最新各种比例尺地形图规范（探讨中小比例尺地形图数字化测图三种方法的优缺点）

摘要：随着高分辨率卫星影像的不断投入使用,基于高分辨率卫星立体像对的地形图测制更新周期越来越短、效率越来越高,本文分析了目前市场上中小比例尺地形图数字化测图三种方法的优缺点,并对卫星影像数据选取、外业控制测量与调绘、内业卫星影像处理和立体数据采集等卫片立体测图基本流程进行了详细阐述,最后,基于遥感影像尺度效应、地形图成图比例尺、研究区域和地物特征适宜空间分辨率、影像质量等情况,对提高中小比例尺地形图卫片测图的精度提出了指导性建议，下面我们就来聊聊关于最新各种比例尺地形图规范?接下来我们就一起去了解一下吧!

最新各种比例尺地形图规范

摘要：随着高分辨率卫星影像的不断投入使用,基于高分辨率卫星立体像对的地形图测制更新周期越来越短、效率越来越高,本文分析了目前市场上中小比例尺地形图数字化测图三种方法的优缺点,并对卫星影像数据选取、外业控制测量与调绘、内业卫星影像处理和立体数据采集等卫片立体测图基本流程进行了详细阐述,最后,基于遥感影像尺度效应、地形图成图比例尺、研究区域和地物特征适宜空间分辨率、影像质量等情况,对提高中小比例尺地形图卫片测图的精度提出了指导性建议。

关键词： 中小比例尺地形图 数字化测图 测绘学 立体像对 高分辨率

地形图数字化测图是一种依据统一规范,将采集到的各种有关的地物及地貌信息传输至计算机端,等比例缩小,获得具有地表居民地、道路、水系、土质、植被、境界等基本地理要素及表示地面起伏的等高线的普通电子地图的方法。随着2m、1m、0.5m甚至0.3m高分辨率卫星影像的相继诞生,航天遥感技术给地理信息的发展带来了一场崭新的技术革命,它所具有的数据易获取、成本低、效率高、生产周期短、实效实用性强等鲜明特点弥补了航空摄影技术的严重不足,给基础地理信息的快速提取带来了新的契机,基于遥感技术的地形图数字化测图方法已在各行各业得到了较为广泛的应用。本文首先阐述了目前市场上中小比例尺地形图测图现状,然后对基于高分辨率立体卫片测绘中小比例尺地形图的基本流程进行了详细介绍,最后结合实际经验对提高中小比例尺地形图卫片测图精度提出指导性的建议。

1、中小比例尺地形图测图现状

目前测绘行业常用的中小比例尺地形图数字化测图方法主要有野外实地测量、航空摄影测量和卫片立体测量。

1.1基于野外实地测量的数字化测图方法

现阶段野外实地测量数字化测图方法主要将动态测量技术和全站仪联合以实现地形图测图。RTK与全站仪联合测图方法将RTK载波相位差分技术所具有的操作简便、无误差积累、作业自动化和集成化程度高等优势同全站仪所具有的不受卫星状况、外界环境和周围地物高度的限制以及精度高和稳定性好等优势进行互补,进行联合数据化采集以达到提高工作效率、节省人力物力和减少误差提高精度等目的。

图1RTK与全站仪联合测图方法

野外实地测量数字化测图过程主要包含两个阶段:外业数据采集和内业数据处理(见图1)。外业阶段主要包含测量前期准备工作和外业施测,经前期控制点选取、静态数据采集、参数解算及校检、碎步点采集、图根测量等工作完成外业数据采集过程;内业阶段主要是通过RTK和全站仪与计算机的通讯,通过基线解算,将野外实地测量数据和测图软件数据格式统一,导入到CASS软件里绘制成图,获得具有一定比例尺的地形图。RTK和全站仪联合测量具有操作简便,灵活方便的优点,但也存在一定的不足,如,RTK易受外界环境干扰,往往因复杂的地形或建筑物遮挡而引起锁定卫星数过少、GPS接收信号微弱、多路径效应等因素造成精度下降[1],而全站仪测量时则要求控制点之间能够通视,并且测距受限制,需要频繁迁站等原因导致作业效率低下等。

1.2基于航空摄影测量数字化测图方法

航空摄影测量是利用搭载在航空飞行器上的航摄仪对地面连续多角度拍摄的相片,结合地面像控点和调绘资料,基于倾斜模型进行摄影测量以绘制基础地形图的科学技术。随着无人机遥感技术的快速发展,以无人机为载体的航空摄影测量成本逐渐降低,推动了航空摄影测量更好地为工程服务。

无人机航空摄影测量系统主要包含信息采集系统和信息处理系统(见图2)。信息采集系统分为无人机遥感平台、地面控制系统和飞行控制系统;信息处理系统包括图像处理系统、空中三角测量系统和数字立体测图系统。较之于野外实地测量方法,无人机航空摄影测量可很大程度减少外业工作量,提高作业效率,降低劳动强度,减少生产成本[2],同时能够减少天气状况对外业工作的影响。此外,采用无人机航摄还能制作三维倾斜模型和正射影像,提供更为直观的基础辅助资料。然而,在实际的数字化测图应用过程中也有一些不可避免缺点,比如无人机专业设备昂贵、需要航摄空域申请审批、林区无法拍摄到地面和电线杆路灯不易定位等问题。

图2无人机航空摄影测量系统组成

1.3基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图方法

卫星立体像对指的是传感器在同一时间对同一地区在不同角度拍摄的一对遥感影像(见图3),一般有前后视或三线阵两种,像对的重叠度至少为60%左右。基于卫星立体像对的数字化测图是指利用研究区卫星立体像对建立平面、高程测量控制网,通过外业控制测量对卫星影像上无法判读的地物、地名等进行实地调绘,最终获得基础地形图的科学技术。高分辨率卫星的相继发射为基础地形图测图提供了新的数据保障,相对野外实地测量及航空摄影测量方法,卫星立体遥感影像具有获取周期短、影像覆盖范围广、可实现全天候数据获取等优势[3]。同时由于高分辨率的卫星系统稳定性强,具有高精度的星历和姿态参数,其地面控制点数量较少的情况下仍可获得较高的定位精度,并且高分辨率卫星遥感不受测区面积限制,也无需过多考虑当地的天气、地形等情况,能极大地减少工作量,提高工作效率,缩短测图周期,因而基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图方法在当前的基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图中应用较为广泛。

图3卫星立体像对成像示意图

表1中小比例尺地形图数字化测图方法比较

2、中小比例尺卫片测图方法

图4基于高分辨率卫星立体像对的中小比例尺测图工艺流程图

基于高分辨率卫星遥感立体影像,应用数字摄影测量系统进行中小比例尺卫星立体测图过程主要分为以下步骤:研究区卫星影像的选取;外业像控点测量及像片调绘;卫星影像处理及立体数据采集;成果整理和分析等。基于高分辨率卫星立体像对的中小比例尺地形图测图工艺流程如图4所示。

2.1测区内立体像对选取

在基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图中,选择适宜的立体像对数据对于不同比例尺地形图的绘制至关重要。影响数字化测图比例尺的因素包括立体影像的基高比、空间分辨率和影像上地物的辨别能力等[4]。由于高分辨率遥感影像的基高比越来越接近航空影像的水平,而且影像分辨率可决定地面物体辨别能力的大小,所以影像空间分辨率成为影响成图比例尺的主要因素。根据影像空间分辨率不小于制图比例尺的原则,可以得到如下关系式:

M=R/ε(1)

其中,M为制图比例尺分母;R为影像空间分辨率;ε为人眼的分辨率,通常人眼分辨率极限为0.1mm。因此,在前人研究的基础上[5],我们将ε取值为0.1mm进行讨论,得出成图比例尺与遥感影像分辨率的关系如表2所示。

表2成图比例尺与遥感影像分辨率的关系(ε=0.1mm)

2.2卫星影像外业控制测量及调绘

外业控制测量主要包括像控点的布设;像控点精确坐标测量;像片调绘等[6]。其中,像控点布设及测量方案为:

像控点尽量分布在各个影像的四角附近,各个影像的像控点不少于4点,为了保证像控点判别的正确性,每个像控点均采用双点方案。

像控点尽量分布在影像重叠区域中线附近,并要充分考虑卫星影像的时相差异。

采用双频GPS接收机静态测量观测模式,精确计算像控点的XYZ坐标,像控点的三维坐标中误差均应满足规范要求。

像片调绘重点主要有居民地名称、房屋层次属性、道路属性、河流湖泊属性、电力线、通讯线和植被类型等信息。

2.3卫星影像处理及立体数据采集

卫星影像处理及立体数据采集包括相对定向(核线重采样)、绝对定向、DEM的生成、矢量数据的采集和外业调绘资料的展绘等,空中三角测量一般采用inpho、VirtuoZo等软件进行处理,矢量数据采集需要使用基于脚盘、手轮、立体眼镜、3D输入盒、立体显示器和摄影测量工作站等立体测图系统。首先分别对测区内立体像对的左右影像进行数据预处理,经大气校正、几何校正、空间配准等操作,将左影像和右影像统一在相同的投影及坐标系下,并尽可能的消除图像获取过程中产生的变形、扭曲、模糊和噪音的纠正。

立体像对的相对定向主要是结合影像的RPC校正文件,依据核线原理对立体像对沿核线方向进行重采样生产核线影像,影像的信息量和属性保持不变,但要求出模型在地面坐标系中的绝对位置,还需要将其坐标转化为地面参考坐标,其中需要使用外业测量的像控点坐标,该过程就是绝对定向。基于高分辨率卫星立体像对模型和控制点数据,一方面获得表示地面特征空间分布的情况的数字地面模型;另一方面通过立体测图系统进行矢量数据采集。利用检查点成果对采集的矢量数据做精度评价,若结果不符合生产的精度要求则重新进行矢量数据采集,直至符合精度要求为至。DTM是要素的平面坐标(x,y)和其他属性的数据集合,将高程z作为此属性,生成数字高程模型。

2.4成果整理和分析

结合外业调绘资料,对采集的矢量数据进行编辑整饰,生成数字线划图(DigitalLineGraphic,DLG)。DLG是以点、线、面形式或地图特定图形符号形式,表达地形要素的空间矢量数据集,图形的输出格式为矢量,任意缩放均不变形。最终,利用生成的DEM及DLG,按照标准的制图规范生产矢量地形图。

3、提高精度若干建议

基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图方法具有结果准确,操作灵活方便,工作效率高,测制周期短等优势,与传统的测图方法相比,省时省力成本低,已成为当前的中小比例尺地形图数字化测图的主流趋势。现结合实际项目生产经验提出以下几点建议,以期对中小比例尺地形图卫片测图精度提高有所帮助:

3.1提高空三精度

立体模型的好坏主要取决于空三加密的精度,因此在平差运算时要最大限度的减少差值,而不能仅仅满足于符合限差要求;此外,控制点在布设时也应合理的安排在测区范围内,并要确保点位精度。

3.2提高立体采集精度

矢量数据采集时,点状地物要尽量在正射视角中采集其根部,依比例尺的线状地物采集地物的范围线,不依比例尺的线状地物要尽量采集地物的中心线[7],采集房屋面时应尽量沿着外墙绘制边线。

3.3最大限度控制人为因素

基于高分辨率卫星立体像对的数字化测图需要人机交互来完成,因此作业人员的业务能力和经验是至关重要的。为确保测图质量,需要对作业人员进行软件操作和理论知识培训交流,以可能地减少人为因素对成果质量的影响。

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