大比例尺地形图的航测数字化成图
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摘 要：数字摄影测量，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等理论与方法，以计算机视觉代替人眼的立体观测，其产品与中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的，较之常规的（传统的）数字产品的生产方法，具有自动化程度高、速度快、成果多样化等优点。两次外业和两次内业，是大比例尺地形图数字摄影测量的主要作业流程，第二次外业调绘作为数字摄影测量的主要外业工作与常规调绘方法有一定的区别。大比例尺地形图数字摄影测量适合于大面积数字化测图。
关键词：数字摄影测量大比例尺地形图测绘“二外二内”作业流程
一． 概 述
随着城市发展速度的日益加快，城市规划面积日趋增大。城市总体规划设计和各项基础建设都迫切需要现实性很强的数字地形图。如何充分利用现代测绘技术，优质高效的为城市规划建设提供测绘保障成为测绘工作者需要解决的一大难题。由于数字图像、模式识别、人工智能及计算机视觉等科学技术的发展，数字摄影测量应运而生，崭新的大比例尺地形图数字摄影测量，以其独特的优势为测绘工作者解决了这一难题。基于摄影测量的基本原理，数字摄影测量应用计算机技术，从影像（包括硬拷贝与数字影像或数字化影像）提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息。数字摄影测量与模拟摄影测量、解析摄影测量的最大区别在于它处理的原始信息不仅可以是像片，而且更主要的是数字影像或数字化影像；它最终以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应的外部设备。
二． 大比例尺数字摄影测量的优缺点
在数字摄影测量中，不仅其产品是数字的，而且其中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。较之常规的（或传统的）数字产品的生产方法，数字摄影测量将大量繁琐的外业劳动交由计算机（内业）处理，大大减轻了测绘人员的劳动强度，提高了劳动生产率，缩短了产品的生产周期。除此以外还有如下优点：
（1）可处理多种影像数据。它不仅可处理航空影像，卫星遥感数据―SPOT影像，还能处理近景影像及非量测相机摄取的影像，无论是黑白影像，还是彩色影像均可进行处理。
（2）自动化程度高。包括：全自动相对定向DEM自动拼接、影像无缝镶嵌，半自动绝对定向和线划要素提取。
（3）数字摄影测量产品精度均匀，整体精度高。相对定向、内定向和绝对定向能达到子象素（1/2―1/10象素）级的精度，高程精度可达到1/4000～1/6000航高以上。
（4）成果输出数字化及多样化。数字摄影测量产品可加工性强，根据工作的需要可输出多种成果，并可利用软件直接编绘系列图和各种专题图，编图过程中只是改变了比例尺和作适当的综合取舍，数学精度不会降低。 数字摄影测量的最大缺点，在于难以对隐蔽部位及地形、地物复杂部位，如荫影遮盖部位及杂乱无章的居民地等准确采集数据；对于1∶500地形图数字摄影测量而言，对这些地方的准确测绘是内、外业测绘工作的难点和薄弱环节，必须加强内、外业的合作，甚至在小的区域内全野外采集部分地物点。
三． 大比例尺地形图数字摄影测量的作业方法与特点
大比例尺地形图数字摄影测量的作业流程包括两次外业和两次内业。基础控制、像片控制测量与高程加密为第一次外业（“一外”）；影像数据输入、内业电算加密和定向、影像匹配数据采集与编辑、生成数字高程模型（DEM）、输出航测原图为第一次内业（“一 内”）；如图1所示：
利用航测原图外业调绘、纠错为第二次外业（“二外”）；
第二次外业查调补薄膜图如图2所示：
外业调绘的内容对原图进行修改、编辑成为最终成果为第二次内业（“二内”）。
航空摄影 外业像控测量、高程加密航摄底片扫描－－内业像控加密 定向判描、出航测原图 外业调绘、纠错 内业数据、原图修改 数据编辑、生成地形图 编绘系列图 检查验收
（图3）
大比例尺地形图数字摄影测量工作流程中的“二外二内”，就其作业方法与工作内容而言，“一外”与传统的成图方法一致。“一内”根据所使用的全数字摄影测量系统在作业方法与工作内容上大同小异，均需经过影像数据输入、内业电算加密和定向、影像匹配、数据采集与编辑、生成数字高程模型（DEM），最终输出航测原图提供给外业调绘。“一内”输出的航测原图仅是半成品，经“二外”调绘对原图的错、漏进行补调和纠正，“二内”则只是对数据进行修改、编辑，因此“二内”的作业方法与工作内容与常规数字化成图内业工作无异。而“二外”调绘作为大比例尺地形图数字摄影测量方法中最关键的一个外业环节具有独特的作业方法与特点。 首先就“二外”调绘的工作内容而言，“二外”调绘由过去的完善图面转变为完善数据，它不仅应将内业无法判明上图的地形图要素，如：各类名称、道路等级、植被、水系流向及建（构）筑物的结构性质、楼层等调绘上图，而且还应将内业无法描绘或不能完整描绘的隐蔽地物及错、漏绘的地物补充上图，并将建（构）筑物的屋檐改正值量注在图上。为了保证内业成图的正确性，应将建（构）筑物的本身尺寸量注并表示完整，提供给内业检核， 但不一定要按比例描绘在图上。“纠错”（改正内业采集错误的内容）作为“二外”调绘的重要工作也是与传统测量方法中的外业调绘工作有所区别。 其次“二外”调绘，采用的是“一内”采集判描的纸质或薄膜图（而非航片）。为了方便外业判读及准确标绘遗漏地物，“二外”调绘的原图通常使用迭加了航摄影像的线划图。 其三，“二外”调绘的图面除应按“规范”和“图式”要求执行外，对于难以用符号表示清楚的地方可以增加文字说明，如“漏××”、“无××”等；而且可以根据图面情况选择用色。 其四，“二外”对于隐蔽部位及地形复杂部位（如房屋前后的陡坎、斜坡等）的调绘，是该项工作的重点和难点；“二外”调绘时屋檐改正值量注的准确性，直接影响成图的精度，因此屋檐改正也是“二外”调绘工作的重点。这些内容如在原图上难以表示清楚时，可在薄膜图相应位置标描清楚。为了保证内业成图的数学精度，对于内业漏绘的没有清晰影像的地物，“二外”调绘时，应采取实测坐标或距离交会的办法对其定位；对于房屋密集的居民地，房屋之间应适当量注栓距。
四． 认识与体会
1．为保证大比例尺地形图数字摄影测量的精度，应选择适当的摄影比例尺。《城市测量规范》规定：当成图比例尺为1∶500时，航摄比例尺为1/2000～1/3000（平地与丘陵地） 1/3000～1/3500（山地与高山地）；当成图比例尺为1∶1000时，航摄比例尺为1/3500～1/4000 （平地与丘陵地）或1/5000～1/6000（山地与高山地）。对于1∶500（或1∶1000）地形图数字摄影测量而言，内业数据采集的准确性依赖于航摄比例尺，而航测原图的准确性与详细程度，直接制约“二外”的作业进度，尽管扩大航摄比例尺会增加航摄费用，但与“二外”耗费的工作量比较，还是合算的。因此建议在规范许可的范围内，选择较大的摄影比例尺。
2．摄影应选择在植被覆盖和荫影等外界条件影响较小的季节和时间进行，像片质量应满足大比例尺地形图数字摄影测量对航摄像片的要求。
3．数字摄影测量的像控点布设平面采用区域网布点，高程尽量采用全野外布点。当航摄比例尺接近于规范要求的极限比例尺时，像控点的布设在航向与旁向跨度上应适当高于规范要求。
4．成图比例尺为1∶500时，对于内业无法准确描绘的地方，如：荫影遮盖部位及城市建筑区、集镇、大型工矿企业与事业单位及农村集团式居民地等，应外业采集部分地物点以保证内业成图的精度。
5.“二外”调绘采用影像线划图，这种做法对1∶500地形图数字摄影测量来说，直接利用了数据采集过程中的过渡资料，对数字摄影测量内业并没有增加许多工作量，但是却可大大减少外业判绘的工作量 ，因此经济可行。影像线划图的影像应经过严格纠正及比例尺规化，否则会造成影像与线划偏差较大，造成外业调绘错判、漏判等。
6. 对于1∶500地形图数字摄影测量而言，“二外”调绘图的质量直接制约了最终成果的质量，因此对“二外”调绘图的质量检查是1∶500地形图数字摄影测量中质量检查的重点。针对1∶500地形图数字摄影测量的特点，检查的重点应放在“二外”调绘时容易忽略和质量难以保证的隐蔽部位及地形复杂部位，如荫遮盖部位及杂乱无章的居民地，只有这样才可以取得事半功倍的效果。
五． 结 论
由于大比例尺地形图数字摄影测量的方法，较之常规测图方法将大量的外业工作转向了内业测图，因此大大减少了外业劳动的强度与工作量，降低了成本，缩短了成图周期。数字地图不仅内容信息丰富、现实性强，而且各项精度指标及图形要素数字精度都达到了规范和设计要求；图形数据结构标准化强，兼容性好；数据信息分层、分色科学，满足了城市规划建设管理用图需要。我们自己对整体工程质量评定为良好等级。我勘测院采用这种成图方法在淄博市施测了500多平方公里1∶500地形图，威海市300多平方公里1∶500地形图，济南200多平方公里1∶2000地形图等大型测绘工程，经过省测绘产品检验监督授权站和用户检查验收，成图精度能满足规范要求。证明这种成图方法适合于大面积数字化测图。
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