 精度需满足1:500，因此寻求新方法生产1:500 的DLG 成为了研究热点。倾斜摄影测量技术是近几年发展起来的一项新型测绘技术，凭借其多视角、低空飞行，可以获取更高分辨率的影像数据，减少视角盲区，为影像高精度匹配提供了保障[2-4]。因此，本文以倾斜摄影测量技术为依托，进行1:500DLG 的生产，并通过检测点对其精度进行了检测，结果表明，采用倾斜摄影测量技术生产的DLG 成果，精度高、质量好，且大量外业工作转到内业，缩短了数据生产周期，降低了生产成本，为国土空间规划按时完成提供了保障，具有很强的实用性和可操作性。

1 倾斜摄影测量技术

1.1 倾斜摄影测量原理

顾名思义，倾斜摄影的相机和地面不是垂直的，具有一定的角度值。常规的倾斜角度位于30°到45°之间，这样获取的影像具有更丰富的建构筑物侧面图，视角盲区少，在后续生产实景三维模型时，可以得到更加完整的三维模型成果和精细的建构筑物模型[5]。倾斜相机常见的有两镜头、三镜头和五镜头，两镜头的为摇摆式采集，其中以大势智慧的最具典型；三镜头和五镜头按照安置关系进行影像采集，基于五镜头研发的扫摆镜头，可以获取更加丰富的影像信息，其中以陕西飞盟的相机最为典型。但其获取的影像数据量更大，不利于后续空中三角测量的解算[6-7]。航空摄影测量，不但可以获取相机曝光时的影像，还可以将相机曝光时的位置和姿态记录下来。对于无人机来说，由于其姿态稳定性差，因此在实际生产中，会将姿态舍去，只使用位置坐标来进行数据解算[8-10]。目前对于POS 数据来说，有普通POS 和差分POS 之说，普通POS 精度约十多米，差分POS 精度可以达到厘米级，这样可以更好地用于数据解算和减少像控点的测量[11-12]。

1.2 倾斜摄影测量关键问题分析

倾斜摄影测量关键问题主要有空中三角测量解算和实景三维模型成果接边。空中三角测量主要是看其空三成果的可用性。在空三分层、弯曲等问题发生时，可考虑更换现有软件进行空三加密；在模型成果接边时，要考虑到模型原点是否一致，瓦片命名是否唯一。因此在后续作业时，这两块是过程检查中的重要环节。

1.3 倾斜摄影生产DLG 流程

主要涉及内外业，外业主要是空域申请和航线规划，内业主要是空中三角测量解算、像控点转刺、模型生产和DLG 生产，具体流程见图1。

2 项目案例

本次测试项目为我院承接的宕昌县某一区域国土空间规划项目，需要生产1:500DLG 数据成果，测区范围内地形高度基本一致，但局部区域存在高楼，需采用倾斜摄影技术生产DLG，且要保证其精度满足规范要求。

2.1 无人机、相机选型

实景三维模型精度和影像分辨率有直接关系，影像分辨率和航高、焦距、像元大小又有式（1）的关系：

通过式（1）可以看出，要想获得更高分辨率的影像，在飞行高度不变时，就需要选择长焦距的相机和更小的像元尺寸；在焦距和像元大小确定时，影像分辨率越高，则飞机航飞高度越低。因为存在高楼，因此选择操作灵活的旋翼无人机进行作业更合理，结合我院生产的旋翼机续航和可挂载载荷重量，选择我院自主研发的SH-60X 进行作业。在综合分析后，本次作业选择五镜头相机。其中下视镜头选择35mm，侧视镜头选择50mm，这样可以确保获取的影像，地面分辨率能尽可能保持一致，有利于后期空中三角测量解算。

2.2 空域申请

任务区位于县城某一区域，因此按照航空摄影测量要求，需提前进行任务区空域申请，在申请得到允许后，才可以按照要求进行作业。

2.3 航线规划

将任务区范围线导入测区，结合地形进行航线划分，设置航向、旁向重叠度为85%，为了保证任务区边缘模型成果完整，在规划航线时，对航摄范围进行外扩，结合五镜头之间夹角关系，外扩1 个航高即可。地面影像分辨率以下视影像分辨率为准，设计为0.05 米，根据相机参数，航飞高度为150 米。部分规划航线如图2 所示。

图2 任务区航线规划示意图

2.4 控制测量

在任务区范围线中，按照300 间距均匀喷涂像控点点位。利用GPS-RTK，连接甘肃省CORS，进行控制点和检测点的采集，在采集时，要求每个点位平滑3 次，较差在小于1cm 时，取3 次测量平均值为最后使用的成果。为了提供精度，所有像控点点位均使用红色油漆进行喷涂，喷涂成“L”形，像控点点位选择L的内角。在喷涂点位时，需将点位喷涂在周边空阔，地形无明显变化的地方，“L”尺寸为长60cm，宽20cm，在每天进行采集前，需用已知点进行仪器核验，确保当天采集的成果数据可用。在任务区范围内，共采集像控点85 个，检测点15 个。

2.5 影像数据获取

影像数据根据空域申请书中要求的时间段进行获取，在飞机起飞作业前，需对相机和内存卡进行测试，确保相机可以正常作业，内存卡可以正常保存影像。

2.6 空中三角测量解算

空中三角测量的解算在倾斜摄影测量整个环节中是非常重要的，空三成果的可用性直接影响到后续模型的精度和DLG成果的精度。本次使用主流的建模软件Context Capture，由于选择的相机没有进行相机检校，因此没有精确的相机参数，针对该类问题，以部分数据的解算相机参数作为整个测区的相机参数，进行输入，在输入的过程中，主要输入相机焦距，在参数输入完成后，提交空三任务，执行空中三角测量任务解算。空三解算完成后，查看成果，无明显分层，所有照片均参与空三解算，加密点重投影误差为0.68 个像元，小于2/3 个像元大小，精度符合规范要求，成果可用。

为了和邻区接边，在进行本测区空三解算时，还需要引入邻区像控点进行平差运算。一般要求至少有3 个公共点，这样可以有效保障接边区域精度。如果接边区域精度无法满足接边要求，可在已生产的精度符合要求的模型上，提取三维坐标点作为像控点进行转刺平差，从而提高接边区域模型的精度。

2.7 像控点转刺与平差

设置坐标系，将像控点导入，进行像控点的转刺，每个镜头每个点位至少转刺3 张，对于点位位于影像边缘的，考虑到影像边缘变形严重，这里不进行转刺，只转刺点位位于影像中心部位的。转刺完成后，进行平差计算，选择连接点保持，提交平差任务，可快速进行平差计算。平差完成后，查看平差结果，控制点平面误差最大为0.023 米，中误差为0.012 米；高程误差最大为0.032 米，中误差为0.014 米，精度均满足规范要求，成果可用。

2.8 实景三维模型生产

提交三维模型重建任务，由于任务区面积很大，本次只选取其中一部分进行生产，因此需要对瓦片命名起算原点和模型成果原点进行设置，这里将两个原点设置一致，且大致位于任务区中心区域。根据电脑配置，设置瓦片大小为100*100 米，按照规则平面网格划分，设置模型贴图分辨率为0.02 米，确保贴图采样分辨率一致；然后导入建模范围线，选择模型格式为OSGB，贴图质量为100%，纹理不压缩；对模型进行生产重建，在模型重建完成后，提交正射影像任务，生产正射影像。

2.9 DLG 生产

2.9.1 基于模型和正射进行DLG 采集。本次采用EPS 软件进行DLG 成果数据的生产，首先选择1:500 的数据库模板，然后加载实景模型和正射影像。模型首先需要进行转换，加载Data 下的模型和对应的xml 文件，然后进行转换，快速生产得到DSM 索引成果，最后加载该成果和正射影像成果。对于平面地物，直接在正射影像上进行采集，如道路、河流等，对于需要高程信息的地物地貌，如高程点、等高线等在三维模型上进行采集，按照1:500 要求对地物进行取舍。其中在采集等高线时，可使用采集的高程点进行构网，然后通过三角网生等高线，也可采用淹没的方式进行等高线的采集，通过更改步距，进行等高线的采集。对于房屋，在进行采集的时候，顺带对屋檐进行改正，对于模型拉花，无法准确进行屋檐改正的，需通过外业进行补测，对屋檐进行改正。

2.9.2 外业补测与调绘。采集完成后，将成果套合到正射影像上输出，以便于在调绘时，直接在影像上进行标准。调绘主要调属性，如井盖的用途、树木的种类、农作物种类等，还有就是调电线的走向、通讯线走向等。对于内业遮挡，无法进行准确采集的地物，在调绘时，利用GPS-RTK 直接现场进行采集，然后回内业进行完善DLG，最后在CASS 软件中进行编辑成图。

3 DLG 精度检测统计与分析

利用15 个检测点对本次生产的DLG 成果精度进行检测，检测结果见图3。

图3 DLG 精度检测折线图

其中DS 代表平面位置较差，DH 代表高程点位较差。从图中可以看出，平面最大残差小于0.2 米，高程最大残差小于0.25米，多数点位残差介于0.1 米到0.15 米之间，成果精度满足1:500DLG 成果精度要求。

4 结论

为按时高质量完成国土空间规划中的DLG 成果数据，本文采用倾斜摄影测量的方式进行作业，首先对作业流程进行了介绍，再以实际生产项目为例，对生产中关键环节进行了说明，对空中三角测量环节，重点进行了说明，最后对生产的成果进行精度检测，结果表明，成果可以满足1:500DLG 成果精度要求，为国土空间规划项目中的DLG 数据成果生产提供了新的作业方式，可保障该项目按时按点完成，为其提供了保障。