大比例尺地形圖作為城市基礎(chǔ)地理信息的重要來源，被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

無人機(jī)航測與傳統(tǒng)測繪對比

比例尺基本概念

2.1 比例尺概念地形圖上一段直線長度與地面上相應(yīng)線段的實(shí)際水平長度之比，稱為地形圖的比例尺。

2.2 比例尺分類：

大比例尺圖：1:500、1:1000 、1:2000 、1:5000 、1:1萬

中比例尺圖：1:2.5萬、 1:5萬、 1:10萬

小比例尺圖：I:20萬、1:50萬、I:100萬

2.3 比例尺精度：

人用肉眼能分辨的最小距離一般為0.1mm，所以把圖上0.1mm所表示的實(shí)地水平距離稱為比例尺精度，即0.1mmXM

M為比例尺分母

2.4 比例尺與大小關(guān)系：

地形圖采集方式

3.1無人機(jī)低空航攝與RTK相結(jié)合方式

針對測量區(qū)域面積大、區(qū)域內(nèi)陸物不復(fù)雜、四周寬敞的情況，利用無人機(jī)低空航攝與RTK測量組合測量方式能夠降低野外工作量，提高作業(yè)生產(chǎn)效率。

無人機(jī)低空航攝與RTK組合測量方式的作業(yè)流程控制如圖1所，傳統(tǒng)的航攝作業(yè)流程采用先布設(shè)像控點(diǎn)再進(jìn)行空三加密的方式，這種做法工作周期較長，無法體現(xiàn)出無人機(jī)航攝的先期性，因此可對基于無人機(jī)的航攝傳統(tǒng)作業(yè)方法進(jìn)行改進(jìn)，存對測區(qū)進(jìn)行外業(yè)實(shí)地測量前，利用自由網(wǎng)平差方法對無人機(jī)航攝影像進(jìn)行空三加密，獲取自由坐標(biāo)系下的DOM與DEM數(shù)據(jù)， 基于此 DOM數(shù)據(jù)在數(shù)字化測圖軟件中繪制該區(qū)域線化圖，再利用RTK碎步測量采集特征點(diǎn)后轉(zhuǎn)換成指定坐標(biāo)系，該種方法的精度取決于自由網(wǎng)平差過程中連接點(diǎn)的匹配精度。為提高連接點(diǎn)匹配精度，一方面在航飛線路設(shè)計(jì)時采用垂直構(gòu)架航線，實(shí)現(xiàn)影像的全方位高重疊度，有效解決了同名連接點(diǎn)的誤匹配;另一方面在影像數(shù)據(jù)內(nèi)加密時利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺與攝影測量相結(jié)合的算法，對多度重疊點(diǎn)進(jìn)行多方向的前方交會，解決連接點(diǎn)的有效匹配，在此基礎(chǔ)上根據(jù)匹配情況采用一定量的人工干預(yù)，從而提高數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)平差精度。

3.2 RTK與全站儀相結(jié)合測量的方式

部分測區(qū)分布在建筑物復(fù)雜密集的市區(qū)中心，以蘭州市為例，由于周圍建筑物高大密集，采用無人機(jī)航攝方法獲取的 DOM數(shù)據(jù)將被高樓遮嚴(yán)重，效果不好。而由于衛(wèi)星信號遮擋嚴(yán)重，僅利用RTK碎步測量也無法完成測量任務(wù)。

RTK與全站儀組合測量的方式是利用RTK在測區(qū)內(nèi)寬敞地區(qū)布置一些全站儀測量所需的控制點(diǎn)，全站儀測量的起算數(shù)據(jù)就是以這些控制點(diǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。這種改進(jìn)全站儀的測量方式，省去了傳統(tǒng)布設(shè)導(dǎo)線控制網(wǎng)的過程，能夠大大縮短作業(yè)時間。該種測量方式的精度大部分取決于起算控制點(diǎn)RTK測量的精度，RTK測量能達(dá)到厘米級別的精度，以南方S82T儀器 為例 ，其平面精度 ±1c m + 1ppm，高程 精度 ±2cm + 1ppm，在測量過程中利用多臺儀器多次測量同一個點(diǎn)位并互相比對后，得出控制點(diǎn)最佳坐標(biāo)值，實(shí)際實(shí)測過程中全站儀測量利用 1秒級精度儀器，保證了測量結(jié)果能夠達(dá)到較高的精度。

3.3 改進(jìn)RTK測量方式

針對測區(qū)區(qū)域面積較小、建筑面積不密集、衛(wèi)星信號較好的情況，可采用 RTK碎步測量的方法獨(dú)立作業(yè)。

傳統(tǒng)RTK測量是利用測量點(diǎn)序號編號，并在野外現(xiàn)地繪制草圖，該種辦法至少需要兩個人員配合，效率一般，尤其是內(nèi)業(yè)成圖過程中，如果野外測量草圖繪制凌亂， 將大大影響內(nèi)業(yè)成圖效率。改進(jìn)RTK測量方式是將測量的碎步點(diǎn)編成個人習(xí)慣的縮寫代碼，省去了野外繪制草圖的過程，在內(nèi)業(yè)成圖時，能使采集的碎步點(diǎn)能夠清晰的描繪出一幅電子草圖，具有很高的效率， 促進(jìn)來了內(nèi)外業(yè)作業(yè)一體化。圖 3列出了某綠化帶和房屋的編碼，以綠化帶為例，在利用 R T K碎步采集的時候，編碼以縮寫字母依照順序進(jìn)行，并在有弧度的點(diǎn)位標(biāo)明 ( 如 ld4y ) ，在測量房屋建筑時，往往房屋拐角是RTK電臺與GPS信號盲區(qū)，可通過隔點(diǎn)測量的方式進(jìn)行，并標(biāo)明隔點(diǎn)位置 ( 如 F4G表示距上一點(diǎn)隔一個點(diǎn)位，F(xiàn)6G2表示距上一點(diǎn)隔兩個點(diǎn)位) 。采用如上編碼方式，不僅省去了野外繪制草圖的過程，提高了外業(yè)測量的效率，降低了野外人力物力的投入，同時縮短了內(nèi)業(yè)作圖的時間。

3.4 RTK與圖紙資料相結(jié)合的方式

部分測區(qū)存有己測繪過的高精度大比例尺地形圖紙質(zhì)資料，針對這種情況，可利用 R T K與圖紙資料相結(jié)合的方式，將掃描柵格圖像糾正后矢量化，再利用RTK測量特征點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)后轉(zhuǎn)換到指定坐標(biāo)系下，并利用RTK測量對變化區(qū)域修測。

為減少圖像糾正的誤差，將掃描的圖紙劃分成若干個小塊，再對這些局部區(qū)域進(jìn)行精糾正，改正局部畸變。通常采用地形圖上的方格網(wǎng)作為最小局部糾正區(qū)域，通過人工交互精確確定方格網(wǎng)四個角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和高斯平面坐標(biāo)值，確定雙線性變換模型多項(xiàng)式系數(shù)，利用該模型實(shí)現(xiàn)圖像糾正。具體作業(yè)流程如圖4所示。

檢查精度的常見方式

4.1 RTK與圖紙資料相結(jié)合的方式

大比例尺地形圖修補(bǔ)測常見精度問題有平面中誤差超限、平面檢測粗差超限、高程中誤差超限、高程檢測粗差超限、間距中誤差超限、間距檢測粗差超限等。

4.1.1平面中誤差超限

檢查方法是先采集明顯地物點(diǎn)的坐標(biāo)值;再根據(jù)圖上坐標(biāo)與采集的坐標(biāo)差值，計(jì)算點(diǎn)位中誤差。若坐標(biāo)分量差值中存在系統(tǒng)誤差，則中誤差很可能超限。其原因及處理辦法為：

　　1)外業(yè)采集時采用的坐標(biāo)系與成圖坐標(biāo)系不一致;檢查坐標(biāo)系的一致性。

　　2)外業(yè)采集時圖根控制點(diǎn)存在系統(tǒng)誤差或粗差;檢測圖根控制點(diǎn)，確保外業(yè)采集點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

　　3)內(nèi)業(yè)成圖時，空三加密存在誤差或粗差導(dǎo)致立體模型扭曲、變形;平面、高程中誤差可能同時超限。此時，應(yīng)檢查像控點(diǎn)成果的正確性[1]、空三加密成果的可靠性[2]、建模過程中相對定向與絕對定向的準(zhǔn)確性[3]。此環(huán)節(jié)出問題需重新建模，并重新采集模型范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。

　　4)內(nèi)業(yè)采集時，超描(超出像控點(diǎn)控制范圍)測圖也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致平面中誤差超限。該情況出現(xiàn)在模型外圍，應(yīng)變換模型檢查，重測超描部分。

　　5)隨機(jī)誤差中，分割不當(dāng)、取舍不合理、觀測沒

　　照準(zhǔn)、線(面)狀地物連線錯誤、獨(dú)立地物與附近點(diǎn)混淆，屋檐改正精度不夠，都會引起粗差率超限或平面中誤差超限。

　　4.1.2 平面檢測粗差超限

《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》規(guī)定[4] ：粗差率≤ 5%[5] 表明，測圖過程中允許存在粗差，但當(dāng)粗差率> 5% 時應(yīng)查明原因并進(jìn)行修正。粗差產(chǎn)生的原因，除了系統(tǒng)誤差(平面中誤差超限)，主要有分割不當(dāng)、遺漏、變化、屋檐改正錯誤等。檢測相鄰地物的間距，可查出此類錯誤。

　　1)分割不當(dāng)，主要是由于航攝影像遮擋、陰影等產(chǎn)生的錯層房屋投影變形導(dǎo)致的分割錯漏;可通過巡視、全野外數(shù)據(jù)采集進(jìn)行檢查、修改。

　　2)房檐改正不準(zhǔn)確，大比例尺測圖要求進(jìn)行房檐改正。房檐改正一般要求以滴水線為基準(zhǔn)，現(xiàn)在建筑物大多看不清滴水線，房檐改正僅憑作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)判斷，錯誤較多。

　　4.1.3 高程中誤差超限

1)檢測采用的圖根控制點(diǎn)存在系統(tǒng)誤差或粗差、儀器高量取錯誤都可能導(dǎo)致高程中誤差超限。此類檢測點(diǎn)誤差具有系統(tǒng)性，即誤差大小相似、符號一致，應(yīng)重新核查。另外，內(nèi)業(yè)測圖人員的工作習(xí)慣(有人習(xí)慣切浮、有人習(xí)慣切沉)也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差[6]，從而導(dǎo)致高程中誤差超限，此時應(yīng)換人重測。

　　2)立體模型扭曲、變形。其表現(xiàn)為在局部小范圍內(nèi)(一個立體模型中心部位)出現(xiàn)高程值異常，存在向模型中心遞增(遞減)趨勢，且平面中誤差較大;此時應(yīng)考慮重新建模、測圖。

　　3)地物、地貌發(fā)生變化。測圖周期內(nèi)，道路翻修、場地平整等都會引起高程中誤差超限，此類誤差具有集中性、區(qū)域性，粗差集中在某一條路上或某一區(qū)域內(nèi);應(yīng)及時更新、進(jìn)行修補(bǔ)測。

　　4.1.4 高程檢測粗差超限

　1)全野外采集時，棱鏡高、RTK 桿高變化沒有及時更改可能導(dǎo)致少數(shù)點(diǎn)的高程值粗差超限。這類誤差具有隨機(jī)性，應(yīng)檢查測量方法是否正確[7]。

　　2)內(nèi)業(yè)測圖未切準(zhǔn)模型也會使高程值粗差超限。

　　4.1.5 間距中誤差與間距檢測粗差超限

　　1)平面點(diǎn)采集精度和屋檐改正精度決定了間距誤差的大小。間距中誤差超限，應(yīng)對接近限差的間距進(jìn)行復(fù)查;必要時應(yīng)對超過中誤差的間距誤差全部復(fù)核。

　　2)間距檢測粗差超限，原因與平面粗差超限類似，處理方法也相似。同時，采集精度不高也會引起粗差超限，此時可考慮在誤差范圍內(nèi)采用各改一半的方法進(jìn)行修改。

4.2 精度問題處理方法

航空攝影測量大比例尺地形圖測繪的數(shù)學(xué)精度不容易控制，誤差主要來源是外業(yè)調(diào)繪屋檐改正部分，僅憑作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)，有太多不確定的人為因素。因此，減少屋檐改正誤差，就能較容易地控制大比例尺地形圖精度。根據(jù)多個測區(qū)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本文提出以下避免調(diào)繪數(shù)學(xué)精度出錯的方法：

　　1)開始調(diào)繪前，對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行外業(yè)抽樣檢查，確保內(nèi)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)符合外業(yè)調(diào)繪精度要求，減少錯、漏。

　　2)內(nèi)業(yè)采集時，一般要求采集建筑物的外圍形狀，為了便于外業(yè)精度檢核，對于女兒墻和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集可看見的墻角必須采集，并單獨(dú)存放在一個規(guī)定數(shù)據(jù)層。內(nèi)業(yè)編輯時，對調(diào)繪的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，可大批量減少外業(yè)調(diào)繪錯誤。

　　3)利用相鄰不需進(jìn)行屋檐改正的地物的相對關(guān)系進(jìn)行屋檐改正，如城郊民宅房屋門面一般都是整齊劃一的，可以沒有屋檐改正的房屋和圍墻數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)確定門面的屋檐改正，不僅方便快捷，而且準(zhǔn)確度高。

　　4)單位和工廠中大型建筑的屋檐改正特別困難，可以充分利用內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的獨(dú)立地物、內(nèi)部道路邊線、花壇、圍墻、電桿、相鄰建筑物的邊線的相對距離來進(jìn)行屋檐改正。

　　5)低矮建筑物沒有滴水線的屋檐改正，可運(yùn)用手持測距儀垂直放置在地面照準(zhǔn)屋檐，通過手持測距儀的移動確定滴水線位置。

　　6)建筑物的分割，有屋檐改正的必須進(jìn)行地面實(shí)地量測。

　　7)建筑物附近沒有其他條件時，測量建筑物長寬，對屋檐改正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，若精度超限，只能采用全站儀野外實(shí)測。

　　8)影像遮擋、內(nèi)業(yè)無法定位的地物(井蓋、消防栓等)及局部更新，可采用交會法或全野外測圖的方法進(jìn)行修補(bǔ)測。

常見使用規(guī)范

表1 地物點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位與間距中誤差

表 2 地形圖基本等高距(單位：m)

表 3 等高線插求點(diǎn)的高程中誤差

表 4　地形圖高程精度要求(單位：m)

舉例說明：

以1:1000成圖比例尺的丘陵為例，查表可知基本等高距為1.0m，地形圖高程精度要求為1/2等高距，則可以計(jì)算出高程精度需滿足1.0m*1/2 = 0.5m精度

表 5　地面分辨率

表 7　航測成圖地物點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位與間距中誤差(單位：m)

表 8　地物點(diǎn)平面精度要求

表 9　地形圖基本等高距(單位：m)

※括號內(nèi)數(shù)值表示可選基本等高距，一幅圖內(nèi)不得采用兩種以上基本等高距

表 10　等高線插求點(diǎn)的高程中誤差

表 11　地形圖高程精度要求（單位：ｍ）

舉例說明：

以1:1000成圖比例尺的丘陵為例，查表可知基本等高距為1.0m，地形圖高程精度要求為1/2等高距，則可以計(jì)算出高程精度需滿足1.0m*1/2 = 0.5m精度

表 12　高程中誤差