《倾斜摄影测量技术在滩涂数据采集中的应用》
该文是倾斜摄影和摄影类有关论文参考文献范文与滩涂类毕业论文格式范文.
摘 要：近年来倾斜摄影测量技术愈发成熟,作为一种高效率、高性价比的数据采集手段,其具备大量的应用创新点可以挖掘.滩涂区域数据采集受地形、地貌、潮位影响,是测绘外业工作的难点所在.文章以莆田市蓝色海湾整治行动项目沿海滩涂数据采集工作为例,研究通过倾斜摄影测量技术采集浅海滩涂数据的可行性,并分析所采集数据成果的精度和质量.
关键词：滩涂数据采集;倾斜摄影测量;免像控;裸眼3D采集
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）16-0037-04
Application of Oblique Photogrammetry in Mudflat Data Acquisiton
ZHANG Qiang
（Fujian Provincial Investigation,Design Research Institute of Water Conservancy Hydropower,Fuzhou 350001,China）
Abstract：In recent years,oblique photogrammetry technology has become more and more mature. As an efficient and cost-effective data acquisition method,it has a large number of application innovation points to explore. Data acquisition of tidal flat area is affected by topography,landform and tide level,which is the difficulty of surveying and mapping field work. Taking the coastal beach data collection work of Putian Blue Bay regulation action project as an example,this paper studies the feasibility of collecting shallow sea mudflat data by using oblique photogrammetry technology,and analyzes the accuracy and quality of the collected data.
Keywords：mudflat data collection;oblique photogrammetry;image free control;naked eye 3D acquisition
0 引 言
潮間带滩涂数据采集是测绘外业工作中的难点所在,传统采集手段受限严重.传统手段数据采集情况如下：人工携带RTK测绘,受淤泥覆盖层、水道、潮水等因素影响,采集效率低,安全隐患大;全站仪免棱镜测绘,受作业半径、设站条件等因素影响,采集效率低,部分特征点采集困难;测深船水下测量,作业时长和安全性受潮水、地形特点、养殖区等因素影响明显.采用无人机搭载倾斜摄影设备进行滩涂区域数据采集在效率与安全性上比传统手段更合适,其比传统航测手段航线设计更加灵活、产品类型更丰富、内业成图更便捷,相比机载激光雷达技术成本更低.
1.项目概况
莆田市蓝色海湾整治行动项目位于福建省莆田市,含木兰溪入海口子项目和妈祖城子项目.工程通过海岸带生态修复、滨海湿地生态修复、海岸海域生态修复,构建完善的海岸带生态系统,恢复海岸带局部区域的生物多样性,提升局部区域海水水质.本文将木兰溪入海口子项目的滩涂数据采集工作作为研究内容,项目区位置如图1所示,呈不规则形状,数据成果要求1：1 000地形图及相应的DOM、DEM、倾斜三维模型.涉及的滩涂面积为2.38 km2,分布为左岸涵江区0.52 km2,右岸秀屿区1.86 km2.测区高程主要分布在–1.5～2.5 m,以泥滩为主,涨落潮时海水浑浊,其与滩涂在视觉上很难分辨.周边为黄蛏的重要养殖区域,且水道较多地形复杂.在交通条件上,基本被蛏塘包围,车辆通行条件较差.图2为项目区右岸局部地形示意图.
2.技术路线
2、1 技术难点
项目区落差仅4 m左右,受涨落潮影响大,可进行数据采集作业时长较短,对外业时机选择及航线设计有较高要求.采用倾斜摄影测量技术,项目区还存在地面控制点布设难度大,标识物无法长期有效地存在,地物特征点较少等难题.
2、2 技术流程
根据项目区条件,选择适合作业的时间点,采用免像控技术,采用航带与面状相结合的方式进行航线规划,实现对项目区90%以上的滩涂的数据采集.然后,利用人工采集数据与船载水深测量数据,对倾斜摄影测量成果进行精度分析,结合GIS、测绘技术完成数据的生产,满足项目对数据要求.具体技术流程如图3所示.
3.项目实施
3、1 资料收集
收集的资料内容除测绘基础资料以外,还包含气象、潮汐、滩涂范围等.作业时间点是根据风速、雨情预测结合潮汐周期确定,最大限度保障作业安全及倾斜摄影采集数据的完整度.
3、2 人工数据采集
人工数据采集包含像控点（检查点）和地形高程检查点,采集方式为RTK结合全站仪.左右岸测区在倾斜摄影作业前,均匀布设13个像控点（检查点）.像控点（检查点）采用网络RTK（FJCORS定位服务）进行观测,测绘人员在完成检查点测量的同时,采集检查点周边及往返方向上的地形高程检查点.人工采集共测量13个像控点（检查点）及406个地形高程检查点数据.
3.3 倾斜摄影测量
为满足项目进度要求,外业采集工作共投入4套无人机倾斜摄影测量设备（1套大疆M210 RTK、3套大疆精灵4 RTK）.项目所用无人机倾斜摄影测量设备均自带厘米级定位服务,大疆精灵4 RTK还具备功能.可以提供影像高精度坐标数据,满足免像控作业要求数据内业处理选用Bentley ContextCapture Center软件平台,具备输出格式类型丰富、倾斜模型精细、后期处理工作量小等优势.
3、3.1 航线规划
经过项目区及周边空域环境调查,测区地势平坦,周边无高层建筑物影响飞行安全.为保证数据成果更加理想,现场采集时航线规划参数设置如下：
（1）地面分辨率设计为3.0 cm～4.2 cm,数据采集要求高于1：1 000比例尺航测规范要求.
（2）重叠率：航向80.0%、旁向75.0%.换算后最高点最小重叠度为航向74.4%、旁向69.8%满足项目生产需求.
（3）飞行速度：考虑到江口风力及下午光照条件影响,飞行速度不高于8 m/s.
（4）快门及光圈：101S-PSDK相机设置为快门速度1/1 000 s,光圈5.6.FC6310R相机设置为快门速度1/640 s,光圈5.6.
（5）航线规划模式：靠近低潮线采用带状飞行模式,飞行方向平行于低潮线,结合面状航线规划方式完成整体数据采集,飞行区域按测区边界均外扩航高1.4倍以上.
3、3.2 数据采集
无人机飞行区域覆盖面积约3 km2,共拍摄相片23 442张,作业流程耗时约3.5 h.飞行过程中,气候条件良好,照片成果数据完整、图像清晰、色彩丰富、无明显缺陷.合格率100%,RTK固定率100%,POS坐标数据与照片编号匹配正确.
3、3.3 空中三角测量
项目左右岸测区有一定距离,没有像素连接关系,需构建两个工程进行计算.两个工程分别采用免像控方式结算,13个像控点作为检查条件.空中三角测量采用Bentley ContextCapture Center软件进行计算.具体步骤如下：
（1）新建区块.建立两个区块,按左右岸项目区分别进行命名.
（2）导入影像数据.在区块中导入对应影像数据,按相机对影像数据进行分组.匹配每个相机分组的光学属性.
（3）导入POS坐标数据.首先建立项目区控制网七参数模型,将所有POS坐标数据原有的WGS-1984坐标系统经纬度数据转换为2000国家大地坐标系统、1985国家高程基准数据并导入,将影像数据进行坐标匹配,保留影像中原有的角元素数据.
（4）空中三角測量计算.平差约束条件选择高精度影像定位元数据,空中三角测量结束后,检查连接点质量、检查点精度、影像位置、相机属性等均符合精度要求,具体内容详见精度分析.
3、3.4 摄影测量数据成果生产
在空中三角测量完成后,项目进入三维模型、正射影像及高程数据成果生产阶段.在ContextCapture Center软件中新建三维重建,定义空间框架为CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger zone 40（EPSG：4528）,处理设置选择默认.采用自适应切块生产模式（切块大小40 G,取决于集群中最低计算机性能）.在三维重建下进行数据生产,定义生产目的、数据类型等.本项目中主要生产的数据类型有：三维实景模型（OSGB格式、I3S格式）、DOM（TIF格式）、D（TIF格式）.其中OSGB数据与DOM数据结合,作为DLG数字线划图采集数据基础.I3S格式提供给设计人员,在信息化平台展示时使用.
3、4 船载水深测量
采用船载水深测量对测区进行每200 m一条航线的检查数据水下采集工作,采集总长度11 km,共采集1 095个检查点.检查正射镜头的快拼影像时,发现在水道部分底部可能存在水流.为提高数据精度,提取水道范围矢量数据,安排测深船进行数据补充采集.
4.精度分析
4、1 空中三角测量精度
空中三角测量精度决定了倾斜摄影测量成果质量,下面我们将对左右岸两个测区的质量报告中的关键参数进行分析,了解项目的空中三角测量精度情况.
（1）影像位置与输入位置的距离.项目采用高精度影像定位元数据作为平差约束条件,影像位置空中三角测量结果与输入数据没有太大偏差.
左岸的空中三角测量影像位置结果与输入位置的距离,最小距离为0.000 3 m,最大距离为0.042 6 m.右岸存在45张影像水面占比较大,影响空中三角测量精度.将这些影像剔除后,右岸影像位置的空中三角测量结果与输入位置的距离最小为0.000 4 m,最大距离为0.103 2 m.两个分区影像位置的空中三角测量结果精度良好.
（2）连接点质量.空中三角测量连接点的误差会影响密集点云的精度,间接影响最终成果的精度.其中,像点重投影误差的均方根结果是反应空中三角测量精度的重要指标之一.ContextCapture Center软件推荐的精度要求为像点中位重投影误差小于0.50个像素,像点重投影误差的均方根结果小于0.70个像素.
左岸连接点像点中位重投影误差为0.34个像素,像点重投影误差的均方根为0.52个像素.右岸连接点像点中位重投影误差为0.38个像素,像点重投影误差的均方根为0.57个像素.满足精度要求.
（3）像控点（检查点）精度.检查点的精度可以直观反应空中三角测量结果精度情况,但由于滩涂项目的特殊性,检查点数量布设较少,主要用于平面位置精度的检查.本项目所测的检查点均为平高点,其中左岸4个,右岸9个.根据数字航空摄影测量空中三角测量规范,检查结果如表1所示.
4.2 三维模型精度分析
4、2.1 细节检查
通过检查,三维模型的纹理细节完整,滩涂上的养殖地貌特征明显、线状地物延续性良好、水边高程合理.对模型进行初步检查,除水面以外未发现失真扭曲的情况.
4、2.2 像控点（检查点）检查
使用裸眼3D测图平台,将像控检查点导入模型进行模型的绝对精度对比,与空中三角测量成果对比误差吻合.
4、2.3 地形点检查
将人工采集与船载水深测量的地形点作为三维模型检查数据,可以更准确地反映三维模型的高程精度情况.将地形点序号、坐标和三维模型匹配的D数据导入Global Mapper软件.先把植被覆盖区、水下部分等高程点剔除,剩余1 133个点采用高程提取功能读取D高程属性,将提取后的模型高程值与实测高程进行对比.其中左岸324个点,右岸809个点.
项目区滩涂水深不超过10 m.按照GB 50026—2007《工程测量规范》要求,高程中误差为1/3等高距离.根据GB/T 17501—2017《海洋工程地形测量规范》,在深度测量中,当水深小于或等于20 m时,深度测量中误差小于或等于0.2 m.
左岸分区三维模型高程误差检查结果中,绝对误差低于10 cm的点有279个,占86%;绝对误差在10～20 cm之间的有42个,占13%;超过20 cm的点有3个,经检查3个点均为植被覆盖区漏删的情况,需剔除.
右岸分区三维模型高程误差检查结果中.绝对误差低于10 cm的点有711个,占88%;绝对误差在10～20 cm之间的有98个,占12%;无误差超过20 cm的数据.
5.成果制作
5、1 数字线划图制作
采用裸眼3D测图软件,加载倾斜模型进行数据采集.由于滩涂地形的特殊性,项目区大部分地形可以通过高程点批量提取的方式生产,测图效果图如图4所示.
本项目批量提取高程点的格网间距为2 m,2 m格网高程点数据用于等高线的生产.利用ArcGIS子集工具对高程点进行30%不规则抽稀,抽稀成果按15 m间隔输入CAD作为高程注记.同时,在线划图中加入船载水深测量数据、人工采集数据,对数字线划图成果进行汇总、编辑制作.
5、2 DEM成果
将2 m格网高程点数据与船载水深测量数据、人工采集数据导入ArcGIS,利用ArcGIS地形轉栅格功能,按比例尺1：1 000设定参数,生产DEM数据.
5、3 其他数据成果
项目需要提供高精度、真三维、可量测的三维实景模型,供设计方案展示使用.采用倾斜摄影测量技术可以快速构建项目区三维实景模型.三维实景模型（OSGB格式、I3S格式）、DOM（TIF格式）由ContextCapture Center软件直接输出,同时软件支持较多数据格式如OBJ、3等格式的输出,可与三维设计平台对接.
6.结 论
倾斜摄影测量技术为滩涂数据采集提供了新的作业方案,将其应用在蓝色海湾综合整治项目的滩涂数据采集项目中,数据成果精度良好.倾斜摄影测量技术服务于滩涂数据采集,滩涂地形图的生产可以极大地降低数据采集的成本、减轻劳动强度、提高工作效率,同时可以提供丰富的数据成果,可以更好地为后期项目设计、管理服务.
参考文献：
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作者简介：张强（1985—）,男,汉族,福建福清人,本科,测绘工程师,研究方向：摄影测量与遥感技术.
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倾斜摄影和摄影引用文献:
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[3] 无人机和倾斜摄影毕业论文的格式范文 无人机和倾斜摄影方面毕业论文怎么写2000字
