杨超
北京市顺义区规划测绘设计所 101300
摘要：在地形图绘制中，精度控制对地形图的精度有重要影响。如何选择和控制精度是绘制地形图时必须掌握的技术。绘制大比例尺地形图时，精度控制尤为重要，如果精度不准确，则误差会被直接放大，并对地形图的质量和地形图的精度产生负面影响。因此，有必要在绘制大比例尺地形图时认识到精度控制的重要性，根据大比例尺地形图的绘制需求合理地控制精度，确保绘制精度满足地形图的需求，保证绘制精度满足地形图绘制需要，提高大比例尺地形图的绘制质量。采用倾斜摄影技术制作两个试验区高精度三维建模，以三维模型为基础，在不佩戴立体眼镜的真三维环境中依据所见即所得进行高精度大比例尺矢量地形数据采集工作，并对地形图、正射影像和数字高程模型进行精度验证，提出符合大比例尺测图要求的技术方法，从而大幅降低外业调绘的工作量，提高作业效率。采集地理信息是城市发展的基础，地形图测绘则是采集地理信息的主要方式之一。随着科学技术的发展，无人机航空摄影测量技术有了快速发展，这一测量技术的使用为地形图测绘带来了较大方便。
关键词：数字测量 ；不同比例尺 ；地形 ；精度
地形图测绘是测绘工程发展中的重要环节。根据不同的地理环境和不同的要求选择不同的测绘方法。地形图的测绘方法都是要在明确的地理照片下完成，这就需要在地形图测绘中引入无人机航空摄影测量来实现地理图形的实时掌控。为了获得更加精确的数据，通常会采用航空摄影技术进行测量。在实际的应用中这种方法测量速度快，而且成本低，具有成图快、高精度和高清晰等特点，极大程度上丰富了航测区域的地理信息，为地形图测绘提供了更多侧面纹理信息和地物细节，在地形图测绘中有很大的使用价值。
传统大比例尺地形图测绘主要采用全野外数据采集的方式，不管是平板仪测图还是全站仪、GPSＲTK 测图都需要外业布设大量控制点，然后进行碎步地形图测绘，需要投入大量的人力物力，且更新速度很慢，而数字摄影测量以面状数据采集的方式，成图速度快、效率高，成为了当今测制大比例尺地形图的主要方法。精度对数字化成图来说，是衡量质量的最重要性能指标，也是成图的核心问题，更关系着大比例尺成图的成败。数字摄影测量成图的作业工序较多，影响成图精度的因素复杂多样。对于如何在现有行业规范的基础上，利用数字摄影测量方式测制符合精度要求的大比例尺地形图有一定的探讨意义。
1.平面精度要求
地形图上的地物点点位中误差主要来源于: 像控点点位中误差 m1、加密点点位中误差 m2、影像扫描中误差 m3、定向中误差 m4、影像匹配中误差 m5和房檐改正误差 m6等，各项误差影响航测成图平面精度的中误差为:
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在现实生产中，对于地物点的中误差要求，是相对最近野外控制点的图上点位中误差不得大于表 1
表 1 地物点相对于最近野外控制点的图上点位中误差要求 单位: mm
规定，特殊困难地区，按地形条件分可相对最近野外控制点的图上点位中误差放宽 0．5 倍。
2.高程精度要求
航测测制地形图过程中，其高程中误差的主要来源是: 像控点点位中误差 m1、加密点点位中误差m2、定向中误差 m3、相对校正中误差 m4和测绘动态误差 m5等，各项误差对航测成图高程中误差 mch的影响为:
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对高程注记点和等高线的要求，是对最近野外控制点的高程中误差不得大于表 2 的规定。在特殊困难地区，按地形条件分高程中误差可放宽 0．5 倍。
表 2 高程注记点和等高线相对于最近野外控制点的高程中误差要求 单位: m
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2.数字摄影测量测图工程实践———某省某二级公路工程 1 ∶ 2000 地形图成图测区情况
某省地处我国西南云贵高原，山岭纵横，地表崎岖，俗有“地无三里平”之说。某二级公路道路工程是某省某县与国家规划高速公路相接的主要交通干线，维系全县经济交通命脉，总长 29．86 km，涉及测图面积 7．5 km2，主要由路基和桥梁组成，至下而上沿河道设计并修建，河道两岸山势陡峭，地形起伏大，道路工程涉及区域地面高程从 295 m 到 550 m变化，最大高差达 255 m，区域内森林茂密，荆棘丛生，河道弯度大，测区内通视、通行条件差，对野外测量工作开展极为不利。
2.1作业技术路线
作业的技术路线从项目所有的基础数据和数据采集方式出发，包含了数据采集过程和检查过程，为整个项目的实施提供思路，如图 1。
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2.2像控点的布设
由于项目区呈条带状，涉及航带多，面积规模不便于进行空中三角测量内插的方式布设像控点，采用全能法全野外布点方法进行像控点布设，即每个像对四角布设四个平高点，在航向重叠和旁向重叠的区域布设可以共同使用的平高点，对于四角不便布设像控点的像对，适当增加布点数量以保证质量。项目区涉及航片共 21 张，所需像对 11 对，通过对获取的影像重叠程度和实地能布设点的情况分析，拟布设 30 个外业像控点，其中包括基本定向点
24 个，多余控制点 6 个。
2.3建模过程
目前采用的数字摄影测量系统相对定向点可自行采集，项目的相对定向与绝对定向同时进行，先对像控点进行定位再进行自动相对定向，重点在于对绝对定向的精度控制，如图 2。
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绝对定向是立体建模过程中最重要的过程，同时也是精度控制的关键步骤，项目中要求对每个像对的控制点( 包括基本像控点和多余控制点) 都如图 2 中 m－xy 和 m－z 进行控制，远超过规范要求，目的是将数据采集的误差进行更有利的规避，以免出现在立体建模过程中，为后续的数字线画图采集提供精度保障和检查依据。
2.4检测结果及分析
由表 1 和表 2 看出，以成图后的地物点对相邻控制点的误差来检查平面精度，以高程注记点和等高线对相邻控制点的误差来检查高程精度。项目全线 29．86 km，主要地物集中在河道两侧，检核地物点选取主要以河道两侧的房角、围墙角、田坎交叉或拐角处、桥梁的起始位置、水泥硬化地尖角等以及山上的小路交叉处和拐角处为主，总共选取典型地物检查点 330 个，平均每个控制点检查 11 个地物点，如表 3。
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通过表 3 可以看出:测图过程中房屋的轮廓是以墙基外角为准，但是内业测图时仅能从房屋上面测到其外围轮廓，把房檐包括在内。而现实中有的房屋房檐参差不齐或由于采用不同的材料，会使得影像反差不一，容易造成错判，产生粗差或错误，最终导致房屋的精度降低; 还有桥梁的起始位置如果不是硬化地和非硬化地的界限，一般很难判断准确位置，处理方法是注记点时尽量选在桥护栏的起始位置。经检测，房角的点位中误差为 0．985 mm，仅有 36．25%的房角误差小于规范的 0. 8 mm; 桥梁的起始位置点位中误差为1．120 mm，仅有 31．25% 的房角误差小于规范的 0. 8mm，但从总体的中误差看出，没超出规范的 0．5 倍，成图平面符合精度要求。
在成图的高程精度上，围墙角和高矮田坎的交叉在建模后分辨率有限，采集点时中误差比较偏大，分别为 0．543 m 和 0．503 m，但均未超过规范的 0．5倍，成图高程符合精度要求。
3.结论
数字摄影测量测制大比例尺地形图过程中，立体建模过程主要把握绝对定向的精度，因为该过程同时反映了相对定向与外业控制测量的质量问题，在此基础上，对于成图的平面精度的误差主要来源是地物点的遮挡和难于区分辨认的地方，而高程精度的误差主要来源是不利于模型测标切准地面的地方。
对于山区的航测成图而言，地形高差大，地类复杂，在采集数据过程中会遇到很多处于斜坡上田坎面积大于水田面积情况的梯田，而此时只采集水田坎明显对于成图精度来说相当不合理，此类情况应在采集水田坎时再于坎脚采集相应密度的高程点以保证成图精度和方便后期的工程使用。
4.正射影像图制作
4.1 基本要求
DOM 地面分辨率为 0.10m。DOM 采用非压缩TIFF 格式，地理信息头文件采用 tfw 格式。DOM按 1 ：1000 标准图幅采用正方形分幅，规格为50cm×50cm。DOM 数据的命名按照 1 ：1000 数据命名规则进行。
4.2.数字微分纠正
利用已制作的数字高程模型以及已恢复外方位元素的影像数据源，采用 JX-4 或 Map Matrix4.1对原始影像进行数字微分纠正和影像重采样，生成单模型 DOM。
4.3镶嵌及调色
采用无缝镶嵌技术，将单片正射影像镶嵌，然后裁切为标准分幅正射影像。在进行影像镶嵌时，镶嵌线的选择尽量避开高差急剧变化地区和高大、明显建筑物，保证影像数据的连续无缝和视觉一致效果。航摄影像重叠度较大时，要保持影像投影方向一致。影像镶嵌后应进行整体色彩调整，保证影像清晰，反差适中，色调均匀，影像无模糊、变形现象，保证相邻图幅的影像色调基本一致。相邻 DOM 影像镶嵌处的接边限差不应大于 2个像元，对满足接边精度要求的影像进行无缝接边，对于接边超限的影像，须查明原因进行修改。
5. 数字化测量基本控制变量
5.1控制测量
控制测量的目的是为地形图和各种工程测量提供控制基础和起点基础，本质是要以更高的精度确定平面坐标和高程点，这些点称为控制点。在测量时，总是确定地形的平面坐标和高度以及地形的地形点，能够更好地分析地形和地形的空间分布和相关性。控制测量提供了控制点的确切位置，而断点的位置由控制点的位置确定。所提供的控制点具有集成的坐标系和高度系统，其结果是通用且可共享的。可以将测量的地形图合并一起使用。控制测量分为平面控制和高度控制。通常可以使用 GPS 和导线放置方法进行平面控制测量，以获得高水平的控制点平面坐标。海拔控制调查通常由3级和4级水准调查完成，以获取该控制点的海拔信息。
5.2 碎步测量测定地物、地貌特征点位置的测量工作称为碎步测量。
传统方法使用设备来测量点的三维坐标，或者使用水平角、垂直角和距离来确定点，然后绘图员根据坐标（或角度和距离）在图形上绘制点。根据实际地形，跑尺员根据实际地形向绘图员报告测的是什么点（如房角点），这个（房角）点应该与哪个（房角）点连接等等，然后制图员使用该标记并根据现场的点示意图符号表示形状（房屋）。数字制图利用全站仪等仪器直接测得点位信息，并通过计算机软件（自动计算、自动识别、自动连接、自动原理图调用等）对其进行自动处理，以自动绘制测量的地形地图。因此，数字测图时必须采集绘图信息，它包括点的定位信息、连接信息和属性信息。
6.优化措施
6.1大比例尺地形图绘制应做好精度控制
为了提高大比例尺地形图的绘制精度，在具体的地形图绘制中，应积极做好精度控制，应根据大比例尺地形图的绘制需要，制定具体的精度控制方案。
（1）了解绘制大比例尺地形图的精度要求为了在绘制大比例尺地形图时很好地执行精度控制任务，有必要了解精度控制目标并采取必要的精度控制措施，并根据精度控制目标的准则进行具体说明，提高测量误差控制的质量，例如累积误差控制和误差消除。
（2）累积误差控制基于累积误差对大比例尺地形图绘制精度的严重影响，严格控制累积误差，是提高观测精度和地形图绘制精度的关键，对于绘制大比例尺地形图非常重要。因此，只需控制累积误差即可满足测量人员实际需求。
（3）消除累积误差为了基于累积错误的特异性和累积错误的危害性来减少累积错误的影响，必须从错误控制过程中删除累积错误，以控制和减少累积错误，目的是提高大规模地形图的准确性。
6.2大比例尺地形图绘制应做好精度检查
为了在绘制大比例尺地形图的过程中提高绘制精度，在绘制完成后，有必要在绘制过程中不断检查绘制精度，以免返工，且精度达不到标准。因此特别应该从以下几个方面入手。
（1）检查关键节点的正确性
考虑到大比例尺地形图的绘制特性和精度控制要求，有必要对大比例尺地形图主要节点的精度进行全面检查，以确保主要节点的精度满足和降低标准要求，减少累积误差地出现。
（2）在绘制过程中定期进行准确性检查，以检查准确性数据。除了检查主要节点的正确性之外，还需要在绘制大型地形时增加准确性检查的次数。完成地形图绘制步骤后，可以通过检查地形图的绘制精度来轻松找到问题，并及时纠正。
（3）完成图纸后，进行全面精度检查。
为了提高绘制地形图的准确性，在绘制大比例尺地形图后，需要对地形图进行全面地精度检查，扩大检查范围，并确保准确性，使地形图达到要求规格。
7.应用
7.1 RTK 与无人机低空航摄技术的结合
RTK 测量与无人机低空航拍技术的结合，适用于平坦，宽广的测量区域的现场测量，其不仅减少了测量工作量，提高了测量效率，而且缩短了现有测量时间，提高了测量精度。传统无人机航拍技术的应用中，通常先进行摄像机控制点设置，然后使用控制加密方法获取对应的拍摄图像和数据，但是该测量方法的测量周期长且易于受外部因素影响。如果受到影响，则测量结果存在问题。因此，有必要不断改进无人机航拍技术，RTK与无人机低空航拍技术的有效结合，不仅通过自由网络调整方法实现了无人机航拍的空中三重加密效果，提高了数据图像采集的准确性和有效性，而且还实现了数据和 RTK 片段的数字转换。
7.2 RTK 与全站仪结合的测量方式
大部分测量工作是在城市中心密集的建筑物中完成的，有许多相对较高的建筑物，卫星信号受到严重阻碍，并且使用无人机进行相关的测量操作非常困难。此时，RTK 和全站仪的有效结合可以避免上述问题，并促进测量任务的顺利进行。RTK 和全站仪组合测量方法的工作原理如下，使用RTK 在较大的区域上对齐全站仪测量所需的控制点，然后使用全站仪在这些控制点处收集和组织数据，然后绘制更准确的局部地形图，并帮助进行后续的规划和建设。这种融合模式的优势在于，它通过合理地控制 RTK 起始控制点，不再需要传统的布线控制网络过程，缩短了测量时间，并提高了测量精度。以这种方式测量的数据的准确性可以达到厘米级。例如，S82T 仪表的平面精度为 ±1cm+1ppm，高度测量精度为 ±2cm+1ppm。此外，通过在实际操作中使用多台仪器测量同一控制点，可以减少误差，并提高测量结果的准确性。
结论
综上所述可以分析得到，掌握大比例尺地形图绘制过程中所需的精确控制方法，不仅可以提高大比例尺地形图的绘制质量，而且可以提高精度，改善地形图的绘图级别。因此，在绘制大比例尺地形图时，必须了解观测误差的类型，执行精确的控制任务、执行精度检查以及执行精度评估等，这样才能在绘制大比例尺地形图时达到预期的精度控制目标，提高了精度控制的总体效果，满足了精度控制的实际要求和地形图的要求。
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