摄影测量内业数字测图效率的提高方法

姚 林，陈 旭

（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，昆明 650051）

随着经济建设的快速发展，社会各行业的生产研究需要内容丰富、形式多样、应用实时的地形图成果[1-2]。传统的地形图数字化测绘工作主要利用全站仪、GNSS 设备在野外采集地形数据，通过计算机成图软件的人机交互编辑完成地形图数字化制图工作。野外测图模式工作效率低、劳动强度高、成果形式单一，已经无法满足现代化测绘的需求。近年来无人机制造工艺、飞行性能、载荷设备及配套软硬件技术不断发展，无人机航测系统以其机动灵活、高效快速、生产成本低、现势性好和产品成果丰富等优点，逐步取代原有的野外工测制图模式，成为现代地形图测绘的主流技术手段，广泛应用于工民建、国土、交通及电力等多个行业。

目前，无人机摄影测量外业航摄工作自动化程度高，可高效获取地面影像数据，快速响应工程建设对正射影像、三维实景模型等地理信息数据的需求。而摄影测量内业数字测图工序繁杂，自动化程度低，人工参与度高，生产速度慢，成为影响地形图生产周期的最重要因素。地形图需求的日益增长给内业数字测图效率提出了更高的要求，如何快速完成数字测图工作，满足各行业生产建设应用的要求，成为数字地形图生产中亟待解决的问题。

1 数字测图效率的影响因素分析

内业数字测图是使用全数字摄影测量工作站，通过影像数据构建三维模型，将摄影测量的基本原理与计算机视觉相结合，从数字影像中提取所摄对象用数字化的方式表达的几何与物理信息，进而生成所需的工程图件[3]。文章结合数字测图工作经验，针对数字测图的关键环节，梳理内业数字测图生产中存在的难点，总结影响数字测图效率的因素。

1.1 航摄成果质量

数字测图不是一个孤立的过程，需要依托于航空摄影、像片控制测量、空三加密等多个环节，这些环节之间既相互协调，又相互影响，每个环节的实施都会影响到最终航测成果的质量。航摄成果的质量是保证数字测图精度指标和测图效率的基础，是保障数字测图工作正常开展的关键。

1.2 作业人员技术水平

内业数字测图工作基本由人工操作完成，作业人员技术水平和作业态度对测图效果影响较大。作业人员技术水平主要体现在测图理论知识及相关规范的理解程度、测图软件操作的熟练程度、数字测图相关工作经验等方面，技术水平的欠缺将直接影响数字测图的效率。

1.3 测图软件与参数配置

测绘技术发展日新月异，内业数字测图软件不断更新升级，目前航天远景MapMatrix 软件、清华三维EPS 软件、南方CASS 软件和北京四维JX-4 软件等在数字测图领域应用广泛。根据测图使用的数据源类型、测图作业方式、人员作业习惯等正确选择适用的测图软件和合理配置软件参数，可以提高数字测图的作业效率。

1.4 测图作业体系

内业数字测图作业体系是指导内业数字测图工作有序开展的基础，测图作业体系可以根据技术要求和作业习惯，定制合理地形图的成图工序、作业流程、技术方法和成品样式。按照技术要求开展采集、编辑、质量检查工作，避免作业人员对作业内容、技术要求等产生理解偏差，减少地形图后期编辑检查的工作量，保证测图工作高效、有序地开展。

1.5 数字测图智能化程度

面对全社会数字化、智能化转型的时代浪潮以及“第四次工业革命”的影响，研发以知识为引导、算法为基础的智能化测绘技术，推动行业技术进步和事业转型升级[4]。摄影测量软硬件技术的进步在一定程度上提高了测图作业的效率，但目前内业数字测图工作仍然以人工采编为主，数字测图智能化程度偏低，这严重影响数字测图的工作效率。

2 提高数字测图效率的措施

内业数字测图采集、编辑、整饰工作量较大，人工参与度高，文章从测图生产人员、软件、技术方法等方面制定技术解决方案，提高数字测图生产效率。

2.1 航摄成果质量控制

梳理航摄作业的各个环节，分析影响航摄成果质量的因素并制定控制措施，开展飞行质量与影像质量、像片控制测量质量和空中三角测量质量的控制检查，保证各环节之间提交的成果满足技术规范和下一道工序的要求。在内业数字测图之前，做好充分的准备，对测图所需数据资料进行检查分析，确保使用资料的准确性。

2.2 作业人员技术水平提升

作业人员的技术能力需要掌握扎实的测量基础知识、进行专业的操作技能培训和长期的生产实践积累。抓好作业人员的技能提升，建立科学有效的管理方法和奖惩制度是提高数字测图效率的重要措施。测绘行业专业性较强，内业数字测图技术和软件更新发展较快，从事测图生产的技术人员需要定期进行培训、学习，有计划、分层次地组织岗位技术培训，加强作业人员对相关规范、软件、技术标准的学习和理解，提高作业人员专业技能水平。

2.3 测图软件选择

本文根据公司作业习惯和工作经验，通过综合比对，选用航天远景MapMatrix 软件和南方CASS 软件配合完成内业数字测图工作。其中，MapMatrix 软件支持多源数据处理，采编、质检功能强大[5]，主要用于地形图的采集和质检工作；CASS 软件基于AutoCAD 软件开发，软件操作便捷、通用性强，主要用于地形图的编辑和整饰工作。

2.4 合理的软件配置

参照规范要求，进行软件参数、符号库的合理配置，确保地形图成果导出线型和符号的大小、样式、颜色符合要求。合理设置地物采集线型、录入属性等配置方案，可减少地形图编辑工作。根据作业习惯合理设置软件工具栏布局位置和快捷键命令，方便左右手协调作业[6]，提高软件操作的便捷性和实用性。

2.5 规范的测图方法

作业人员按照合理规范的流程、方法开展测图生产，可以提高数字测图的生产效率。规范的地形图采集工序可加快采集速度，减少地物漏测的概率。采集地物时正确使用捕捉、闭合、直角化设置，可减轻后续地形图编辑的工作量。采用道路等明显易分的地物作为相邻分区的分区线，可以减少地形图接边工作。

2.6 裸眼测图技术

基于倾斜摄影测量三维实景模型的裸眼测图技术具有模型精细、视野广阔、无需佩戴立体眼镜等优势，相比于传统立体测图生产效率更高。对于植被稀少地区，可优先选用裸眼测图技术。

2.7 数字测图智能化生产

结合数字测图生产经验，分析数字测图中各类复杂、重复工作，通过计算机软件定制开发数字测图智能化工具，利用软件操作代替或辅助完成重复性人工操作，可大幅度提高数字测图效率。智能化测图可从以下2方面来实现。

2.7.1 充分挖掘现有商业软件的制图功能

商业测图软件提供了较多的通用型辅助制图工具，可挖掘这些软件辅助制图生产的方法、技巧，解决制图生产中的难题。如MapMatrix 软件提供的地形图检查功能，可以定制“点线矛盾”“等高线合法性”“等高线缺失”“线线相交”等检查功能，快速实现地形图质量检查和错误编辑修改工作。CASS软件提供的“复合线滤波”和“复合线处理”功能可以快速实现地形图线型转换和图形轻量化功能。

2.7.2 定制开发制图工具

结合数字测图工作需求，针对内业数字测图生产过程中存在简单、重复性的作业工序，定制开发制图工具实现地形图采集、编图、整饰工作批量自动化处理的方案，以提高内业数字测图效率和规范地形图测图质量。

3 智能化制图工具的定制开发

文章在AutoCAD 2016 软件中引入VBA 语言开发工具，结合生产实际需求，定制开发高程点滤波、等高线接边、等高线修剪和道路注记等批处理智能化制图工具，实现数字测图生产的程序化处理。

3.1 高程点滤波工具

按照规范要求，高程注记点应选在明显地物点或地形特征点上，依据地形类别及地物点和地形点的数量，密度为每100 cm3内5～20 个[7]。为保证地形图测图的精度，内业数字测图生产过程中采集高程点的数量远大于图面整饰要求，需要进行高程点滤波工作。

高程点滤波工具首先提取地形图中山头、谷地等地形特征点和坡坎等地物的高程点，在山头、谷地处保留地形特征点的高程注记点。坡坎地物按照输入的格网间距依次筛选坎上、坎下高程点，并确保每条坡坎至少有1 对高程注记点。对于没有特征点填充的格网，取格网中间的普通高程注记点补充。高程点滤波工具提取的高程注记点更符合规范要求，大大减少了高程点检查、修改的工作量，高程点滤波工具功能流程图如图1 所示。

图1 高程点滤波工具功能流程图

3.2 等高线接边工具

摄影测量内业数字测图的面积较大，在生产作业时需要将地形图分成多块以便多人同时开展测图工作，分区地形图生产完成后需进行等高线接边工作。此外，测图生产中时常遇到地形图的测量范围发生变化的情况，需要进行地形图的补测工作，新测地形图也需要和前期地形图进行等高线接边。传统的等高线接边方法是作业人员手工拖动等高线进行连接，十分费时费力。文章根据地形图等高线接边的特点和要求，针对分片区采集等高线接边和补图等高线接边2 种情况，编制程序实现等高线自动接边处理。

等高线是在采集高程点所构成的三角网基础上生成的，相同点位构网生成的等高线是一致的。内业数字测图划定测图分区时，相邻测区的作业人员首先画定一条公共的3D 线作为分区边界，测区间相同的3D 分区线可以确保相邻作业人员采集的接边处等高线位置、高程一致。等高线接边工具按照输入的阈值，自动将2 个测区中容差范围内的相同高程等高线连接起来。

地形图补图生产时，新老地形图之间没有事先画定的分割边线。等高线接边工具将首先按照输入的范围提取前期地形图中的三角网边界数据，作为新旧地形图接边的3D 分割线，后续等高线接边方法和分片区采集等高线接边相同。等高线接边工具功能流程图如图2 所示。

图2 等高线接边工具功能流程图

3.3 等高线修剪工具

按照规范要求，等高线遇到房屋、道路、坡坎和水系等面状、双线表示的符号时，应表示至符号边线[7]。内业数字测图生产中绘制的等高线一般为连续不间断的多段线，地形图编辑过程中需要修剪地物中间的等高线。传统的人工修剪等高线作业模式工作量大，漏修率高。

等高线修剪工具首先选择需要修剪等高线的地物图层，从地形图数据中提取这些图层中的双线地物，按照设定的阈值将双线地物生成面。再提取选取图层中的面状地物，将提取的面状范围和双线生成的面状范围一起用于修剪地形图中的等高线数据。等高线修剪工具功能流程图如图3 所示。

图3 等高线修剪工具功能流程图

3.4 道路注记

按照规范要求，地形图上应每隔15～20 cm 注出道路名称、代码、材料等[7]。人工道路注记方法工作量大，注记密度不统一，道路注记漏注、错注情况时常发生。

道路注记工具首先从地形图数据中提取双线道路，按照设定的阈值将双线道路生成面状道路。从地形图中提取对应道路的注记属性，根据面状道路范围，将道路属性按照输入的注记间距依次进行道路注记工作，保证道路注记位置、密度的准确性。道路注记工具功能流程图如图4 所示。

图4 道路注记工具功能流程图

4 数字测图提效研究应用

文章以山区风电场1∶2 000 内业数字测图项目为研究对象，通过工程项目应用效果分析，总结验证摄影测量数字测图提效研究的实用性。

4.1 工程概况

为满足工程项目前期立项审批和规划设计的要求，风电场项目需要短时间内完成内业数字测图工作，及时提交项目的1∶2 000 地形图成果。风电场项目测区内植被茂密、地形起伏大、地物复杂多样、成图面积大，地形图内业数字测图难度较大。

4.2 测图提效研究实施效果

风电场项目通过无人机航摄获取原始数据，经过像控测量和空三处理后生成作业区的三维立测模型，在测量精度检查合格后开展数字测图工作。本文按照航空摄影内业数字测图的先后顺序，对测图中的生产工序进行归纳，将测图工序分解为准备工作、地形图数据采集、地形图数据编辑、分幅整饰及质量检查5 个工序。在数字测图提效研究前后，分别选取难度相近的3 个风电场项目进行比对，统计每一个项目的数字测图各工序用时和项目总用时情况，见表1。根据每个项目的面积、总用时信息，计算每个项目的生产效率，并分别统计测图提效研究前后的测图平均效率，见表2。

表1 数字测图工序用时统计表d

表2 数字测图生产效率统计表

工程应用结果表明：数字测图各工序中，地形图采集、地形图编辑和质量检查3 个工序用时较多，占到总用时的95.6%。在数字测图提效研究后，主要工序的生产效率大幅度提升，航测地形图的总体生产效率由提效研究前的0.41 km2/人/d，提升为提效研究后的0.91 km2/人/d，测图效率提升了220%。工程应用结果验证了文章数字测图提效研究成果的可行性和实用性，研究提高了数字测图自动化处理能力，减轻了数字测图的劳动强度，提高了数字测图的生产效率。

5 结束语

熟悉的软件操作，过硬的专业技能，良好的作业习惯，再加上智能化的测图工具构建了快速高效的内业数字测图体系。本文总结的提高无人机摄影测量数字测图的技术方法在提高测图工作效率、减轻作业人员劳务强度和保障数字测图成果质量方面都发挥了重要作用，研究可以更好地满足各行业生产建设的用图需求，在工程中具有较好的应用价值。