航空摄影测量在城市地形图测绘中的应用

引言：作为城市规划建设基础性工作的城市地形图，其测绘质量对城市发展决策之科学性与合理性有着直接影响。伴随城市化进程加速，传统测绘方法在效率、精度以及覆盖范围等方面的局限性愈发凸显出来。凭借高效率、高精度且覆盖范围广的技术优势的航空摄影测量技术，已然成为现代城市地形图测绘的重要技术手段。对该技术在城市地形图测绘中的系统应用加以研究，对于提升城市空间数据获取能力、支撑精细化城市管理而言有着重要的现实意义。

一、航空摄影测量技术的应用特征

随着城市化进程加速以及测绘技术快速发展的情况之下，航空摄影测量技术凭借其独特优势在城市地形图测绘当中发挥着不可替代作用的这种状况下，其呈现出三个显著特征：一是航空摄影测量系统有着卓越的环境适应性，能在高楼林立都市区域、地形复杂山地以及传统测量难到达边缘地带灵活作业且具备抵抗轻微气象干扰能力的表现；二是在数据采集质量方面有着通过搭载高精度传感设备可实现厘米级精度地物识别与定位，尤其在三维空间数据获取方面优势明显的情况；三是相较于传统人工测绘，航空摄影测量在作业效率与资源配置上实现质的飞跃，有着大幅降低人力投入与时间成本，从而为城市规划提供更加经济高效技术支持的情形[1]。

二、航空摄影测量在城市地形图测绘中的具体应用

（一）DOM（数字正射影像图）构建技术

在航空摄影测量技术应用于城市地形图测绘中，数字正射影像图构建当属核心应用环节，需技术人员依测区特点制定详细航飞计划，像设定合理的航线间距、飞行高度及影像重叠度等，一般城市区域测绘时飞行高度多设置在 300～500m 之间，以此平衡地面分辨率与覆盖效率；接着由无人机携精确校准的高分辨率相机按预设航线执行自动飞行任务以获取原始影像数据，获取的影像数据经前期处理后进入几何校正环节，借助地面控制点网络来精确定位，常用多项式校正、正射校正等校正方法，使校正后的每个像元都与实际地理坐标精确对应；随后通过SIFT或SURF等特征点匹配算法达成影像拼接，针对城市建筑阴影、高楼倾斜等问题还要做影像镶嵌优化与色彩平衡调整；最终生成的DOM成果具备统一的比例尺和坐标系，为后续地形要素提取与地图制作提供可靠的影像基础。

（二）航线规划与优化

航线规划与优化构成了航空摄影测量作业的前期关键环节，直接影响数据采集的质量与效率。技术人员首先通过GIS系统分析测区范围、地形特征及城市建筑分布情况，结合项目测绘比例尺要求确定基本航飞参数。以1:1000 城市地形图测绘为例，航线规划软件会根据相机参数、地面分辨率需求，计算出最佳飞行高度，一般控制在 150～200m 之间。在设定航线时，系统会按照“条带式”或“网格式”布局生成初始航线，对于城市区域，航线间隔通常设置为相机视场宽度的 70% ，以确保充分的侧向重叠，同时航线与航线之间的前后重叠度设定为 60% 以上，以保证立体像对的形成。针对高层建筑密集区、桥梁等特殊地形，规划人员会手动调整局部航线，增加倾斜摄影航线或降低飞行高度，以减少建筑物遮挡造成的数据缺失。航线优化还考虑了起降点设置、安全航高避让、电池续航管理等因素，通过地面站软件将最终航线任务上传至无人机飞控系统，确保自动化、高效率的数据采集[2]。

（三）空中三角测量与精度控制

空中三角测量作为航空摄影测量技术的核心环节，通过计算建立影像间的几何关系并构建测区的三维坐标框架。具体操作中，技术人员首先对采集的航空影像进行预处理，包括检查影像质量、剔除云雾遮挡严重的影像，并对影像进行辐射校正。随后，采用自动特征点提取算法在相邻影像间识别同名点，通常每对相邻影像间需识别数百至上千个特征点，这些同名点构成了空三计算的基础数据。在相机参数已知的情况下，通过光束法平差计算，同时引入GPS/IMU辅助数据作为外方位元素的初值，建立严密的数学模型求解整个测区的外方位元素。技术人员设定收敛条件，对于城市地形图测绘，平面点位中误差控制在像素大小的 0.5 倍以内，高程中误差控制在飞行高度的万分之一以内。系统通过迭代计算，同时借助人工交互检查，剔除明显偏离正常分布的粗差点，逐步优化计算结果。最终生成的空三成果包括每张影像的精确外方位元素以及测区加密点的三维坐标，为后续的DEM和DOM生产提供几何基础。

（四）控制点布设与联测

控制点布设与联测工作是保证航空摄影测量精度的关键保障措施，其实施过程遵循严格的技术规范。测量人员首先根据测区面积和地形复杂程度，确定控制点的数量和分布密度，通常在 8-10 平方公里范围内至少布设4～6 个控制点，且保证控制点分布均匀、覆盖测区边缘。控制点位置的选择遵循“易于识别、稳定牢固、通视良好”的原则，优先考虑道路交叉口、建筑物拐角等明显地物特征点。在实际布设时，测量人员采用标准规格的十字或圆形标志物作为人工控制点标记，标志尺寸根据飞行高度确定，通常控制在影像上清晰可见的 10-15 像素大小。控制点的测量采用GNSS RTK技术，在开阔地区观测时间不少于 30s，接收机天线高精确量取，每个控制点至少观测两次以检验一致性。在城市高楼密集区，受卫星信号遮挡影响，测量人员会采用全站仪联测的方式，建立局部控制网提高精度。所有控制点的三维坐标值均统一到项目指定的坐标系统，完成内业数据处理后，还需进行精度验证，确保相邻控制点之间的相对精度满足表 1 所示的技术要求。

表 1 平面测量技术要求

（五）相片调绘与信息提取

航空摄影测量后期处理中，由相片调绘与信息提取构成的重要技术环节，乃将原始影像转化为可用地形信息的关键过程。先是技术人员对空三处理后的影像开展前期准备工作，像进行图像增强、对比度调整及锐化处理这般，以此提升影像视觉质量与信息可辨识度，接着进入专业地理信息系统环境，结合DOM和DEM数据，以半自动化方式提取地形要素。在道路系统提取方面，操作人员凭借线提取算法识别道路边缘，同时结合人工修正来处理复杂路口及被遮挡部分；建筑物提取时，采用基于规则的分割方法，经识别规则几何形状与阴影特征确定建筑物轮廓，进而提取建筑物高度信息。水系提取则通过将光谱特征和纹理分析相结合的方式，区分河流、湖泊等不同水体类型。地形等高线生成基于DEM数据，设定合适等高距，城区一般采用 1m或 0.5m 等高距，在自动生成初始等高线后予以人工编辑修正。

结束语

综上所述，航空摄影测量技术在城市地形图测绘中所展现出的独特技术优势体现在从环境适应性、数据精准性到成本效益与系统稳定性等多方面对测绘工作质量与效率的提升；未来随着传感器技术、人工智能算法与无人机平台的进一步发展，航空摄影测量将朝着更高精度、更强自动化、更广应用场景方向演进。

参考文献：

[1]陈晨.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用[J].智能建筑与智慧城市,2024,(09):46-48.

[2]王立妮,张弘,范璐.城市地形图测绘中航空摄影测量技术的应用策略[J].华北自然资源,2023,(05):111-114.