1:500、1:200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方法

專利名稱：1:500、1:200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方法
技術領域：
本發明涉及一種大比例尺數碼航空攝影測量方法，尤其是涉及一種1 500、 1 200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方法，其為一種數碼航空攝影測量與地面數 字測量相結合的精密測繪方法，用于解決平坦地區0. 25米等高距的高精度難題。
背景技術：
我國攝影測量與遙感技術，追溯到20世紀初。百余年來，學科實現了由單一航空 攝影專業向多學科交叉融合的3S[遙感(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)] 集成及地球空間信息科學發展。隨著計算機技術及模式識別等相關技術的發展引入，攝影測量由模擬、解析技術 向全數字攝影測量時代轉變。航空測量是測制1 500 1 5000比例尺地圖的主要先 進手段。在工程測量領域，特別是國際上大型基建工程，要顧及勘測、詳細設計和施工各階 段提供測繪保障的專業需要，要求更大比例尺(1 500,1 200)，更高精度(0.25米等高 距精密測繪)；平地0. 25米等高距精度測繪技術要求，出現于香港和國際重大工程招標文 件中，是各國航測界面臨的一項技術挑戰。航測能否勝任？航空攝影時，地面常有樹蔭和建 筑物遮擋，看不清諸如地道出入口、燈柱、檢修井、柵欄等地物如何補救？地面數字測量是野外現場的測量工作，要為整個工程設置基礎控制點，建立數字 和地理信息框架，采集地物、地貌真三維信息。勞動強度大，耗費人力資源多；在香港和西方 國家，因私有制價值觀，很多私家宅院、地盤、高架立交、邊境濕地等，是不準進入的，如何采 集準確完整的地面數據？眾所周知，地面測量其工作效率遠不及航測的居高臨下，視野開 闊。兩種測量方法應相互配合，優勢互補。關于測圖等高距的劃分，根據GB/T7930-2008規范表1基本等高距單位米 從上表可見，0.25米等高距是國內罕見，航測較難達到的高精度要求，國內為 0. 5m Im等高距，目前尚無測制0. 25米等高距成功報道。綜上述，要優選組合一整套的方法，采用新的技術裝備和數據處理技術，從獲取數 據源開始逐項提高精度，才能達到本發明的目標。
發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種1 500、1 200大比例
尺平地0. 25米等高距精密測繪方法，其采用航空測量與地面測量天地相結合的方式，優勢 互補，保障0. 25米等高距高精度發明的實現。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種平地0. 25米等高距精密測繪方法，其特征在于包括以下步驟采用DMC航空數碼攝影機獲取影像；航測與地面測量相結合采集地形圖數據；全 部像控點采用平高全野外布點；空中三角測量，提高測圖絕對定向精度。航測與地面測量相結合采集地形圖數據過程包括在車站、隧道入口、急救站和通 風井和道路進出口相關區域進行詳細的地形測量；在高架立交設施、建筑物主體輪廓、高速 公路、非隱蔽遮擋區域清晰的地物要素采用數字攝影測量采集數據，線路上被陰影遮蓋或 看不清的地物，采用全野外地面數字測量方法成圖；主要街道、建筑物基部、隱蔽區域采用 地面數字測量方法采集數據。全部像控點采用平高全野外布點包括像控點測量的精度要求和觀測限差與一 級圖根導線相同，像控點的點位誤差平面及高程小于0. 05m ；航攝用數碼相機攝影像幅為 16cmX9cm，每3條基線布設4個平高控制點；用GPS觀測，利用GPS參考站數據解算；數字 空中三角測量對全野外平高像控點的成果立體量測檢查，直接采用野外測量成果進行立體 測圖的模型定向。空中三角測量，提高測圖絕對定向精度包括將原規定測求高程注記點< 士0. 15m 的限差提高至< 士0.05m < 士0. 10m，對外業地面測量無法達到的區域或施測間距密度 不夠的高程注記點，由全數字系統儀器按上述提高后的精度補測，以補齊圖上每方里格網 有20 25個注記點的要求。與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下本發明平地0.25米等高距高精度測繪方法，常見于國際重大工程招標技術文件 中，是主要技術指標之一，國內尚未見成功案例報道。本技術方案的特點是實用性強，可檢 驗。本發明用于國內外重大工程大比例尺、高精度、多專業的技術服務，為我國數字煤炭、石 油、交通、城市、環保提供基礎資料和精密測繪技術保障，全面服務于國家信息化戰略的實 施，將會得到推廣應用。
四

圖1為0. 25m等高距精密測繪技術工藝流程圖；圖2為數碼航空攝影飛行路線圖；圖3為本技術方案地物點點位誤差平面精度統計圖(221個點)；圖4為0. 25米等高距高程注記點高程誤差統計圖(1360個點)；圖5為1 500比例尺0. 25米等高距數字地圖(局部)。
五具體實施例方式本發明的技術流程圖見圖1，參見圖1，本發明的技術流程為1、項目技術設計；
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2、基礎控制站平面及高程測量；地面數據采集；數碼航空攝影；數碼攝影質量驗 收；3、像片控制測量；4、全數字空中三角測量；5、數字攝影測量數據采集；6、3D地圖數據精編、檢查；7、3D地圖成果提交。本發明首次采用具有世界先進水平，美國、德國合制的Z/I Imagine DMC航空數碼 攝影機，可獲高質量(高信噪比、高反差)、高幾何和輻射分辨率(像元尺寸12μπι，地面分 辨率可達5cm，輻射分辨率均大于8比特/像素)和高影像重疊率的影像信息。大重疊度 的影像有利于提高影像匹配的精度和可靠性，提高數據源質量。該相機可同時獲取成像地 區的全色和多光譜影像數據，CCD對可見光及近紅外電磁波有較高的敏感度。傳統光學膠 片航空相機，像元尺寸21 μ m或25 μ m，DMC數碼相機，像元尺寸12 μ m,影像分辨率提高了 六成；數碼航攝的成圖比例尺放大倍率要比膠片攝影提高2倍以上，因此可用于1 500、 1 200大比例尺，參見圖2。本發明中0.25米等高距，根據用圖需要，也可不繪等高線，僅用高程注記點表示。 高程注記點一般由外業測定，香港有些地方，如高速公路路面、高架橋不同層面交叉、私家 宅院、濕地保護區、軍營等處是無法抵達的，則由內業用全數字攝影測量系統儀器測定高程 注記點，其高程中誤差一般不大于士0. 15m。本發明航測與地面測量相結合，優勢互補，采集地形圖數據。本方案要求在車站、 隧道入口、急救站、通風井和道路進出口等相關區域進行詳細的地形測量。在高架立交設 施、建筑物主體輪廓、高速公路、非隱蔽遮擋區域清晰的地物要素，要發揮數字攝影測量的 空中優勢采集數據。線路上被陰影遮蓋或看不清的地物，采用全野外地面數字測量方法成 圖。主要街道、建筑物基部、隱蔽區域采用地面數字測量方法采集數據，以確保成果精度。因地制宜解決繁華大都市高層建筑林立、單一測量方法難以處理的難題。技術設 計書力求系統、完整和可操作性。在生產過程中及時發現問題，補充和完善，保證野外控制 測量、野外數據采集、室內數據處理、圖形編輯和最終產品提交的順利實施。在繁華大都市作業，高樓大廈鱗次櫛比、爭相輝映。在街道上作業，GPS信號存在 嚴重屏蔽，觀測結果不理想。改用導線測量方法，雖然能獲得符合精度要求的點，但布設的 導線邊長僅20(Γ300米長，還需要一定間隔的高等級點控制。此時GPS點可發揮設站機動 靈活、無須與更多高級點間通視或受圖形條件制約的優點。GPS與導線方法配合，就能實現 高層建筑街區的高精度測量控制。對地形復雜、地物障礙而造成通視困難地段，還可選擇合適的作業時間段、作業半 徑、采用RTK(實時動態)測量技術，平面和高程精度均能達到厘米級。像片控制測量全部像控點為平高全野外布點方案，像控點測量的精度要求和觀 測限差與一級圖根導線相同，像控點的點位誤差平面及高程應小于0. 05m ；因航攝用數碼 相機攝影，像幅為16cmX 9cm，每3條基線布設4個平高控制點；用GPS觀測，利用香港政府 GPS參考站數據解算。內業數字空中三角測量對全野外平高像控點的成果立體量測檢查，直 接采用野外測量成果進行立體測圖的模型定向。
內業空中三角測量和提高測圖絕對定向精度，全數字儀器施測高程注記點。像控點采用平高全野外布點，本例高程中誤差為0. 03m。根據航空數碼相機高程精度估算公式
Ax 本例DMC攝影比例尺m·= 5000，焦距f = 120mm,& = (影像分辯率)x|=0.004mm;K = 3. 16。則Ah = 0. 063m,即測圖的高程精度約為0. 063m。公式推算可知用全數字攝影測量工作站(美國INTERGRAPH SSK)，提高測圖絕對 定向精度，補測高程注記點是有根據的。將原規定測求高程注記點< 士0.15m的限差提高 至< 士0. 05m (士0. 10m，對外業地面測量無法達到的區域(私家宅院、高速公路路面、 高架立交、濕地等)或施測間距密度不夠的高程注記點，由內業全數字系統儀器按上述提 高后的精度補測，以補齊圖上每方里格網有20 25個注記點的要求。技術方案的檢驗按上述方案施測的高精度數字地圖產品，在立體模型下采集部 分獨立地物數據與專程赴野外現場實測同名點數據進行比較，用于評定成圖的精度。平面精度統計地物點位誤差統計見圖3以及下表2 表2 生產單位共檢測地物點221個，其中大于3倍中誤差的點1個，該點作為粗差點， 在計算中誤差時剔除，經計算地物點點位中誤差如下粗差率為(3+ 221) X 100%= 1.4%地物點點位中誤差為:M=±V[AA/"]= ±Vll.7491/220 =±0.23m (限差 士0. 32m)。
高程精度統計采集高程與外業實測高程誤差統計見圖4以及下表3 表3
誤差范圍(米)0. 00-0. 100. 10-0. 200. 20-0. 30大于0. 30高程個數(個)10402295140百分比76. 5%16. 8%3. 8%2. 9%經計算高程中誤差如下粗差率為(62+ 1341) X 100%= 4.6%高程中誤差為:M=土= 土λ/10.8461/1320 二 ±0.09m，(限差 士0. 15m)。上述高程精度統計可知，從內業采集、外業實測的1360個同名高程注記點數據分 析比較，注記點高程中誤差彡士0.09m(限差為士0. 15m)，最小mh= 士0. 01m。大量數據檢 驗了本技術方案的正確性。實踐證明基于DMC數碼影像，采用航測與地面測量相結合，平 高全野外像片控制布點方案，內業空中三角測量加密，測圖提高絕對定向精度等一系列措 施，就能實現平地(地面坡度小于2° )0. 25米等高距的精密測繪技術目標，見圖5。
本發明優選組合的技術方案，在廣州_深圳_香港高速鐵路(簡稱廣深港高鐵) 試驗作業。1、作業區概況廣深港高速鐵路(香港段)由西九龍終點站到皇崗邊界約26. 5公里，全部為地下 隧道，包括隧道通風井/坑及相關建筑物，一個急救站和石崗地下車庫。航攝總面積約20 平方公里，有市區和農村共10個平坦和陡峭斜坡區域，包括米埔的邊境禁區。本項目測量區域跨越大帽山高山地、西九龍市區和新界農村，覆蓋西九龍至筌灣 高樓林立、高架立交設施密集區域，車輛行人密集，商貿及交通繁忙，工程量大，作業難度 尚ο航空攝影及測量區域最高點大帽山頂為957 (HKPD)米，最低點西九龍公路約為 3. 2 (HKPD)米，陸地部分最大高差約為930米，陸海最大高差約為950米。2、工程主要技術規格坐標系統HK1980 Grid Coordinates ；M^MM^E :Hong Kong Principal Datum(HKPD)；一等平面控制站基線相對精度不低于1/100，000 ；二等平面控制站基線相對精度不低于1/50，000 ；高程控制站精度為二等一級(Second Order Class I)；像片比例尺1 4000 (DMC)；基本等高距平坦地區0. 25m ；計曲線間隔為1米；山地及高山地2米，計曲線間隔為10米。成圖比例尺1 500 ；數據采集點平均密度約為5 10米間隔；高程注記間隔為20米；地形圖明顯地物要素平面精度不低于圖上0. 65mm ；地圖要素高程誤差彡1/2 彡1等高距；高程注記誤差彡1/4 彡1/2等高距。3、數碼航空攝影以珠海為基地，在香港首次采用Z/I Imagine DMC航空數碼相機，運五飛機成功完 成了兩條鐵路選線的航攝、數字成圖和測制數字正射影像圖任務。4、基礎控制與像片控制測量、外業數據采集采用GPS、全站儀、數字水準儀建立了 165個一、二等測量控制點，158個像片平高 全野外控制點，為77幅圖采集了外業數據，包括獲準進入地區實測的高程注記點；不準進 入地區，如高速公路路面、高架橋不同層面立交、私家宅院、濕地保護區、軍營等留待內業儀 器補測。5、空中三角測量、數字測圖和內業測定高程注記點全數字空中三角測量(空三加密)，用美國產全數字攝影測量工作站SSK，利用美 德合制的DMC航空數碼相機獲取的數字影像，運用影像自動匹配與人工干預結合的方式進 行像點量測。絕對定向(大地定向)精度:Ms定=士0. 048(限差0. 13)，Mh定=士0. 031(限 差0.13)均優于規范要求。
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直接導入空三加密成果恢復立體模型，在采集1 500比例尺平坦地區0. 25米等 高距的圖幅時，絕對定向高程誤差，由原規定的彡士0. 15m提高到彡士0. 05m ≤士0. IOm, 目的是提高測定注記點高程精度。為了對本技術方案和成果進行精度檢驗，組織了 9人檢查小組，其中野外巡視5 人，內業數據專檢2人，精度檢測分析統計2人，并投入SSK攝影測量工作站2臺，RTK 2臺 進行成果精度檢驗。野外現場實測了 1581個點，內業在立體模型下采集相應的同名數據進 行比較，精度統計證實，基于DMC數碼影像，采用航空數字攝影測量和地面測量相結合的一 系列新方法，較好達到了 1 500、1 200比例尺、平坦地區0.25米等高距的精密測繪技 術性能指標要求。
權利要求
一種1∶500、1∶200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方法，其特征在于包括以下步驟采用DMC航空數碼攝影機獲取數字影像；航測與地面測量相結合采集地形圖數據；全部像控點采用平高全野外布點；空中三角測量，提高測圖絕對定向精度。
2.根據權利要求1所述的1 500、1 200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方 法，其特征在于航測與地面測量相結合采集地形圖數據過程包括在車站、隧道入口、急救站和通風 井和道路進出口相關區域進行詳細的地形測量；在高架立交設施、建筑物主體輪廓、高速公 路、非隱蔽遮擋區域清晰的地物要素采用數字攝影測量采集數據，線路上被陰影遮蓋或看 不清的地物，采用全野外地面數字測量方法成圖；主要街道、建筑物基部、隱蔽區域采用地 面數字測量方法采集數據。
3.根據權利要求1所述的1 500、1 200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪方 法，其特征在于全部像控點采用平高全野外布點包括像控點測量的精度要求和觀測限 差與一級圖根導線相同，像控點的點位誤差平面及高程小于0. 05m ；航攝用數碼相機攝影 像幅為16cmX9cm，每3條基線布設4個平高控制點；用GPS觀測，利用GPS參考站數據解 算；數字空中三角測量對全野外平高像控點的成果立體量測檢查，直接采用野外測量成果 進行立體測圖的模型定向。
4.根據權利要求1所述的1 500、1 200大比例尺平地0.25米等高距精密測繪 方法，其特征在于空中三角測量，提高測圖絕對定向精度包括將原規定測求高程注記點 (士0. 15m的限差提高至彡士0. 05m 彡士0. 10m，對外業地面測量無法達到的區域或施測 間距密度不夠的高程注記點，由全數字系統儀器按上述提高后的精度補測，以補齊圖上每 方里格網有20 25個注記點的要求。
全文摘要
本發明涉及一種平地0.25米等高距精密測繪方法，其采用航空測量與地面測量天地相結合的方式，優勢互補，保障0.25米等高距高精度發明的實現。本發明包括以下步驟采用DMC航空數碼攝影機獲取影像；航測與地面測量相結合采集地形圖數據；全部像控點采用平高全野外布點；空中三角測量，提高測圖絕對定向精度。
文檔編號G01C11/34GK101929858SQ20091024699
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者嚴會民, 馮西林, 原喜屯, 安軍, 宋宏, 曹海棠, 李力, 白志剛, 蘇向辰, 陳建國 申請人:煤航(香港)有限公司