一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法和测绘系统与流程

本发明涉及地形图测绘的技术领域，尤其是涉及一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法和测绘系统。

背景技术：

目前倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，作为一个新兴的技术方法在工程测量中有广泛的应用前景。倾斜摄影三维数据可真实地反映地物的形状、大小、位置等属性。倾斜摄影借助无人机，可快速采集影像数据，通过全自动化三维建模，生成的三维数据是带有空间位置信息的可量测数据。倾斜摄影测量可同时输出dsm、dlg、dem、dom等数据成果。由于当前无人机技术发展迅猛，获取地面高分辨率影像更为简单，结合高精度三维建模技术、适当布设的地面控制，倾斜摄影测量技术应用于1:500、1:1000的大比例尺地形测图成为可能。

但是，倾斜摄影技术由于其成像质量参差不齐，误差来源广，且精度不够高，因此如何将其应用于大比例尺地形测绘成为了一大挑战。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法、目的之二是提供一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘系统，具有减少大比例尺地形图测绘误差并提高其精度的效果。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

提供一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法，包括：

收集待测区域的资料，并根据所述资料规划测绘线路；

根据所述测绘线路在所述待测区域内布设像控点，并按照测量规范对所述像控点进行处理，所述像控点包括常规像控点和特殊像控点；

基于所述测绘线路进行无人机航飞倾斜摄影，采集所述待测区域的地形数据；

将所述地形数据输入建模平台进行三维建模处理并合成所述待测区域大比例的三维地形图；

对所述各个步骤进行误差控制和精度检查。

通过采用上述技术方案，使用无人机倾斜摄影技术结合配套软件建立三维数学模型，改变了传统的测绘作业模式，充分发挥了无人机倾斜摄影测量技术灵活、高效的优点，且通过利用倾斜摄影成图既能保证精度又能把大量外业工作转换成内业，缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时对测绘过程中的各个步骤进行误差控制和精度检查，能提高大比例尺地形图测绘的精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述对所述各个步骤进行误差控制和精度检查包括：

分析所述方法各个步骤存在的误差并寻找误差源，对所述误差源进行相应控制；

像控点、三维模型和三维地形图的精度检查。

通过采用上述技术方案，分析方法各个步骤存在的误差并寻找误差源，对所述误差源进行相应控制，像控点、三维模型和三维地形图的精度检查，可以减少测量误差，提高测绘精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据所述测绘线路在所述待测区域内布设像控点包括：

根据比例尺在所述待测区域内的测绘线路上等间隔均匀布设所述常规像控点；

所述特殊像控点包括设置在所述测绘线路的重叠处的像控点和设置困难的像控点；

根据布设条件布设所述常规像控点和所述特殊像控点。

通过采用上述技术方案，布设条件布设所述常规像控点和所述特殊像控点，便于在测绘的过程中进行准确定位和三维建模的绝对定向。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述待测区域内还布设有至少一个检查点。

通过采用上述技术方案，布设检查点便于对待测区域进行核查。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述按照测量规范对所述像控点进行处理包括：

参照《1：5001：10001：2000数字地形图测绘规范》及《全球定位系统（gps）测量规范》对所述像控点进行三维坐标测量；

对所述像控点进行判刺处理。

通过采用上述技术方案，参照该领域的测量规范进行坐标测量可以提高测量精度；将测好的像控点位置刺到相片上并判刺便于进行后期的空三解算。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在进行无人机航飞倾斜摄影之前，所述方法还包括：

进行倾斜摄影的航线设置，包括重叠度设计、航高设置以及航飞范围设置。

通过采用上述技术方案，重叠度设计、航高设置以及航飞范围设置可以提高采集的源数据质量，从而提高测绘精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：对所述待测区域划分区块，并基于所述区块进行所述无人机航飞倾斜摄影。

通过采用上述技术方案，按照测区高程差异对待测区域进行分区块，并根据航飞区块进无人机航飞倾斜摄影，有利于控制航高，控制像片清晰度、重叠度，有利于提高采集数据的质量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述建模平台包括smart3d软件、dpmoderler软件以及南方cass软件，所述将所述地形数据输入建模平台进行处理并合成所述待测区域大比例的三维地形图包括：

通过所述smart3d软件对所述地形数进行三维建模，得到实景三维模型；

使用dpmoderler软件从所述实景三维模型中采集地物地貌特征信息；

将所述地物地貌特征信息导入所述南方cass软件合成所述大比例三维地形图。

通过采用上述技术方案，利用建模平台将倾斜摄影成图，能把大量外业工作转换成内业，既能保证精度又缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时提高大比例三维地形图测绘精度。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

提供一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘系统，包括外业无人机航飞倾斜摄影模块和内业三维地形图生成模块，所述外业无人机航飞倾斜摄影模块用于根据规划好的线路通过无人机航飞采集待测区域的实景数据，所述内业三维地形图生成模块用于基于所述实景数据进行建模并生成大比例尺三维地形图。

通过采用上述技术方案，利用内业三维地形图生成模块将外业无人机航飞倾斜摄影模块采集的实景数据生成大比例尺三维地形图，能把大量外业工作转换成内业，既能保证精度又缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时提高大比例三维地形图测绘精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述系统还包括误差控制模块和精度检查模块。

通过采用上述技术方案，误差控制模块和精度检查模块分析存在的误差并寻找误差源，对所述误差源进行相应控制，并对整个过程进行精度检查，可以减少测量误差，提高测绘精度。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1、使用无人机倾斜摄影技术结合配套软件建立三维数学模型，改变了传统的测绘作业模式，充分发挥了无人机倾斜摄影测量技术灵活、高效的优点，且通过利用倾斜摄影成图既能保证精度又能把大量外业工作转换成内业，缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时对测绘过程中的各个步骤进行误差控制和精度检查，能提高大比例尺地形图测绘的精度；

2、利用建模平台将倾斜摄影采集的数据合成三维地形图，能把大量外业工作转换成内业，既能保证精度又缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时提高大比例三维地形图测绘精度。

附图说明

图1是本发明公开的一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法的流程图。

图2是本发明公开的一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘方法的流程图，该方法包括以下步骤：

101、收集待测区域的资料，并根据上述资料规划测绘线路。

其中，待测区域的资料的包括待测区域的范围线、原有地形图、控制点材料以及相关项目设计书等，基于收集的资料初步设计测绘线路，再结合实地勘察队该线路进行检查和修正，便于倾斜摄影可按照该线路采集到较为全面的数据。

102、根据上述测绘线路在上述待测区域内布设像控点，并按照测量规范对像控点进行处理，上述像控点包括常规像控点和特殊像控点；

在本实施例中，像控点是对空成像标志点，主要用于三维建模的绝对定向，可以根据测绘线路布设待测区域范围内像控点的位置和数量。像控点布设以满足航飞倾斜摄影的精度要求为主，并尽量减少同一区域重复布点的情况。

进一步的，上述根据测绘线路在待测区域内布设像控点包括：

根据比例尺在待测区域内的测绘线路上等间隔均匀布设常规像控点；

特殊像控点包括设置在测绘线路的重叠处的像控点和设置困难的像控点；

根据布设条件布设上述常规像控点和特殊像控点。

其中，常规像控点按待测区域（测区）网状布设，且沿测绘线路上等间隔均匀设置，待测区域网的设计应针对测区情况并结合航飞倾斜摄影分区、航飞倾斜摄影方向划分加密测区，需避开大面积水域，独立岛屿应单独形成测区，避免像控点落水的情况，且按不同的地形图比例尺来控制常规像控点的间隔大小，如1：500比例尺测绘地形图时，像控点间距一般控制在250米左右，并可根据测区情况适当调整。

特殊像控点包括：1)测绘线路的重叠处的像控点，即航飞倾斜摄影区域接合处的像控点的布设，像控点布设在航线重叠接合处，邻区尽量公用，如不能满足公用要求，则分别布点；2)设置困难的像控点，包括部分山地及森林茂密区域，无法在标准点位找到合适的目标时也可以考虑在非标准点位位置布设像控点。

上述像控点的布设应当满足如下布设条件：1)像控点一般布设在无人机航向及旁向六片或五片重叠范围内，使布设的像控点尽量公用；2)位于自由图边的像控点，尽可能布设在图廓线1cm以外，确保成图满幅；3）像控点作为标志点以便于识别和定位，可分为漆标、粘标、靶标三种类型，按地形要求1：500精度要求，像控点样式首选刷成“⊕”型，以提高刺点精度，1：500以下可以刷作“l”型或“十”型；其中“⊕”型像控为30厘米半径的圆，中间十字用切割机或者记号笔做出，四个方向的色彩选用色彩鲜明、放射波长较长的黄色和红色，便于区分；无法刷漆且需要布点的地段，如屋顶、坟地等可使用不干胶贴纸作临时像控标记；4）田地、山区、机耕路等钉放靶标，注释警示文字，防止被破坏；5）像控点可依次命名为xk001、xk002……，像控中心建议用切割机刻十字、钢标志或铆钉等。

在上述待测区域内还布还设有至少一个检查点，测区网状布设像控点时在测区内中部增加布设至少1个检查点，多个检查点的距离一般要在2条像控点基线以上，检查点选择在摄影影像清晰、目标明确的地方，该检查点不参与内业加密，只用于检查，该检查点位无需按像控点位选取限制。

进一步的，上述按照测量规范对所述像控点进行处理包括：参照《1：5001：10001：2000数字地形图测绘规范》及《全球定位系统（gps）测量规范》对所述像控点进行三维坐标测量，并对所述像控点进行判刺处理。

具体地，像控点的三维坐标测量，首选连续运行基准站系统(cors)支持下的网络rtk和似大地水准面进行三维坐标测量，当网络rtk没有信号或无法测量时，采用“常规rtk”、“gps双基准站一次上点法”或“gps静态观测”方法进行平面测量，高程测量采用gps高程水准拟合法。像控点的测量完全参照《1：5001：10001：2000数字地形图测绘规范》（省地方标准db33-20120918）、《全球定位系统（gps）测量规范》（国标gbt18314-2009）中的控制点测量要求进行，以提高测量精度。

外业进行上述像控点测量之后，需要将测好的像控点位置刺到相片上，然后才可以进行后期的空三解算。像控点判刺，首先采集测区内的像控点的相片，然后采用每个镜头抽样刺点的方式进行：每5张相片随机选择像控标记清晰的进行刺点。像控点判刺可以提高无人机航飞倾斜摄影测量成果点位的精度，像控判刺主要产生的误差为人工误差，属于偶然误差，按照误差理论应当成正态分布，通过增加采样量可保障像控判刺精度。通常像控点判刺精度要求，刺点误差应当在2个像素以内，即地面4cm，综合平差后模型像控与实测像控数据偏差在1个像素以内，即地面2cm。

103、基于所述测绘线路进行无人机航飞倾斜摄影，采集所述待测区域的地形数据；特别地，为了提高无人机航飞倾斜摄影采集数据的效率和摄影质量，在进行无人机航飞倾斜摄影之前，需进行倾斜摄影的航线设置，包括重叠度设计、航高设置以及航飞范围设置。其中，

（1）重叠度设计：倾斜摄影差别于传统摄影测量在于其重叠度要求更高。倾斜摄影航线设计需要满足航向重叠度达75%以上，旁向重叠度70%以上，方能满足精度要求。

（2）航高设置：相对航高主要影响了像片的地面分辨率，而地面分辨率的大小直接影响了模型的清晰程度。其计算公式如下：

f/h=pixelsize/gsd，h=f*gsd/pixelsize；

其中f为相机焦距，h为相对航高，pixelsize为像元大小，gsd为地面分辨率。

倾斜摄影采用5个镜头前后左右四个镜头及下视一个镜头。本次多旋翼倾斜摄影采用设备下视镜头焦距35mm，其他四个镜头焦距50mm，像元尺寸3.9μm。

按上公式计算，当gsd≤2cm时，相对航高要求h≤179.5m。

（3）航飞范围设置：为保证测区范围内均可满足5镜头数据完整，航飞范围应当比项目范围外扩一倍航高距离。

进一步的，对待测区域划分区块，并基于该区块进行无人机航飞倾斜摄影。经实地踏勘调整好航线后，按照测区高程差异对待测区域进行分区块，并根据航飞区块进无人机航飞倾斜摄影，有利于控制航高，控制像片清晰度、重叠度，提高源数据质量。无人机飞行倾斜摄影满足“国家基础航空摄影补充技术规定”对飞行和摄影质量的要求，同时还满足了以下条件：（1）挑选空旷的场地用于无人机安全起飞和降落；（2）航飞时风力不能大于5级，雨天、雾霾天不能进行飞行。

104、将所述地形数据输入建模平台进行三维建模处理并合成所述待测区域大比例的三维地形图；其中，建模平台包括smart3d软件、dpmoderler软件以及南方cass软件，通过smart3d软件可以对上述无人机航飞倾斜摄影采集的地形数进行三维建模，得到实景三维模型；使用dpmoderler软件从实景三维模型中采集地物地貌特征信息，并可直接从实景三维模型中采集地物坐标信息；然后将地物地貌特征信息和坐标信息导入南方cass软件从而合成大比例三维地形图。具体地，在dpmoderler软件中导入实景三维模型并用相应的符号直接在模型中勾选出线状地物、点状地物以及居民地等地物地貌特征信息和其坐标信息，然后用矢量图层管理器中线工具，将需要构等高线的范围画出来，选择矢量范围线，并根据实际需要选自动高程，软件将自动打出高程点，最后导出dat格式的数据到南方cass软件直接生成三维地形图。

105、对上述各个步骤进行误差控制和精度检查。

在本实施例中，各个步骤均会出现误差，误差来源主要包括以下几点：像控点测量的误差；像控布设不当，控制不足产生的误差；航飞像片不清晰导致的误差；内业绝对定向的人工误差；做图时从模型判读的误差；做图范围超出模型有效范围产生的误差。针对这些误差源使用了以下措施控制误差：

1、像控测量完全参照《1：5001：10001：2000数字地形图测绘规范》（db33-20120918）、《全球定位系统（gps）测量规范》（gbt18314-2009）中的控制点测量要求，保证像控测量的精度。

2、像控点布设依照以下原则布设：

（1）、测区内均匀分布；

（2）、保证像控间距，设计在250m左右；

（3）、避开高压电线、大面积水域等干扰信号的区域；

（4）、遍布全测区，测区边缘适当加密；

（5）、选择开阔无遮挡地区布设；

（6）、绘制清晰可见的像控标志；

3、控制航飞的高度、航飞速度，保证像片分辨率与航向重叠度。

4、根据像片像幅设计航线间距，控制航飞旁向重叠度。

重叠度的计算与像片的相幅相关，本次航飞使用相机为2.4千万像素，分布为6000×4000。本次航飞相幅约为100×80米，则按要求重叠度设置，航向拍摄间隔应当为20米，航线间隔为30米。

5、选择晴朗的天气、中午日照充足的时间段进行航飞，保证像片的色彩明亮；同时避开雨雪初晴，地面未干的天气，防止建模出现变形。

6、航飞进行范围外扩一倍航高的方式，保证测区内有效范围数据齐全。

由于当前倾斜摄影相机设定的倾角为45°。

7、采用模型本身勾画地形；采用像片原片数据，进行空间前方交会的方式，勾画房角点。

8、进行全流程的充分质检，保证成果质量。

数据质检主要分为两个部分：图面准确性检查，精度检查。

图面准确性检查：倾斜摄影容易遗漏和错误的地方主要包括：植被茂密且无人机无法拍摄到的地方地形不能准确表达；电线杆等细小物体在模型中容易遗漏，电杆走向容易出错；复杂房屋遮挡较多，不易绘制。因此倾斜摄影成图后不能缺少外业调绘工作。

精度检查：倾斜摄影测量的精度检查贯穿了整个作业流程。其检查内容主要包括；

（1）、像控测量数据的精度检查；

（2）、相片pos数据的精度检查；

（3）、模型上像控点与实测数据对比的精度检查；

（4）、模型上一类地物点与实测数据对比的精度检查；

（5）、地形图成图与三维模型的套合对比的精度检查；

（6）、地形图成图中一类地物点与实测数据对比的精度检查。

参见图2，为本发明提供的一种基于倾斜摄影大比例尺地形图的测绘系统，该系统200包括外业无人机航飞倾斜摄影模块201和内业三维地形图生成模块202，外业无人机航飞倾斜摄影模块201用于根据规划好的线路通过无人机航飞采集待测区域的实景数据，内业三维地形图生成模块202用于基于所述实景数据进行建模并生成大比例尺三维地形图。系统200还包括误差控制模块203和精度检查模块204，误差控制模块203用于执行上述的误差控制过程，精度检查模块204用于执行上述的精度检查过程。

本实施例的实施原理为：使用无人机倾斜摄影技术结合配套软件建立三维数学模型，改变了传统的测绘作业模式，充分发挥了无人机倾斜摄影测量技术灵活、高效的优点，且通过利用倾斜摄影成图既能保证精度又能把大量外业工作转换成内业，缩短项目外业时间，极大的避免了外业危险，同时对测绘过程中的各个步骤进行误差控制和精度检查，能提高大比例尺地形图测绘的精度。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。