基于航空遥感影像的1:10000地形图更新研究
摘 要：航空遥感作为一种重要的遥感数据获取手段，已广泛应用于DEM、DOM、DLG等数字测绘产品生产及地理信息数据获取、更新工作。本文通过总结天津市测绘院近年来地形图更新项目实施情况，论证利用航空遥感影像资料更新1:10000地形图的优势及问题，从而制定更新技术流程，并对其应用前景进行了展望。
关键词：地形图更新 航空摄影 遥感
随着城市建设的飞速发展，城市变化日新月异，基础比例尺地形图的更新成为困扰城市测绘部门和规划管理部门的重要问题之一。由于资金缺乏、更新机制不健全等因素，致使基本比例尺地形图的更新速度和周期远远满足不了城市规划、管理工作需要，给规划、管理决策造成困难。因此，如何快速、有效、准确地获取地形、地物变化信息，并及时准确地反映在基础比例尺地形图上就成为我们当前思考的一个重要问题。
从天津市测绘院2000～2007年1:10000地形图销售情况看，每当有现势性强的地形图时，售图量就会增加，说明用户对地形图现势性的要求是迫切的。为了给国民经济建设各部门做好测绘保障和服务工作，及时提供测绘技术支持，解决测绘资料现势性差的问题，天津市测绘院专门组建课题组对1:10000地形图更新维护方案展开研究，基于航空遥感影像的1:10000地形图更新便是其中的一项重要内容。
1. 方法概述
近些年来，计算机和CCD技术的发展促使国内外先后出现了DMC、UCD、UCX、ADS-40、ADS-80、SWDC等可直接获取数字影像的测量型数字航空摄影仪。与传统胶片航摄议相比，数字航摄仪可同时获取黑白、彩色及彩红外信息，无须胶片、冲洗、扫描，影像质量更稳定，具有更高自动匹配成功率、更好的影像解译能力、更多的飞行天气，全数字化作业，缩短生产周期等优点，成为一种重要的遥感数据获取手段。与此同时，利用数字航空摄影资料进行DEM、DOM、DLG等数字测绘产品的生产已成为地理信息数据获取及更新的重要手段之一。
本文通过总结天津市测绘院近些年来1:2000、1:10000地形图更新项目实施情况，结合我院现有航空摄影资料开展相关试验，论证利用航空遥感影像资料更新1:10000地形图的优势及存在的问题，从而制定适合我院实际情况的更新技术流程。
2. 利用航空摄影数据更新1:10000地形图可行性分析
利用航空摄影数据更新1:10000地形图通常采用以下两种技术手段进行。①数字正射影像图（DOM）套合DLG更新方法：将DLG与最新时相DOM套合，判定地形图变化要素，以DOM为底图进行变化要素的采集；②基于全数字摄影测量工作站的DLG更新方法：根据遥感变化监测所获取的地形、地物变化信息及由相关城市建设资料确定地形图变化范围，利用航空遥感数据资料直接在相应的立体像对上进行变化要素的采集。 2.1 数据源分析
航空摄影数据：空间分辨率优于1米的航空摄影影像均可采用。
像控点：使用天津市测绘院“像控点影像数据库”中的像控点作为空中三角测量的
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控制资料。对于区域网中控制点分布薄弱的区域可采用GPS-VRS测量方式补充。
DEM数据：在2008年天津市域1/2000DOM制作项目所采集特征线的基础上，针对DEM的变化情况进行更新，更新后内插DEM作为正射纠正的基础资料。 2.2 精度分析
2.2.1 DOM套合DLG更新方法
影响地形图更新成图精度的主要因素有更新底图DOM的数学精度、依据DOM采集的矢量数据误差以及原始DLG成果的精度。其中：
①DOM数学精度：根据现有作业技术规范，1:10000DOM成图，地物点对最近野外控制点的图上点位中误差：平地、丘陵地不超过±0.50mm；山地、高山地不超过土0.75mm；与l:10000DLG成图的平面精度要求一致。虽然，DOM平面精度技术要求是参照摄影测量测图平面精度要求制定的，但实际工作中，在设计摄影比例尺、空中三角测量区域网像控点布设等方面，往往要求其同时能满足平面、高程精度要求。而理论分析和实际生产经验亦表明，平面对航摄与控制资料的要求相对于高程方面要宽松，因此，同时满足平面、高程精度要求的原始数据得到的DOM成果精度通常将大大高于技术要求，这就为利用DOM进行l:10000地形图要素更新提供了可能。
②矢量数据采集误差：实际生产经验表明，利用DOM进行矢量要素采集，判读误差、采集误差一般均为l～2个像素。因此，可以假定判读中误差与采集中误差均为1个像素且相互，则采集的矢量地形要素中误差约为2～3个像素。
③原始DLG成果精度：主要取决于其原始成图方法，经检验中误差约为±3.0米。 综合考虑上述三方面因素，同时考虑天津市近些年来可供地形图利用的正射影像底图主要为1:2000、1:5000DOM（成图过程严格执行相关技术规定，点位误差一般为2～4个像素），可以肯定采用现势性较好的数字正射影像图（DOM）套合原始1:10000地形图数据进行地形图更新及变化信息的采集是完全可行的。但同时也应考虑，由于数字正射影像图的成图精度及原始地形图与更新数据误差的影响，两套成果数据叠合在一起则存在不规则的偏差，要素与要素之间的相对空间位置关系，不可能完全符合实际情况，需要对两套成果数据的空间位置关系进行协调处理。 2.2.2 基于全数字摄影测量工作站的DLG更新方法
利用航空遥感影像数据立体像对在全数字摄影测量工作站上进行1:10000DLG相关要素采集，在设计摄影比例尺、空中三角测量区域网像控点布设时，要求同时满足平面、高程精度要求。具体作业中，只需严格执行相关技术规定要求即可，这里不作详细讨论。 2.3 可更新要素分析 数据名称 数字正射影像图 立体像对 要素类型 测量控制点 × × 水系 √ √ 居民地 √ √ 交通 √ √ 管线 √ √ 境界 × × 地貌 × √ 植被与土质 √ √ 说明： ①利用航空遥感影像数据作为基础底图更新1:10000DLG，其主要更新对象为相关要素的几何表示及少量属性信息，其他更新工作依赖外业完成。
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②当影像中地物与周围环境色差不大时，相关要素不易分辨、提取困难。
③由于航空摄影投影差及树木、高层建筑遮挡引起的要素提取困难问题，内业负责采集可见部分，不可见部分由外业在调绘过程中补测。
④对于投影差较大的大型立交桥和高层建筑等地物，为了提高其几何精度，建议利用航空遥感影像立体像对在全数字摄影测量工作站中采集。 2.4 总结
综合分析利用航空遥感影像数据更新1/10000地形图的实际生产情况，基于航空遥感影像数据的1/10000地形图更新有以下两种方案：①数字正射影像图（DOM）套合1:10000DLG更新方法；②基于全数字摄影测量工作站的1:10000DLG更新方法。同时，鉴于DOM套合DLG更新方法速度快，但投影差较大、地物精度相对低的特点，而基于全数字摄影测量工作站的更新方法虽然能获取精度均匀、高质量的矢量数据，可是成图周期长、工作量大、作业成本高，不能达到快速实现地形图更新的目的。因此，基于前面的精度分析情况提出DLG套合正射影像图并结合全数字摄影测量工作站进行主要地物、次要地物、一般地物等相关要素采集的更新方法，该方法能满足除测量控制点和境界要素以外的其他要素更新要求。即铁路、公路、河流、湖泊、水库、居民地、城市道路、城市绿地等主要地物要素，沟渠、水利及附属设施、工矿及其设施、农业及其设施、乡村道路、道路构造物及附属设施、输电线、人工地貌等次要地物要素，海洋要素、其它水系要素、公共服务及其设施、名胜古迹、宗教设施、科学观测站、其它建筑物及其设施、水运设施、航道、空运设施、其它交通设施、通信线、油气水输送主管道、城市管线、自然地貌、农业用地、土质等一般地物要素均可实现快速更新。
基于航空遥感影像数据的1:10000地形图更新，除由航空摄影投影差及树木、高层建筑遮挡引起的要素提取困难外，其余要素均可内业完成采集，这在一定程度上缩短了成图周期，降低了生产成本。但是由于航空摄影及数据后处理周期较长，此方法在对地形图现势性要求较高情况下处于劣势。
3. 工艺流程
综合考虑天津市近些年来的航摄情况，充分利用航空遥感影像数据资源有效开展1:10000地形图更新，是提高我院地形图更新工作效率的有效途径。基于航空遥感影像数据的1:10000 地形图更新的主体工作是结合事先收集的地形图变化范围信息（充分利用遥感变化监测所获取的地形、地物变化信息，积极收集相关城市建设资料确定地形图变化范围），通过将DLG与最新时相DOM套合，判定地形图变化要素，以DOM为底图或直接在相应的立体像对上进行变化要素的采集。其基本更新技术流程如图1所示：
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数字航空摄影 像控点测量 空中三角测量 正射纠正/影像镶嵌/图幅裁切 否 精度是否满足要求 是 DOM数据 ① DOM与DLG套合修测 ② 全数字摄影测量工作站采集 野外调绘 数据编辑检查 否 精度是否满足要求 是 DLG数据
图1：基于航空摄影数据的地形图更新工艺流程
作为地形图修测的变化要素，通常变化的要素中存在一定比例新增地物，对这些地物直接进行矢量测图，同时要注意协调好与相关地物、地貌之间的关系即可。还有一部分地物要素属于变更要素，如交通层中道路的改道、居民区的扩张等，对这类要素只需对变化部分采集，同时做好与未变化要素部分进行接边。
为加快作业工效、节省作业成本，进行矢量要素更新测图时，地物要素的定性，可采用室内外综合判调方法进行要素的判别。作业前，通过对已有资料的收集，如交通图、专题图等，测区内抽取一定数量的典型图幅进行野外调绘，建立典型地物要素样本库，通过室内判读进行定性。另外，作业中，对于地物的判绘，要求外业作业人员现场指导内业人员进行地物要素的判读。对于室内确实无法判别，而又无其他资料进行参照时，进行个别要素的野外补充调绘。
4. 展望
基于航空摄影数据的地形图更新方法具有周期短、效率高的优势，能够较好解决1:2000 、1:5000、1:10000地形图等空间地理信息数据的更新问题，扩大基础地理信息应用领域。随着航空遥感平台、传感器技术、高精度姿态测量（GPS与IMU集成）技术、遥感影像快速处理技术的不断发展，同时考虑到天津市域1:2000DOM每两年更新一次、
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天津市像控点数据库的建立与完善等现实情况，利用航空摄影数据进行1:2000、1:5000、1:10000等基础比例尺地形图更新在效率、效益、适应性等方面的优势将会更加明显。
参考文献：
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[4] 江宏军，马永生《地形图更新方法初探》测绘通报，2004。
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