数字摄影测量在城市地理测绘中的应用

数字摄影测量在城市地理测绘中的应用

韩娅婕  冶海龙  徐江明

（青海省自然资源遥感中心，青海 西宁810000）

摘要：摄影测量的发展在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量阶段后，现已进入数字摄影测量阶段，数字摄影测量已成为国际公认的地球空间数据获取的重要手段。数字摄影测量集成了数据处理的专业系统平台和智能计算机，用数字化、软件化、自动化的模式代替了传统测量的繁重外业和较长工期，科学及时地获取与处理地理信息数据，对整个测绘产业产生深远影响。而数字摄影测量系统应用于城市测绘的显著优势，使其为数字城市建设提供海量地理信息，成为信息采集与处理加工的理想作业平台。

关键词：摄影测量技术；测绘工程；计算机

1 计算机软件与数字摄影测量

计算机技术的飞速发展加速了传统摄影测量技术的数字化、自动化进程，为数字摄影测量提供了技术与平台的支撑，传统摄影测量中许多纯人工操作光学仪器的步骤被计算机软件处理所取代，并产生更为精准、可视化效果更好的数据成果。除了软件系统，计算机视觉与数字摄影测量存在多方面的联系，而二者又在发展起源、诞生目的、处理对象和研究方法等方面存在众多差异。

1.1 计算机视觉与数字摄影测量的区别

计算机视觉与数字摄影测量存在多方面的联系，而二者又在发展起源、诞生目的、处理对象和研究方法等方面存在众多差异。计算机视觉与数字摄影测量的发展起源有所不同。计算机视觉技术是从 20 世纪 60 年代中期才开始崛起，而早在计算机立体视觉技术甚至电子计算机之前，摄影测量就已经是测绘产业的一个重要分支。它依托摄影的方式进行测量与绘图，在覆盖范围、成图方式、测量设备等多方面都与传统测绘有较大差别。发展起源的不同进一步导致计算机视觉和数字摄影测量中基本参数的物理意义和基本公式的不同。另一方面，计算机视觉与数字摄影测量的研究方法不同。在计算机视觉或者说图像处理领域，最常用的研究方法是通过矩阵分解将问题转化为可求解的线性问题，而数字摄影测量归属于测绘学科，在测绘学问题中，最常用的研究方法是最小二乘法，通过测量平差的算法对观测值的误差进行处理。

1.2 计算机视觉与数字摄影测量的联系

尽管计算机视觉与数字摄影测量在多个方面存在不同点，二者的研究内容也有交汇重叠的部分。例如前者在获取或计算图像的三维信息时，需要将大小形状、动态位置、运动姿态等几何性质信息进行定量的描述与存储。数字摄影测量在其发展过程中借鉴了部分计算机视觉的研究成果，与计算机视觉存在紧密的联系。例如在立体视觉研究中的特征匹配与影像配准可以将计算机视觉技术应用于数字摄影测量领域进行影像拼接，不仅在内容上紧密相关，研究思路和研究对象也是相近甚至一致的。

2 数字摄影测量在城市地理测绘中的应用

为了更快、更精准、更科学地更新城市地理信息数据库，数字摄影测量技术的应用显得尤为重要。及时、动态地进行地理数据获取和处理，是科学规划城市蓝图、合理推进城市建设、稳定维护城市改造的大前提，而数字摄影测量技术则为此提供了技术支撑。

2.1 测绘数字线划矢量图

数字线划矢量图是城市地物图件展绘的主要形式，是城市地理信息系统的主干，也是前期城市规划、中期城市建设、后期城市管理与维护的核心信息库。利用数字摄影测量系统提供的自动空三解析测量的整体解决方案、影像匹配技术以及多种高效、实用的测图模式，可以减少作业周期，显著提高测量内外业效率。

2.2 建立数字高程模型

数字高程模型是数字城市信息库的基础信息之一，各项与高程相关的工程建设包括三维景观、立体模型等都需要依赖数字高程模型来完成。而数字摄影测量系统具有自动化、规模化生产数字高程模型的显著优势，例如系统中包含自动生成、绘制、分析等高线等功能，可提高高程数据处理分析的效率。

2.3 建立数字正射影像图

数字正射影像图是基于 DEM 模型，并对影像数据进行纠正处理后消除投影差的影像图，在城规建设、国土资源监测、地理调查、灾害动态监察等领域应用十分广泛。随着商业遥感数据的日益丰富和图像特征提取技术的提升，数字正射影像图应用前景越来越开阔，而将数字正射影像图与数字高程模型叠加后更可生成城市电子沙盘等三维景观，方便规划与展示。

2.4 建立城市真实三维景观模型

城市的真实三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自动生成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理建成。

2.5 数字摄影测量应用于城市地理测绘的优势

将数字摄影测量应用于城市地理测绘具有诸多优势。首先，数字摄影测量可以大大降低传统城市测量的作业成本，同时缩短作业周期。与传统测绘手段比较，数字摄影测量的外业工作强度较低，并且数字化处理内业，在测绘等高线的工程项目中优势格外突出。在突发的自然灾害中，由于灾害区域可能面积较大，且情况紧急数据亟待更新，这种情况下数字航空测量可以快速提供大范围的受灾地区影像资料，节约人力与时间成本，为科学及时的救援提供支持。

其次，数字摄影测量可提供的信息产品丰富多样。原始的航摄影像在经过数字化处理后可以加工出包括地物形态、三维高程模型等多种数据，例如结合航拍影像和地物信息可以制作出方便浏览和道路指引的“数字校园”系统等，又如叠加高程数据和航摄资料可以加工出景区的动态三维景观效果图。进入 21 世纪后，传感器技术快速发展，可供选用的多类型、多尺度、多形态的海量数据逐渐进入大众视野，而激光雷达、遥感卫星等技术的广泛应用也使得航摄资料的可选择性也越来越大。

最后，数字摄影测量的数据更加易于更新和拓展。数字摄影测量可以同时获取线划图、影像及高程模型数据，一般采用数字航摄的方式获取影像资料，通过影像叠加和匹配技术即可更新区域的地理信息数据。同时利用高程模型库和像控点数据库也可以做到 DOM 数据库的快速更新。利用更新的地形数据重建或更新高程模型数据，实现 3D 产品的互动更新，达到了数据更新的拓展性和可延续性，同时减少了数据转换的环节，使得现有数据可以被最大化地利用。

3 数字摄影测量的发展

数字摄影测量作为现代测量技术的重要组成部分，近年来得到了快速发展，主要体现在原始数据源的发展和数字摄影测量系统的发展。首先，获取原始数据的渠道越来越丰富。近年来，随着工业相机的进一步优化发展，线阵式/面阵式数码相机在计算机视觉行业备受青睐，如面阵航空相机UCD( UltraCAM－D) 、徕卡公司推出的三线阵推扫式数码相机 ADS40( Airborne Digital Sensor) 在航空摄影测量领域广泛应用，而机载激光雷达等先进传感器则可用于采集高分辨率数字影像。与此同时，GPS 辅助空三系统、POS 直接定向系统、差分 GPS+惯性导航系统( DGPS+IMU) 等定向系统的问世对于快速便捷地获取摄影测量航片的外方位元素十分关键。在特定环境条件下，部分航飞线路可能会缺少地面控制，这个时候定向系统可以减少航摄的像控点外业布设，改变了作业模式，提高了摄影测量的作业效率。伴随着计算机技术日益成熟和软件环境逐步优化完善，数字摄影测量系统的运行速度和数据承载能力逐步提升。计算机的各个环节包括 CPU( 中央处理器) 、显卡、显示器、光电传感器等部件的性能提升都对数字摄影测量系统的优化改进有帮助，同时计算机领域的诸多先进技术如计算机视觉、数值仿真、动画模拟、网络传输等在数字摄影测量领域的深入应用又大大丰富了数字摄影测量的应用前景。

参考文献

[1]金兴昌.倾斜摄影测量技术在建筑施工管理中的应用[J].山西建筑,2024,50(03)