CN111651539A - 一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法。该发明以原有数据为基础，以平面地图局部更新为目标，利用以无人机摄影测量技术和地面摄影测量技术为代表的近景遥感技术，获取目标区域的影像信息，并确定至少一个明显的特征点，保证特征点在影像中清晰成像；然后通过单张影像信息和辅助特征信息解算特征点和目标点相对位置关系，进而确定目标点和目标对象的位置；随后在平面地图上的目标区域更新目标对象元素，并添加对应的属性信息；最后以更新地图为参考，通过实地调绘的方式验证更新元素的准确性，完成平面地图更新。

Description

一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法

技术领域

本发明涉及平面地图元素更新和补测补绘领域，特别是一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法。

技术背景

地图更新是在表达所示区域原有状态的基础上，对现实状态中增加、删除或更改的元素进行修正，以保证地图表达的实时性、准确性和正确性。随着社会的不断进步和经济的快速发展，对各种比例尺的平面地图、普通地理图和专题地图进行更新是一项非常重要的工作。平面地图作为地图领域的重要组成部分，通常，其更新的思路主要有全面更新和局部更新两类。在技术要求上，大型地图一般要求每10年左右更新一次，各种小型的专题地图的更新周期也较长。我们知道，地图更新的周期越短，其现势性越强，相应的地图价值也就越高。因此，平面地图能够全面更新固然效果最好，但是其更新成本高、工作量大、周期长，而作为更有针对性更新的局部更新方式逐渐成为了地图更新领域所采用的思路。

传统的地图更新技术主要采用全站仪测绘等经典的测绘手段，这种“点测量”的测绘方式虽然测量精度较高，但是整体测图的效率低下，人工投入成本也较高；后来，遥感技术的发展为大面积测图带来了新的手段，遥感技术的测图效率高，且基本解放了外业人力成本，但是目前高分辨率的卫星遥感影像价格昂贵，中低分辨率遥感影像解决问题的能力局限，在实际应用中仍然存在一定的问题；以无人机和地面摄影测量为代表的近景遥感技术逐渐成为了补充卫星遥感技术的有效力量，近景遥感技术测图效率和测图精度都较高，且人工投入较小，是一种较好的测图手段；除此之外，以三维激光雷达为代表的高新技术手段虽然可以较好地解决地图测绘问题，且测图精度高，可视化效果好，但是现阶段仍然存在大量数据冗余和点云分类等技术瓶颈问题，也没有在实际测图工作中得到较好的应用。

到目前为止，无论是全面更新还是局部更新方式，其平面地图更新方式一直偏向于采用传统的测绘技术，一些高精尖的信息化技术仍然处于实验室阶段而没有推广开来，所以，在平面地图更新的实际操作中仍然存在着很大的不足和局限性：

（1）仍以传统测绘手段为主，测量整体效率低，更新周期长；

（2）为了与原有地图匹配，需要测量大量多余的信息，存在数据冗余，内外业工作量大；

（3）现有测绘手段对作业人员的专业素养要求较高，操作难度较大。

因此，就目前采用的技术手段来看，地图更新的效果仍然存在很多的弊端，且难以适用城市快速发展对地图更新效率的需求，亟需一种能够实现平面地图快速、高效、实时更新的技术手段。

发明内容

为了实现平面地图元素快速、高效更新，避免现阶段实际测图工作中存在的不足和局限性，本发明充分利用近景遥感技术的优势，提出了一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征是：

（1）利用近景遥感技术获取目标区域的影像信息，更新的主要地图元素包括井盖、电线杆、孤立木等目标点和房屋、建筑、大型雕塑等目标物，其中，近景遥感技术主要包括无人机摄影测量技术和地面摄影测量技术，在每张影像中需要确定至少一个明显的特征点，保证特征点在影像中清晰成像；

（2）根据不同的观测条件和测图需求，选择采用无人机摄影测量技术还是地面摄影测量技术，针对目标区域，通过对辅助信息解算特征点和目标点相对位置关系的解算，进而确定目标点和目标对象的位置；

（3）根据原有地图的绘图比例尺和点位关系，在平面地图上的目标区域更新目标对象元素，并添加对应的属性信息；

（4）以更新平面地图为参考，通过实地调绘的方式验证地图中更新元素的准确性，完成平面地图更新。

本项发明与现有平面地图更新方法比具有以下优点：

（1）作为现有平面地图更新技术的有力补充，在现有经典测图和信息化观测方式的基础上从近景高效测图方面提供了一种可借鉴的思路；

（2）适用于局部测图中高效更新地图的需求，测图涉及的信息少、数据量小，并且可以充分利用已有数据信息，可大大节约资源，提高测图效率；

（3）无论是无人机测图方式还是地面数码相机测图方式，都采用单张影像解算的方式，测图原理简单，测图过程难度较小，对作业人员的专业要求较低。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新方法技术流程图。

图2为无人机近景遥感技术平面测图方式示意图，其中，P代表目标物。

图3为地面近景遥感技术平面测图方式示意图，其中，P代表目标物。

图4为无人机近景遥感技术平面地图元素解算原理图，其中，M代表满足解算要求的航片，A、B代表目标区域内的特征点，P代表目标物/点，a、b代表目标点P分别到两条辅助线垂线段的像素长。

图5为地面近景遥感技术平面地图元素解算原理图，其中，P代表目标物/点，A₁、B₁和A₂、B₂均代表目标区域内的特征点，a、b分别代表目标点P在不同观测角度上到辅助线垂线段的像素长，x₁和x₂分别代表在目标点P周围且满足要求的辅助特征长度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的技术方法，在理论上有较强的依据性，在实践操作上有较强的可行性，是将无人机摄影测量技术和地面摄影测量技术合理结合的测图方式。该技术既是对现有平面地图更新技术体系的有力补充，又是对现有技术的改进和创新，提供了一种高效、便捷的平面地图元素更新思路和技术手段。

如图1所示，本发明提供了一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，具体包括如下步骤：

步骤S1，利用近景遥感技术获取目标区域的影像信息，其中，近景遥感技术主要包括无人机摄影测量技术和地面摄影测量技术，在每张影像中需要确定至少一个明显的特征点，保证特征点在影像中清晰成像；

步骤S2，根据待测区域的观测条件和测图需求，选择采用无人机摄影测量技术，利用无人机正射单航片摄影采集目标影像，针对目标区域，通过对辅助信息解算特征点和目标点相对位置关系的解算，进而确定目标点和目标对象的位置；

步骤S3，根据待测区域的观测条件和测图需求，选择采用地面摄影测量技术，利用地面摄影交叉双向单片摄影方式采集目标影像，针对目标区域，通过对辅助信息解算特征点和目标点相对位置关系的解算，进而确定目标点和目标对象的位置；

步骤S4，根据原有地图的绘图比例尺和点位关系，在平面地图上的目标区域更新目标对象元素，并添加对应的地图元素属性信息；

步骤S5，以更新平面地图为参考，通过实地调绘的方式，验证并确认地图中更新元素的准确性，完成平面地图更新。

在本实施例中，平面地图元素主要包括井盖、电线杆、孤立木等目标点和房屋、建筑、大型雕塑等目标物，特征点主要是指能够在不同角度能够看清且容易辨别的地物点。

如图2所示，在步骤S2中提到的利用无人机摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其步骤包括：

步骤S21，选定待更新区域后，利用无人机正直摄影方式采集目标区域影像，并确定无人机摄影测量的成像比例尺l；

步骤S22，以原有地图为参考，确定增加或删除的目标物或目标点P，选定成像清晰且目标物完整的影像M作为研究对象，其中，影像中目标物附近有特征明显的地物或特征点；

步骤S23，如图4所示，选择特征点A和B，以过P点分别向AB连线及其垂线方向做垂线，并分别测量垂线段的像素长度a、b，单位为pixel；

步骤S24，根据成像比例尺l和像素长度a、b，计算a、b对应的实际距离，随后根据原有地图的比例尺换算出a、b对应的平面地图上的长度a₀、b₀；

步骤S25，以原有地图上特征点A和B为参考，根据a₀、b₀确定目标点P的位置，同时添加P点的属性信息，完成平面地图更新。

在本实施例中，利用无人机摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，无人机影像的有效成像比例尺l最佳为1：500。

如图3所示，在步骤S3中提到的利用地面摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其步骤包括：

步骤S31，选定待更新区域后，利用地面摄影测量方式分别从近似垂直的两个不同的角度采集目标区域影像，其中，保证地物特征点和目标点均能够完整成像在影像中；

步骤S32，如图5所示，选择合适的拍摄角度1，保证目标点P与地物特征点A₁的连线与地物特征点A₁、B₁的连线相互垂直，获取角度1拍摄的目标影像；

步骤S33，量取目标点P周围且与PA₁在同一垂面上的特征长度，比如目标点P处物体的宽度，利用数学模型①

，其中，

表示特征长度真实值，

表示

对应的像素值，

表示目标点P到特征点A₁、B₁的连线的最短距离，

表示

对应的像素值，求得

；

步骤S34，同理，选择第二个合适的拍摄角度2，重复步骤（2）-（3），利用数学模型②

，其中，

表示特征长度真实值，

表示

对应的像素值，

表示目标点P到特征点A₂、B₂的连线的最短距离，

表示

对应的像素值，求得

；

步骤S35，根据求得的距离值

、

，参照原有地图的比例尺，换算出a、b对应的平面地图上的长度a₀、b₀；

步骤S36，以原有地图上特征点A₁和A₂为参考，根据a₀、b₀确定目标点P的位置，同时添加P点的属性信息，完成平面地图更新。

在本实施例中，利用地面摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，地面摄影测量的有效拍摄距离为2到20米，其中，最优拍摄距离为10到15米。

在本实施例中，利用近景遥感技术完成平面地图元素的几何和属性信息更新之后，作业人员需要以更新后的地图为基础，进行实地调查调绘，实时确认或修改地图元素信息，最终完成原有平面地图的更新工作。

Claims (7)

1.一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征是：利用近景遥感技术获取目标区域的影像信息，其中，近景遥感技术主要包括无人机摄影测量技术和地面摄影测量技术，并确定至少一个明显的特征点，保证特征点在影像中清晰成像；然后通过辅助信息解算特征点和目标点相对位置关系，进而确定目标点和目标对象的位置；随后在平面地图上的目标区域更新目标对象元素，并添加对应的属性信息；最后以更新地图为参考，通过实地调绘的方式验证更新元素的准确性，完成平面地图更新。

2.根据权利要求1所述的一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，平面地图元素主要包括井盖、电线杆、孤立木等目标点和房屋、建筑、大型雕塑等目标物，特征点主要是指能够在不同角度能够看清且容易辨别的地物点。

3.根据权利要求1所述的一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，利用无人机摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法包括：（1）选定待更新区域后，利用无人机正直摄影方式采集目标区域影像，并确定无人机摄影测量的成像比例尺l；（2）以原有地图为参考，确定增加或删除的目标物或目标点P，选定成像清晰且目标物完整的影像M作为研究对象，其中，影像中目标物附近有特征明显的地物或特征点；（3）选择特征点A和B，以过P点分别向AB连线及其垂线方向做垂线，并分别测量垂线段的像素长度a、b，单位为pixel；（4）根据成像比例尺l和像素长度a、b，计算a、b对应的实际距离，随后根据原有地图的比例尺换算出a、b对应的平面地图上的长度a₀、b₀；（5）以原有地图上特征点A和B为参考，根据a₀、b₀确定目标点P的位置，同时添加P点的属性信息，完成平面地图更新。

4.根据权利要求3所述的利用无人机摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，无人机影像的有效成像比例尺l最佳为1：500。

5.根据权利要求1所述的一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，利用地面摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法包括：（1）选定待更新区域后，利用地面摄影测量方式分别从近似垂直的两个不同的角度采集目标区域影像，其中，保证地物特征点和目标点均能够完整成像在影像中；（2）选择合适的拍摄角度1，保证目标点P与地物特征点A₁的连线与地物特征点A₁、B₁的连线相互垂直，获取角度1拍摄的目标影像；（3）量取目标点P周围且与PA₁在同一垂面上的特征长度，比如目标点P处物体的宽度，利用数学模型①

，其中，

表示特征长度真实值，

表示

对应的像素值，

表示目标点P到特征点A₁、B₁的连线的最短距离，

表示

对应的像素值，求得

；（4）同理，选择第二个合适的拍摄角度2，重复步骤（2）-（3），利用数学模型②

，其中，

表示特征长度真实值，

表示

对应的像素值，

表示目标点P到特征点A₂、B₂的连线的最短距离，

表示

对应的像素值，求得

；（5）根据求得的距离值

、

，参照原有地图的比例尺，换算出a、b对应的平面地图上的长度a₀、b₀；（6）以原有地图上特征点A₁和A₂为参考，根据a₀、b₀确定目标点P的位置，同时添加P点的属性信息，完成平面地图更新。

6.根据权利要求1所述的利用地面摄影测量技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，地面摄影测量的有效拍摄距离为2到20米，其中，最优拍摄距离为10到15米。

7.根据权利要求1所述的一种利用近景遥感技术实现平面地图元素快速更新的方法，其特征在于，利用近景遥感技术完成平面地图元素的几何和属性信息更新之后，作业人员需要以更新后的地图为基础，进行实地调查调绘，实时确认或修改地图元素信息，最终完成原有平面地图的更新工作。

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