倾斜航测技术解决方案_航测分区及航线设计

3.2、主要工序作业方法

3.2.1 航飞方案设计

航飞方案设计主要包括航飞高度设计和航线设计。方案设计应明确任务范围、影像分辨率、航摄方法、技术参数、成果类型及精度、航摄时间等基本内容，制定实施计划。

3.2.1.1航高设计

航飞高度与选用的倾斜相机焦距、项目要求的地面分辨率直接相关。航高设计示意图如下。

图 航高设计示意图

航高计算公式为：

根据以往项目经验，地面分辨率宜设计为所成模型精度中误差要求的1/3。

因本次航飞选用的相机为睿铂DG3型号，焦距为28毫米，若当项目要求垂直摄影地面分辨率为1.5cm，依照公式计算可得航飞高度约为95米。

3.2.1.2航线设计

航线设计应根据现场建筑物的高度、分布、测区形状等因素综合考虑，航线应根据摄区走向按直线方法敷设，平行于摄区边界线的首未航线必须确保侧视镜头能获得测区有效影像。

采用双镜头布设航线时需东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取 倾斜摄影影像。

航线敷设应满足下列要求：

（1）航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线（摄影进点与摄区边界距离应大于 H×（2tgθ前视+ tgθ后视），摄影出点与摄区边界距离应大于H×（2tgθ后视+tgθ前视）。分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。

（2）像片航向重叠度一般设计为70%～80%，旁向重叠度一般设计为50%～80%。航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时补摄，应采用前一次航摄飞行的数码相机补摄，补摄航线的两端应超出漏洞之外的两条基线。

（3）按照设计航高飞行，实际航高与设计航高之差不应大于50米。同一航线上相邻像片的航高差不得大于30米，最大航高与最小航高之差不应大于50米。

（4）同一分区内的地形高度差在保证影像地面分辨率及相邻像对正确连接的情况下，一般不大于1/4航摄航高。

3.2.2 像控测量

3.2.2.1像控布设

（1）像片控制点是航测内业加密和测图的依据。一般情况下像片控制点采用基于CORS 网络 RTK 技术施测，所有点位均布设为平高点。

（2）像片控制点按区域网布设，由于倾斜摄影重叠度高、有多视角影像，计算机密集点云数据匹配功能强等，外业布设像控点位基线跨度可适当放宽，但 在加密过程中检查点精度需满足相关精度指标。

（3）鉴于目前使用的软件在空三加密区域网平差计算上已具备先进完善的 功能，区域网大小根据航摄飞行情况、地形情况、计算机运算能力等进行综合划 分，区域网之间的像片控制点应尽量选择在上、下航线重叠的中间，相邻区域网 尽量公用像控点。

（4）像控点应选择刺于影像清晰，易于判别的位置，如交角良好的细小线状地物的交点、明显地物拐角点等，同时应是高程变化较小的地方，易于准确定位和量测。

（5）像控点采用统一编号，平高像片控制点冠以“P”，流水进行编号。如：P001、P002等。

（6）像控点的布设宜采用地面喷漆的方式进行，在短时间内不易被破坏、磨损及变形。喷漆颜色应地面有较大反差，在影像上易于判别。

（7）根据项目经验，像控点以2万像素至4万像素布设一个为宜。

图4-3 像控标志示意图

3.2.2.2像控点联测

（1）像控点联测采用采用基于CORS网络 的RTK 作业方式联测。利用似大 地水准面数据直接求定像控点高程。

（2）利用 GNSS 网络 RTK 作业模式进行像控测量时，应联测测区内高等级控制点，以提高成果的可靠性。

（3）GNSS 网络 RTK 作业时应遵循以下要求：

1）卫星截止高度角 15°；

2）观测可用卫星个数≥5；

3）PDOP 值≤6；

4）RTK 观测前应设置平面收敛阈值不应超过2cm，垂直收敛阈值不应超过3cm；观测次数≥2，每次观测应重新初始化；

5）采用三角支架对中整平，每次观测历元数应不少于10个；

6）各次测量的平面坐标分量较差不应大于2cm，高程较差不应大于3cm， 各次结果取平均数作为最后成果。

（4）像控点联测结束后的坐标应及时展点检查，防止出现粗差，确保下工序的空三加密能得以顺利进行。

3.2.3 航空摄影

航空摄影即航飞方案的执行阶段。

（1）飞行前对使用的设备、材料进行认真检查，确保设备安装和各项设置正确无误；

（2）航摄现场负责人要严格掌握天气情况，确保符合航飞方案设计要求；

（3）飞机及人员抵达测区后，立即安排试飞试照工作，为正式作业做好准备工作；

（4）航摄时间宜控制在上午10:00至下午15:00之间，确保有足够的光照度，摄影时太阳高度角应大于45º，阴影不大于1倍。高层建筑物密集区域应在当地正午前后1h内摄影。

（5）航摄结束后应及时对像片质量进行检查。

（6）影像成果应当成像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致，相同地物的色彩基调基本一致。有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的 细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。

（7）影像上不应有云、烟、污点、大面积反光、大面积阴影等缺陷。部分像片存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和三维模型建立，可以用于三维模型生产。

（8）航摄影像出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时安排补摄和重摄。漏洞补摄应按原设计要求进行，补摄的设备应采用前一次航摄设备。补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基线以上。

3.2.4 空三加密

宜采用ContextCapture Center软件或其他适用于多视角航空摄影测量空三加密的专业软件进行处理。具体流程图如下。

图4-5 空三加密流程图

（1）在空中三角测量前，先对原始影像进行预处理，主要是对原始影像进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。匀光匀色处理应缩小影像间色调差异，使色调均匀，反差适中，层次分明，保持地物色彩不失真，不应有处理痕迹。

（2）将相机参数、预处理后影像、pos文件、像控坐标等数据导入软件建立工程。

（3）软件自动进行多视角影像特征点密集匹配，并以此进行区域网的自由网多视影像联合约束平差结算，建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向。

（4）将外业测量的像控点在软件中转刺，利用这些点的坐标对区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系中，完成绝对定向。

（5）绝对定向结束后应及时查看精度报告，对精度超限的像控点进行原因分析，适当调整像控点位后重新平差计算，直至所有点位结果符合项目精度要求。

图4-6特征点匹配完成界面

图4-7 空三加密刺点界面

3.2.5 全自动三维建模

宜采用ContextCapture Center软件在计算机集群下进行全自动三维建模。在CC软件中完成空三后，直接提交模型生产，软件自动执行三维TIN格网构建、白体三维模型创建、纹理映射和三维场景构建等步骤，最终生成实景三维模型。模型格式可选择osgb、obj、stl等多种类型，以适合后续不同处理软件的需要。此外，模型生产结束后，还可以导出DOM、DSM等多种成果。

生产的模型应满足以下要求：

（1）三维模型是根据倾斜影像匹配确定体块构模而成，地形、建筑物等模型一体化表示，模型的纹理以获取的航空影像表现。建筑物三维体块模型应完整， 位置准确、具有现实性，应与获取的航空影像表现一致。

（2）建筑物三维模型应精准反映房屋屋顶及外轮廓的基本特征。在合适的视点高度下浏览模型，模型没有明显的拉伸变形或纹理漏洞。当所在区域建筑物较为密集，或建筑物高度较高，存在相互遮挡时，则无法获取遮挡部分建筑物的侧视纹理，相应的模型无法表现其全部的细节，允许出现局部位置的拉伸变形。

（3）建筑物模型的高度与平面尺寸应与实际保持一致的比例，建筑物模型 高度误差不超过10%，并且完成的三维图像能够清晰的分辨重点部位纹理情况。

图4-8 三维实景模型示意图

3.2.6 模型修饰

由CC软件直接生成的实景三维模型可能会存在水面破洞、漂浮物、漏洞、扭曲等问题，因此为了提升美观度，需要对模型进行一定程度上的修饰。宜采Geomagic、PhotoScan等模型处理软件进行修饰。处理功能主要包括以下这些。

（1）3DTIN漏洞、水面破洞、缺失结构修复；

（2）粘连结构的分离及模型复原；

（3）扭曲结构直线化处理；

（4）漂浮物、冗余物体的删除；

（5）错误纹理修复编辑；

（6）纹理色彩一致性处理。

3.2.7 三维测图

宜采用EPS软件进行三维测图。EPS软件最大的特点在于“图库一体化”，即同一套数据可导出线划图成果，亦可导出库体成果，极大的减少了内业工作量。利用倾斜模型进行三维测图的具体流程如下。

图4-13 流程图

3.2.7.1 新建工程

根据项目要求，在新建工程时，选择所需要的EPS软件功能模块，确定合适的测图比例尺、符号化模板、地物编码。同时，软件也支持自定义各类符号和地物编码，以适应地方的特殊需要。

图4-14 选择工作台面

3.2.7.2 数据转换

由CC软件生成的osgb格式的模型并不能直接导入EPS软件，需要进行数据转换。利用倾斜三维模型的瓦片数据和metsdata.xml文件生成DSM文件即整个转换过程。在EPS软件中选择osgb数据转换命令，将源数据路径制定到倾斜模型数据的data文件夹即可。转换完成后，会在原路径下生成一个DSM文件，示意图如下。

图4-15 osgb数据转换示意图

3.2.7.3 模型加载

数据转换完成后，加载生成的DSM文件，即可将倾斜模型加载至三维窗口下，且二、三维窗口场景联动，可同时定位、放大和缩小，任何操作都会在两个窗口实时显示。EPS支持海量倾斜模型数据的加载，读取速度、拖动浏览、采集时缩放等操作均可极速呈现，保证作业的流畅程度。

图4-16模型加载过程示意图

3.2.7.4 三维立体测图

在三维窗口加载倾斜模型后，即可在软件中进行裸眼三维立体测图，无需佩戴立体眼镜。EPS提供基础的绘图功能包括加点、加线、加面，亦可查询地物编码，选择合适的地物要素进行绘制。通常作业员可切换到俯视视角绘制交通、水系、植被等要素，提高绘制效率；亦可切换到45°视角，沿墙面直接绘制居民地等要素，节省外业调绘工作量。同时，软件可以自动提取地面高程值信息，用于绘制图中的等高线、高程点等要素。

在三维窗口采集要素的同时，可随时切换到二维窗口对数据进行编辑。常用的功能有延伸、打断、复制、移动等等。此外，还有丰富的专业编辑功能，如面分割，符号编辑、快速构面、跟踪绘制等等，完全满足各种类型地物的绘制需要。

三维立体测图完成后，可根据需要导出制图成果或数据库成果。按照预先制定好的对照表，导出的成果可分别无缝对接CAD、Arcgis等专业软件，无需再次编辑，实现真正的图库一体化。

图4-17 三维立体测图示意图

4、效率评估

以下结果为采用大疆M300 RTK无人机、睿铂DG3相机进行航摄，按地面分辨为1.5cm进行作业时的效率评估。

表5-1 效率评估

5、质量管理

5.1 质量检查内容

5.1.1航空摄影

航空摄影质量检查内容应包括以下项目。

5.1.1.1像片重叠度

像片重叠度应按设计执行，一般情况下航向重叠度设计为70%～80%，旁向重叠度一般设计为50%～80%。

5.1.1.2像片倾角

像片倾角一般不大于5°，最大不超过12°，出现超过8°的片数不多于总数的10%。

5.1.1.3像片旋角

像片旋角一般不大于15°，在确保航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大旋角不超过30°，在同一条航线上旋角超过20°的像片数不应超过3片，超过15°的旋角像片数不得超过总数的10%。

5.1.1.4摄区边界覆盖保证

航向覆盖超出摄区边界线至少 3 条基线（摄影进点与摄区边界距离应大于 H×（2tgθ前视+ tgθ后视），摄影出点与摄区边界距离应大于 H×（2tgθ后视+tgθ前视）。 分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。

5.1.1.5航高保持

（1）按照设计航高飞行，实际航高与设计航高之差不应大于50米。同一航线上相邻像片的航高差不得大于30米，最大航高与最小航高之差不应大于50米。

（2）同一分区内的地形高度差在保证影像地面分辨率及相邻像对正确连接的情况下，一般不大于1/4航摄航高。

5.1.1.6漏洞补摄

航摄影像出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时安排补摄和重摄。漏洞补摄应按原设计要求进行，补摄的设备应采用前一次航摄设备。补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基线以上。

5.1.1.7飞行记录资料

每次飞行结束，应填写航摄飞行记录表。

5.1.1.8影像质量

（1）影像成果应当成像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致，相同地物的色彩基调基本一致。有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的 细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。

（2）影像上不应有云、烟、污点、大面积反光、大面积阴影等缺陷。部分像片存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和三维模型建立，可以用于三维模型生产。

5.1.2像控测量

像控测量质量检查内容应包括以下项目。

5.1.2.1布设方案

像控布设方案应科学合理，像控数量、分布均能满足区域网控制要求。

5.1.2.2像控选点

（1）像控点的布标应清晰明显，在像片上呈现应易于判别，颜色锐利，无模糊、圆角等情况；

（2）像控选点位置宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内；

5.1.2.3联测结果

所有像控点联测结果均应为固定解，且多次测量结果波动不大，取平均值作为最终联测成果。

5.1.2.3杆高处理

核对所有像控坐标与照片的对应情况，所有像控坐标结果应已进行杆高处理。

5.1.3空三加密

空三质量检查内容应包括以下项目。

（1）采用的数据源（相机参数、控制成果等）正确。

（2）像控点刺点位置准确、数量充足。在多种镜头角度的像片上均有刺点。

（3）像控点、检查点的中误差、最大限差等平差结果符合各项精度要求。

5.1.4三维实景模型

三维实景模型检查内容应包括以下项目。

5.1.4.1空间参考系

三维模型的大地基准、高程基准、地图投影等空间参考系要素符合要求。

5.1.4.2位置精度

通过像控点、检查点、实测特征点位、边长检测等多种方法检查三维实景模型的位置精度，主要包括平面位置精度、高程位置精度、模型自身相对位置精度等。

5.1.4.3表达精细度

模型表达精细度与像片地面分辨率有直接关系。检查最终模型成果的细致部位结构（如门窗、井盖等）表达程度是否清晰可辨、比例协调，是否满足项目要求；检查最终模型成果的纹理映射结果是否正确，比例是否协调，是否存在拉花变形等情况。

5.1.5三维测图

5.1.5.1数学精度

检查数字线划图成果的数学基础、平面精度、高程精度是否按项目要求精度执行，是否存在超限情况。一般不能有精度超限、要素遗漏、要素多余、几何位移、节点错误、多边形错误、数字化方向错误等。

5.1.5.2数据及结构正确性

检查内容包括文件命名、数据组织、数据格式、要素分层、属性内容及代码、接边质量、矢量拓扑关系处理等的正确性和完备性。如等高线和高程点之间的点线矛盾情况。

5.1.5.3地理精度

检查内容包括地理要素的完整性、协调性；注记和符号的正确性；地理要素表示时综合取舍的合理性等等。如行政村名、道路名、双线河名等名称注记错漏；居民地面凹凸小于一定数值时的取直表示；比高在2倍等高距以上，图上长度超过10cm的陡坎错漏等。

5.1.5.4整饰质量

检查内容包括符号、线划、色彩的表示合理性和质量；注记质量；图面要素的协调性；图面和图廓外的整饰质量。如图名、图号同时错漏；部分符号、线划、注记规格不符合图式规定，压盖较多等情况。