基于无人机影像的数字线划图的生产与研究

2022-01-14孔玉霞刘艺莎朱丹晨徐瑞廷

辽宁科技学院学报 2021年6期

徐奡，孔玉霞，刘艺莎，朱丹晨，徐瑞廷

(辽宁科技学院资源与土木工程学院，辽宁本溪 117004)

随着数字摄影测量技术和三维定向追踪测图技术的飞速发展，4D产品在系统交通、管线、通信、银行、土地等领域都有了广泛应用，因此对4D产品的生产也有了更大的需求〔1〕。数字线划图(DLG)是4D产品中应用最广泛的，其内容补充更快捷，更新方式更方便，表现效果能够及时修改，因此具有极为广阔的发展前景。

数字线划图(DLG)是指在对航摄影像及无人机影像等高空作业成果，进行管理存储和矢量化的基础上分层处理，包括三维坐标信息和二维属性要素等基本地理特征的数据集，它可以作为各类专业信息系统空间定位的基础〔2〕。常规DLG产品的生产方法主要包括数据处理和符号化两个主要部分。

传统的DLG制作存在硬件软件投入太大，生产成本较高，对于高精度，复杂地形条件下成图误差较大等缺点，所以我们需要进一步对快速简便生产DLG的方法进行研究。无人机影像作为一种新型的高科技力量，具有高清晰度、大比例尺、小面积、高显示等优点，为DLG的生成与研究提供了更便捷高效的手段。

1 无人机及软件选取

(1)无人机的选取：根据实际经济效益，选择多旋翼无人机。多旋翼无人机相对于固定翼无人机具有轻便、成本比较低廉、可以定点悬停、适用于航拍、环境监测、资源勘查、特殊物体运输等优势。

(2)软件的选取：VirtuoZo摄影测量系统具备多元的信息采集、数据处理、影像矢量化功能，可以快速生产数字正射影像，能够实现全自动的内部定位和外端延伸，从而利用专业的数字测图技术，高精度地测量并生产数字线划图。

2 DLG数据采集及图像处理

2.1 数据预处理

对无人机获取的航摄像片进行参数采集，整理后将全部坐标及参数信息用于像对定向，进行DLG新建，创建立体像对并进行数字化处理。

(1)内定向：内定向的目的是创建一个变换，将图像从扫描坐标，转换为以图像主点为原点的图像坐标系下的坐标，如图1所示。

图1 影像内定向

(2)相对定向：相对定向是根据立体图像的几何内在关系来确定两幅图像的相对位置，用于建立地面的三维模型，其要点是通过寻找同名点来确定两个图像之间的关系。生成核线影像，即将原始图像数据逐个按照核线的方向重新排列，形成按核线排列的三维图像。

(3)绝对定向：为了使建立的模型与地面一致，还需要利用控制点调整比例尺以满足测绘要求，并将模型平铺变换到地面摄影测量坐标系，完成绝对定向。

2.2 数据采集

将全部坐标及参数信息用于像对定向处理。数据预处理后，航片影像在最大程度保持原始属性的前提下完成了矢量数据建库，同时对源数据文件进行记录、存储，并开始对航空影像进行DLG数据的采集。在DLG新建后，创建立体像对并进行数字化处理。

在VirtuoZo软件中，进行测区参数、影像参数、相机参数的设定后进行立体测图，分别采集水系、道路、居民地等地物要素和等高线、高程点等地貌要素〔3〕。在三维空间中进行数据采集时，如图2所示。一般将影像扩大为原来的两倍。在数字化测图过程中，进行测图模式的设定，进入模式选项后，将所连接外端操作设备的工作方式设置为滚轮操作，并注意鼠标测图时三键的功能。

图2 立体测图

空间上的数字化测图工作主要包括地物测量、数据管理和识别注记等。测量地物的基本步骤为：输入或选择地物特征码(按照Virtuo-Zo的符号库)；寻找到测图任务点，识别出地物类型更改选项功能；同时注意开启必要的辅助功能；最后完成对地物的测量，对于特殊地物时，要按照标椎进行采集。在软件中，系统将记录每个测图环节所获得的成果，并将之保存在测图过程的数据文件中。

2.3 符号化与制图整饰

对于屏幕上地物要素的跟踪，可以把正射影像图按一定的比例插入工作区中，在系统中选取配置符合国标新版符号库的符号进行使用，图上进行相应要素采集，注意对特殊地貌的处理方法以及比例尺的调整，使所有要素的实际用途及要素环境保持尽量高的贴合性，如图3所示。

图3 绘图成果

在主界面的工程浏览窗口中找到工程，然后右键选择创建立体像对，再选中DLG目录下文件进行加入立体像对。在菜单的工作区选择导入，进行导入DXW/DWG文件。将准备好的DXW/DWG文件进行导入。对导入文件进行矢量数据外包后删除导入的DXW/DWG文件，以确定作业范围。

2.4 DLG成果输出

通过软件分幅功能中的标准矩形分幅对采集完的数据进行分幅。以此来确定采集数据范围的图幅编号，再通过分幅中的图廓整饰对图廓的图名、接图表、比例尺、图例、版权机关、制作单位、资料说明等进行编写。

在生产过程中，需要将脱机生产的DLG文件进行编辑，即无人机获取的二维影像进行数据采集成带有坐标、高程信息的三维数据，进行标准符号化，以DXF形式存储并入库，进行图幅修饰完成生产。

3 DLG质量检查

DLG生产主要有地形图扫描矢量化法和全数字摄影测量法两种，这两种生产DLG产品的方法均需对数字线划图成果的内容准确度与可用性进行质量检查，主要为数据精度和采集合理性两方面。

数据精度。首先检查所采用的坐标系的正确性〔4〕。再通过软件数字化处理后的数字线划图对照源文件，检查高程点及等高线所属高程值是否正确；高程点分布密度是否符合精度标准,选取的标注点是否均匀分布在整幅图上，坐标和高程值的精度是否满足规范中的限差要求等；对于测图区域范围大的影像，单次检测的范围要随之扩大，检测次数也要增加，并保持标准的统一性。

合理性。利用VirtuoZo软件对数字线划图检查各要素层是否建立了拓扑关系。采集要素的相对位置关系是否正确合理。检查各层要素是否重复；检查注记内容是否有误或表达有歧义，地物是否共线或相交处的属性值是否相互覆盖，并将所有调整的特征要素与矢量化前的源数据文件进行校正比对〔5〕；尺寸比例是否符合精度及等级标准，检查带有指向性的符号是否正确，如公路方向、水流向等；图廓内容的整体布局是否符合逻辑性、美观性。

数字线划图的精度应依据标准，在生产条件允许的前提下，进行多环节的质量检查以及检验校正，保证原始数据信息不被遗漏，同时满足实际生产的规范要求。