广东省地质灾害点三维空间数据采集项目技术设计书.docx
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广东省地质灾害点三维空间数据采集项目技术设计书
广东省重大地质灾害隐患点
三维空间数据采集
技术设计书
广东省重大地质灾害隐患点
三维空间数据采集
技术设计书
任务承担单位（盖章）：
设计负责人：
审核意见：
主要设计人：
审核人：
年月日年月日
批准单位或部门（盖章）：
审批意见：
审批人：
年月日
1.任务概况1
1.1任务来源与目的1
1.2任务区范围1
1.3任务内容2
2.任务区自然地理概况和已有资料情况2
2.1自然地理概况2
2.2已有资料情况2
2.2.1平面控制资料2
2.2.2高程控制资料3
2.2.3图件文档资料3
3.引用文件3
4.成果规格和主要技术指标4
4.1空间参考系4
4.1.1大地坐标系4
4.1.2高程系统4
4.1.3投影和分带4
4.2成图比例尺与地面分辨率4
4.3成果要求5
4.3.1航空摄影成果要求5
4.3.2数字真正射影像精度要求5
4.3.3真三维模型制作精度要求5
5.设计方案6
5.1软硬件环境及其要求6
5.1.1主要硬件6
5.1.2主要软件6
5.2总体技术路线6
5.3航空摄影7
5.3.1航摄基本要求7
5.3.2航线规划设计10
5.3.3航摄具体实施及相关要求11
5.3.4航空影像数据检查及预处理11
5.4像片控制测量12
5.4.1像控点的基本要求12
5.4.2像控点的布设12
5.4.3像控点的刺点与整饰15
5.4.4像控点的测量16
5.5真三维建模生产20
5.5.1自动化空三加密21
5.5.2影像密集匹配22
5.5.3纹理映射22
5.5.4三维成果输出23
5.5.5DSM输出及编辑23
5.6真正射影像图制作24
5.6.1技术路线24
5.6.2工艺流程24
5.6.3作业方法24
5.7质量控制25
5.7.1基本要求25
5.7.2质量管理26
5.7.3生产技术培训26
5.7.4生产质量控制27
5.7.5数据安全、备份或其他特殊的技术要求28
5.8上交资料28
5.8.1上交成果要求28
5.8.2上交成果资料清单29
附件30
附件A：
广东省地质灾害隐患点三维空间数据采集工作点位范围30
附件B：
拟航摄县（区、市）名及行政区划代码表36
附件C：
无人机航摄飞行记录表38
附件D：
航摄鉴定表39
附件E：
实时定位观测记录表40
附件F：
仪器参数及天线高量测方法41
附件G：
GPS静态测量观测记录表42
附件H：
像控点点位信息表（样表）43
附件I：
像控点成果表44
附件J：
元数据45
1.任务概况
1.1任务来源与目的
广东省作为东南沿海地质灾害多发省份，地质环境脆弱，不仅境内多丘陵山地，且局部地区地壳活动频繁；全年湿热多雨，夏季多台风，降雨时间长，降雨强度大。
根据《广东省2015年度地质灾害防治方案》显示，截至2014年底，全省地灾隐患点比2013年净减少963处，新发现隐患点529处；目前共有地灾隐患点8854处，威胁总人口35.39万人。
其中，威胁100人以上地质灾害隐患点569处，威胁1000人以上地质灾害隐患点62处。
因此，面向广东省重大地质灾害隐患的灾前预警、灾中评估与灾后重建等灾害防治与救灾抢险工作的需求，充分利用无人机低空航摄遥感、倾斜摄影等现代地理空间信息获取技术，采集地质灾害隐患及周边地域高分辨率航摄数据，制作地质灾害区域及周边数字三维实景模型，以数字三维的形式真实还原实地景观，是实现重大地质灾害隐患点进行信息化管理的必经之路。
为了更好的管理好我省的地质灾害隐患点，广东省国土资源厅选择100个重大地质灾害隐患点进行高精度三维模型制作试点。
根据公开招标结果，由广东省国土资源测绘院和浙江国遥地理信息技术有限公司共同完成试点区域的三维空间数据采集任务，任务区具体分布见图1，点位具体范围见附件A。
为指导生产作业、规范要求，保质保量完成广东省重大地质灾害隐患点三维空间数据采集任务，结合任务区实际情况，特编写本技术设计书。
1.2任务区范围
图1任务区分布图
1.3任务内容
采用数字航空摄影技术获取分布在广东省100个重大地质灾害隐患点的数字航空影像（每个隐患点摄影范围约1平方千米），结合像片控制测量，利用数据后处理软件，制作具有真实地理坐标的三维模型。
具体点位及项目范围分布见附件A。
2.任务区自然地理概况和已有资料情况
2.1自然地理概况
广东省地处中国大陆最南部。
东邻福建，北接江西、湖南，西连广西，南临南海，珠江口东西两侧分别与香港、澳门特别行政区接壤，西南部雷州半岛隔琼州海峡与海南省相望。
全省陆地面积17.98万平方千米，约占全国陆地面积的1.85%；其中岛屿面积1592.7平方千米，约占全省陆地面积的0.89%。
广东省地貌类型复杂多样，有山地、丘陵、台地和平原，其面积分别占全省土地总面积的33.7%、24.9%、14.2%和21.7%，河流和湖泊等只占全省土地总面积的5.5%。
地势总体北高南低，北部多为山地和高丘陵，最高峰石坑崆海拔1902米，位于阳山、乳源与湖南省的交界处；南部则为平原和台地。
广东属于东亚季风区，从北向南分别为中亚热带、南亚热带和热带气候，是全国光、热和水资源最丰富的地区之一。
从北向南，年平均日照时数由不足1500小时增加到2300小时以上，年太阳总辐射量在4200～5400兆焦耳/平方米之间，年平均气温约为19℃～24℃。
全省平均日照时数为1745.8小时、年平均气温22.3℃。
1月平均气温约为16℃～19℃，7月平均气温约为28℃～29℃。
广东年平均降水量在1300～2500毫米之间，全省平均为1777毫米。
广东地貌复杂，气候多变，水网纵横，摄区多为城区/开发区，多为丘陵，周边有部分为山地等特点给项目的实施带来了一定的困难。
2.2已有资料情况
2.2.1平面控制资料
广东省连续运行卫星定位服务系统（GuangdongContinuousOperationalReferenceSystem，简称GDCORS），可提供本项目平面控制起算，同时具有2000国家大地坐标系成果（广东省2000国家大地坐标框架建立的成果）。
2.2.2高程控制资料
广东省似大地水准面精化模型，可用于本项目高程异常内插计算。
2.2.3图件文档资料
广东省基础地理信息数据库的1:
10000地形图数据、1:
10000数字正射影像图，广东省第一次全国地理国情普查数字正射影像（1:
5000），大比例尺测绘的地质灾害隐患点表，可作为本项目航摄设计和像片控制测量设计的参考资料。
主要图件文档资料清单表数据如表1：
表1主要图件文档资料清单表
序号
名称
范围
1
重大地灾隐患点坐标
全省100个重大地灾隐患点经纬度
2
1:
10000地形图
广东省基础地理信息数据，覆盖计划倾斜摄影区域
3
1:
10000数字正射影像图
广东省基础地理信息数据，覆盖计划倾斜摄影区域
4
1:
5000数字正射影像
广东省第一次全国地理国情普查成果，覆盖计划倾斜摄影区域
3.引用文件
[1]《低空数字航空摄影规范》（CH/Z3005-2010）；
[2]《无人机航摄系统技术要求》（CH/Z3002－2010）；
[3]《低空数字航空摄影测量外业规范》（CH/Z3004-2010）；
[4]《数字航空摄影测量控制测量规范》（CH/T3006-2011）；
[5]《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009-2010）；
[6]《卫星定位城市测量技术规范》（CJJ/T73—2010）；
[7]《低空数字航空摄影测量内业规范》（CH/Z3003-2010）；
[8]《数字航空摄影测量空中三角测量规范》（GB/T23236-2009）；
[9]《数字航空摄影测量测图规范第1部分：
1:
5001:
10001:
2000数字高程模型数字正射影像图数字线划图》（CH/T3007.1-2011）；
[10]《基础地理信息数字成果1:
500、1:
1000、1:
2000数字正射影像图》（CH/T9008.3-2010）；
[11]《数字表面模型航空摄影测量生产技术规程》（CH/T3012-2014）；
[12]《三维地理信息模型数据产品规范》（CH/T9015-2012）；
[13]《三维地理信息模型生产规范》（CH/T9016-2012）；
[14]《国家基本比例尺地形图分幅和编号》（GB/T13989-2012）；
[15]《中华人民共和国行政区划代码》（GB/T2260）；
[16]《测绘成果质量检查与验收》（GB/T24356-2009）；
[17]《数字测绘成果质量检查与验收》（GB/T18316-2008）；
[18]《影像控制测量成果质量检验技术规程》（CH/T1024-2011）；
[19]《数字正射影像图质量检验技术规定》（CH/T1027-2012）；
[20]《三维地理信息模型数据产品质量检查与验收》（CH/T9024-2014）；
[21]《航空摄影成果质量检验技术规程第2部分：
数字航空摄影》（CH/T1029.2-2014）；
[22]《测绘技术设计规定》（CH/T1004-2005）；
[23]《测绘技术总结编写规定》（CH/T1001-2005）；
[24]《测绘作业人员安全规范》（CH1016-2008）；
[25]《无人机航摄安全作业基本要求》（CH/Z3001－2010）；
4.成果规格和主要技术指标
4.1空间参考系
4.1.1大地坐标系
采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）。
4.1.2高程系统
采用1985国家高程基准，高程系统为正常高。
4.1.3投影和分带
采用高斯-克吕格投影,3度分带，中央子午线为东经111°、114°及117。
坐标纵轴向西平移500千米，横坐标加带号。
4.2成图比例尺与采样间隔
成图比例尺为1∶2000。
数字真正射影像图采样间隔为0.1米。
4.3成果要求
4.3.1航空摄影成果要求
1、影像的地面分辨率优于0.10米。
2、原始航空影像数据格式为JPG格式。
3、影像应清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和；应能辨认出地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。
4、影像上不应有云、云影、烟、大面积反光（水域除外）、污点等缺陷。
5、确保因飞机地速的影响，在曝光瞬间造成的像点位移一般不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。
4.3.2数字真正射影像精度要求
1、数字真正射影像图地面分辨率应满足表2的规定，明显地物点中误差不应大于表2的规定。
表2数字真正射影像图地面分辨率及平面位置精度
地面分辨率（米）
地形类别
平地、丘陵地
山地、高山地
0.1
点位中误差（米）
1.2
1.6
注：
阴影、水体、森林、隐蔽等特殊困难地区的平面中误差可放宽0.5倍，最大误差为2倍中误差。
2、数字真正射影像图采用24位RGB彩色模式，无数据区域RGB值采用（0，0,0）表示。
3、整个图幅内的影像都应反差适中，色调均匀，纹理清晰，层次丰富，无明显失真，灰色直方图一般呈正态分布。
相邻图幅间不应存在明显色调差异。
4、图面无影像缺损（如影像纹理不清、噪声、影像模糊、影像扭曲、错开、裂缝、漏洞、污点、划痕等）而造成无法判读影像信息和精度的损失。
4.3.3三维模型制作精度要求
1、三维模型平面精度应满足1:
2000的精度要求：
模型的平面精度≤±0.6m，模型的高程精度≤±1m。
建筑物模型的高度与平面尺寸应于实际保持一致的比例，建筑物模型高度误差不超过10%，最大不得超过2m。
2、三维模型是根据倾斜影像匹配确定体块构模而成，地形、建筑物等模型一体化表示，模型的纹理以航摄仪获取的航空影像表现。
3、建筑物三维体块模型应完整，位置准确、具有现势性，应于获取的航空影像表现一致。
4、建筑物三维体块模型应精准反映房屋屋顶及外轮廓的基本特征。
在300m视点高度下浏览模型，模型没有明显的拉伸变形或纹理漏洞，不存在贴图模糊与拉伸变形、则视为合格。
当所在区域建筑物较为密集或建筑物较高、存在相互遮挡时造成无法获取遮挡部分建筑物的侧视纹理，相应模型无法表现其全部细节，允许出现些许的拉伸变形。
5.设计方案
5.1软硬件环境及其要求
所有投入生产的测量和计量设备，均应按相应要求检定合格，并在有效期内使用。
5.1.1主要硬件
航空摄影：
主要采用青蜓多旋翼无人机航摄系统，搭载1.8亿像素倾斜摄影相机；其它能满足测绘要求的多旋翼无人机及倾斜航摄系统亦可。
像片控制测量：
双频GPS接收机、网络RTK接收机。
影像处理：
高性能计算机（配备Intel高性能处理器，4G以上内存和NVIDIA高性能图形处理卡，以及3D显示器等）。
5.1.2主要软件
航空摄影：
地面站软件，航摄质量检查软件等。
像片控制测量：
TrimbleGeomaticsOffice（TGO）、TrimbleBusinessCenter（TBC）、LEICAGeoOffice（LGO）等基线解算软件及GDCORS解算软件。
空中三角测量：
EV-Modeling、Inpho等。
数字真正射影像图制作：
EV-Modeling、Smart3DCapture、PhotoMesh、GeoDodging、ERDAS、Photoshop等。
三维模型制作：
EV-Modeling、Smart3DCapture、PhotoMesh等。
数据检查：
ArcGIS、EV-Modeling、Smart3DCaptureViewer等。
5.2总体技术路线
通过无人机数字航空摄影获取测区的高分辨率航空影像，野外实测一定数量的地面控制点进行空中三角测量获取航空影像精确外方位元素，建立立体模型，利用影像匹配技术生成数字表面模型，对航空影像进行微分纠正和映射纹理，生成真三维模型和真正射影像。
本项目主要采用软件为EV-Modeling，整个作业流程如图2所示。
图2生产作业流程
5.3航空摄影
5.3.1航摄基本要求
5.3.1.1技术要求
（1）像片重叠度要求
航摄分区尽量按照地形特征进行，最低点地面分辨率不能低于0.1米。
航向重叠度一般应为75%～90%，旁向重叠度一般应为70%～80%。
（2）摄区边界覆盖保证
航向覆盖超出摄区边界线应不少于两条基线。
旁向覆盖超出摄区边界线一般应不少于像幅的50%；在便于施测像片控制点及不影响内业正常加密时，旁向覆盖超出摄区边界线应不少于像幅的30%。
（3）航高保持
同一航线上相邻像片的航高差一般不应大于30米，最大航高与最小航高之差一般不应大于50米，实际航高与设计航高之差一般不应大于50米。
（4）漏洞补摄
航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时补摄，应采用前一次航摄飞行的数码相机补摄，补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基线。
（5）影像质量
影像应清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和；应能辨认出地面分辨率相适应的细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。
影像上不应有云、云影、烟、大面积反光（水域除外）、污点等缺陷。
确保因飞机地速的影响，在曝光瞬间造成的像点位移一般不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。
（6）下视影像像片倾角一般不大于2°，像片旋偏角一般不大于7°（且不得连续三片），航线弯曲度不大于1.5%。
5.3.1.2飞行平台选择
本项目主要采用青蜓多旋翼无人机作为航摄系统的飞行承载平台，该飞行平台具有方便快捷、易于起降、航摄成本低等一系列优点。
其他满足测绘要求的无人机亦可作为飞行承载平台。
青蜓多旋翼无人机：
690mm轴距，45分钟飞行时长（含最大任务载荷），双系统快速切换。
具体参数见表3。
表3青蜓多旋翼无人机参数
飞机轴距
690mm
飞机结构
X4
飞机时长
45min（最大载荷）
飞机总重
小于4.0kg（含电池、载荷）
飞机升限
1500m
控制半径
10KM
巡航速度
不小于6m/s
升降速度
5m/s
5.3.1.3航摄仪
本项目主要采用的倾斜摄影传感器：
单相机3600万像素，传感器总共1.8亿像素，仅重500克；单架次获取0.3-1.0平方千米地面分辨率8cm的倾斜摄影影像数据。
航摄仪具体参数见表4。
其他满足测绘要求的倾斜航摄仪亦可。
表4航摄仪参数
重量
500g
影像数据读取
高速SD卡存储，miniUSB接口统一读取
最小曝光间隔
28mm
最大影像分辨率
2cm
总像素
1.8亿
倾斜相机角度
30°
侧视镜头倾斜角
40°
光圈
2.4
存储器总容量
64G
垂直相机焦距
8mm
使用温度
-10℃~+40℃
倾斜相机焦距
8mm
曝光方式
GPS定点曝光
同步
同步记录点曝光点POS信息、GPS信息
5.3.1.4航摄时间选择
航摄影像的成图质量对航摄飞行的时间有一定的要求，在规定的航摄期限内，应选择地表植被及其它覆盖物（如洪水等）对成图影响较小、云雾少、无扬尘（沙）、大气透明度好的时间进行摄影。
航摄时既要确保具有足够的光照度，又要避免过大的阴影。
航摄时间一般应根据表5中规定的航摄区太阳高度角和阴影倍数确定。
表5航摄区太阳高度角和阴影倍数
地形类别
太阳高度角/°
阴影倍数/倍
平地
＞20
＜3
丘陵地和一般城镇
＞25
＜2.1
山地和大、中城市
≥40
≤1.2
高差特大的陡峭山区和高层建筑物密集的大城市
限在当地正午前后各一小时进行摄影
＜1
5.3.2航线规划设计
航线规划设计按照相关要求执行，同时根据每个灾害隐患点的地形环境，分析摄区内山区、丘陵的形状与空间分布特征，为各航摄分区进行航线敷设，航线设计时严格按相关规范要求落实，确保目标的全覆盖。
选取广东省一个重大地质灾害隐患点进行航线规划设计示意（每个隐患点摄影范围约1平方千米）。
此隐患点按设计有3个架次，16条航线，飞行时长约79分钟。
航线示例及飞行计划图如图3。
图3飞行计划
5.3.3航摄具体实施及相关要求
（1）了解掌握气象条件，做好飞行前各项准备工作。
进入航摄任务实施后，作业组需及时了解掌握摄区气象条件，为飞行安排及时提供依据。
作业组在航摄实施前，应认真检查飞行器，提前做好飞机保养工作，按照设备清单检查清点所携带的设备、仪器等，并完成设备交接和设备充电。
（2）航飞作业
按照作业计划，作业组应充分组织好飞行前的地面准备工作。
包括：
组装飞机、调试相机，仔细检查飞机的各项参数指标是否正常，并做好记录，确保飞行安全；作业员针对当日天气状况、光照情况设定好相机参数，并完成相机安装和调试工作，并反复检查确认。
地面准备工作完成后，执行航飞任务。
（3）作业监控
执行任务的无人机升空后，地面监控人员应实时监控无人机工作情况，了解作业进度、飞行速度、仪器设备工作是否正常等。
作业期间，作业人员应时刻保持对气象环境的观察，当地面风速、风向变化较大或天气突变时，根据着陆条件要求及时作出是否返航着陆的处置。
（4）数据整理及质量检查
无人机返航着陆后，有序地组织拆卸设备。
作业人员应及时对数据进行备份整理并完成数据的初检工作，对数据质量不符合要求的应做好补摄或重飞准备。
（5）注意事项及相关要求
Ø严格组织，安全为重，认真仔细，注重细节。
Ø遵守低空航空飞行相关规范要求，令行禁止。
Ø严格落实航摄相关要求，严格按照操作规程作业。
Ø做好安全预案，熟悉处置流程，防范未然。
Ø准确、及时、详细地做好航空摄影实施过程中的各项记录，以备项目查验使用。
5.3.4航空影像数据检查及预处理
5.3.4.1数据检查
根据项目要求，检查航空影像数据是否满足项目生产要求。
本次项目航空摄影数据要求如下：
Ø地面分辨率优于0.10米。
Ø影像像点位移不大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。
Ø通过目视观察，影像质量应确保影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致。
有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足三维模型数据生产要求。
Ø重叠度、摄区覆盖、航高保持等满足航摄基本要求。
5.3.4.2数据预处理
影像数据符合生产要求的前提下，对数据进行整理编号处理。
编号要求：
影像数据编号由县（区、市）字母代码（3位字母）、分区/架次（2位数字，不足的前面补0）、相机编号（A、B、C、D、E）和航片流水号（4位数字，不足的前面补0）共十位组成。
县（区、市）字母代码，为县（区、市）行政区划字母代码，具体见附件B；分区/架次由设计分区或实际飞行架次编号，范围为：
00~99；航片流水号编号范围：
0001-9999。
如HPY01A0023表示和平县第1分区（架次）A相机第23张片。
同一航摄分区的相同位置相机影像编号不允许重复。
5.4像片控制测量
无人机航摄获取的影像相幅小、像片数多，进行数字刺点。
利用简单镶嵌的摄区影像图查看摄区大致情况，选取合乎要求的控制点。
5.4.1像控点的基本要求
5.4.1.1基本精度要求
像控点相对于邻近基础控制点的平面位置中误差要求：
平地、丘陵地不应超过±0.24米，山地、高山地不应超过±0.32米。
像控点相对于邻近基础控制点的高程中误差要求：
平地、丘陵地不应超过±0.1米，山地、高山地不应超过±0.2米。
5.4.1.2成果取位要求
像控点的平面坐标和高程均精确到0.01米。
5.4.2像控点的布设
5.4.2.1像控点的分类和编号
本项目像控点统一布设成平高控制点，简称平高点。
像控点编号由县（区、市）行政区划字母代码、像控点类型代码和像控点顺序号共七位组成，如图4所示：
图4像控点编号
其中：
“字母代码”3位，为县（区、市）行政区划字母码，详见附件B；“像控点类型代码”1位，像控点为“P”、检查点为“J”、备用点为“B”；“像控点顺序号”3位，不足3位的其前加数字“0”，由西向东、从北向南编号；像控点、检查点、备用点顺序号范围：
001-999。
如HDUP010表示花都区第10号像控点、PNYJ211表示番禺区第211号检查点。
5.4.2.2像控点的布设方案
（1）像控点采用区域网布点方案。
像控点在航线方向的跨度一般为12条基线，旁向跨度一般为5条航线，个别困难地区在保证数字真正射影像图成图精度情况下可适当放宽。
（2）每个隐患点测区内至少布设4个检查点用于空中三角测量检查。
（3）区域网的图形宜呈矩形。
当受地形等条件限制时，可采用不规则区域网布点，在凹角转折处或凸角转折处应布设像控点。
（4）当遇到像主点、标准点位落水，水滨和岛屿地区等特殊情况，不能按正常情况布设像控点时，视具体情况以满足空中三角测量和成图要求为原则布设像控点，点位在像片上的条件可适当放宽。
（5）两航摄分区使用同一航摄仪，航向重叠正
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