航測(cè)外業(yè)新方法探索

宗偉麗

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

POS(Positioning and Orientation System)系統(tǒng)是高精度定向定位系統(tǒng)，集全球定位系統(tǒng)(GPS)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)于一體，可以實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)載體的空間位置和姿態(tài)信息，也就是可以獲取攝影瞬間航攝像片曝光點(diǎn)的空間位置和攝影主光軸空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。在開(kāi)展數(shù)碼航空攝影工作時(shí)，通過(guò)GPS載波相位差分定位，獲取航攝儀的位置參數(shù)及慣性測(cè)量單元IMU測(cè)定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，經(jīng)GPS、IMU數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差處理，直接獲取航空攝影瞬間航攝像片的6個(gè)外方位元素。POS系統(tǒng)的問(wèn)世不但給傳統(tǒng)的航測(cè)內(nèi)業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，同時(shí)也給傳統(tǒng)的航測(cè)外業(yè)帶來(lái)了全新的作業(yè)方法，改變了傳統(tǒng)的作業(yè)模式。

1 航測(cè)外業(yè)現(xiàn)狀分析

像控點(diǎn)的選刺和航攝像片的調(diào)繪對(duì)航測(cè)外業(yè)來(lái)說(shuō)是必不可少的兩道作業(yè)工序。像控點(diǎn)的選刺是航攝像片高精度恢復(fù)真實(shí)地理坐標(biāo)的基礎(chǔ)，像片調(diào)繪是航測(cè)地形圖“定性”的依據(jù)，地物的正確定性對(duì)鐵路勘察設(shè)計(jì)方案的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于傳統(tǒng)的航測(cè)外業(yè)作業(yè)而言，像控點(diǎn)的選刺和航攝像片的調(diào)繪都是在紙質(zhì)航片上進(jìn)行的。

1.1 傳統(tǒng)像控點(diǎn)布設(shè)存在的問(wèn)題

像控點(diǎn)的布設(shè)和選刺都受制于航片，從航飛數(shù)據(jù)的后處理到航攝像片的沖洗需要一定的作業(yè)周期，像控點(diǎn)成果不能及時(shí)的提供必然影響航測(cè)內(nèi)業(yè)作業(yè)的順利開(kāi)展。尤其是在鐵路航測(cè)項(xiàng)目中，工期緊任務(wù)重，像控點(diǎn)成果成為了制約航測(cè)內(nèi)業(yè)作業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。此外，傳統(tǒng)的像控點(diǎn)布設(shè)需要人為將單張航片拼接成一個(gè)區(qū)域，以便于選點(diǎn)和測(cè)段接邊。

1.2 傳統(tǒng)航片調(diào)繪存在的問(wèn)題

(1)隨著數(shù)碼航攝儀的問(wèn)世及不斷發(fā)展，目前大部分項(xiàng)目的航飛已采用數(shù)碼航攝儀。相比于傳統(tǒng)航攝儀，在制作相同比例尺地形圖時(shí)數(shù)碼航攝儀的航片比例尺要小很多，不利于地物辨別。

(2)通常情況下，調(diào)繪所用航片需要沖洗一整套，而真正有效利用的航片卻是一小部分，造成了大量航片的沖洗浪費(fèi)。

(3)傳統(tǒng)的調(diào)繪范圍和線位是通過(guò)比對(duì)相應(yīng)圖紙，人為判斷，畫(huà)到單張航片上，這種方式的弊端在于調(diào)繪范圍和線位的準(zhǔn)確性很難保證。

(4)單張航片調(diào)繪時(shí)圖幅較小，圖幅接邊較多，尤其是在跨航線的區(qū)域，圖幅接邊顯得尤為復(fù)雜。

(5)傳統(tǒng)的調(diào)繪需要相關(guān)人員取送資料，造成了人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)，也需要一定的周期，尤其是線位多變，調(diào)繪較多的區(qū)域尤為明顯。

基于傳統(tǒng)航測(cè)外業(yè)中存在的問(wèn)題，本文研究了基于POS系統(tǒng)的航測(cè)外業(yè)新方法，旨在解決以上存在的問(wèn)題。

2 航測(cè)外業(yè)新方法

2.1 基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)

基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)流程如圖1所示。

圖1 基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)流程

基于定點(diǎn)曝光的航線設(shè)計(jì)圖或是基于POS系統(tǒng)的航飛數(shù)據(jù)結(jié)合圖都具有相當(dāng)準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)，將航帶設(shè)計(jì)圖或是航飛數(shù)據(jù)結(jié)合圖導(dǎo)入Google Earth中，航攝像片與地面物體的對(duì)應(yīng)關(guān)系一目了然，在Google Earth中通過(guò)比對(duì)判斷，在適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)像控點(diǎn)，并將像控點(diǎn)布設(shè)的成果提交給外業(yè)刺點(diǎn)使用。基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

圖2 基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)

這種布點(diǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需等待航飛數(shù)據(jù)的后處理和航攝像片的沖洗，縮短了作業(yè)周期，同時(shí)也避免了單張航片的拼接，直接將航飛數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google Earth中，測(cè)段的位置以及測(cè)段與測(cè)段之間的關(guān)系一目了然。考慮到目前網(wǎng)絡(luò)的普及性，把Google Earth中布設(shè)像控點(diǎn)產(chǎn)生的文件提供給外業(yè)，還可以幫助外業(yè)生產(chǎn)組織管理，同時(shí)在完成現(xiàn)場(chǎng)刺點(diǎn)工作后，也可以導(dǎo)入Google Earth中進(jìn)行比對(duì)檢查，避免選點(diǎn)錯(cuò)誤。

這種布點(diǎn)方式的弊端在于Google Earth中影像年份參差不齊，有些區(qū)域影像不具有很強(qiáng)的現(xiàn)勢(shì)性，因此在布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，像控點(diǎn)盡量避免布設(shè)在地物可能發(fā)生變化的區(qū)域。如果刺點(diǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)布設(shè)點(diǎn)位的地物發(fā)生變化，可以在變化地物附近現(xiàn)場(chǎng)選刺明顯地物點(diǎn)，采用手持GPS精確定位，繪制刺點(diǎn)草圖并拍攝刺點(diǎn)點(diǎn)位與周圍地物對(duì)應(yīng)關(guān)系照片，便于內(nèi)業(yè)判斷點(diǎn)位。

2.2 基于DOM的調(diào)繪片制作

基于DOM的調(diào)繪片制作流程如圖3所示。

圖3 基于DOM的調(diào)繪片制作流程圖

在航空攝影時(shí)，POS系統(tǒng)所獲取航攝像片的外方位元素可以直接用于GPS/IMU輔助空三，無(wú)約束平差后自動(dòng)提取DEM。也可利用已有的DEM制作正射影像，通過(guò)正射影像的拼接、正射影像與調(diào)繪輔助資料的套合、正射影像的裁切以及正射影像的色調(diào)調(diào)整等快速制作調(diào)繪片提供給外業(yè)使用，基于DOM的調(diào)繪片制作如圖4所示。

圖4 基于DOM的調(diào)繪片制作

DOM應(yīng)用于調(diào)繪片的制作打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)航片的調(diào)繪模式，解決了數(shù)碼航攝儀航飛比例尺過(guò)小，地物不易識(shí)別的問(wèn)題，可以根據(jù)需要將調(diào)繪片打印成合適的比例尺，不受航攝像片比例尺的制約;打印或是沖洗時(shí)也只需處理有效范圍的數(shù)據(jù)，避免了影像整套沖洗的浪費(fèi);同時(shí)DOM裁切時(shí)可以根據(jù)需要選擇航片的尺寸，盡量處理成小帶狀圖，避免外業(yè)調(diào)繪時(shí)大量的接邊;采用帶有真實(shí)坐標(biāo)的DOM與線位等輔助資料套合，省去了人為轉(zhuǎn)繪線位的麻煩;同時(shí)外業(yè)也可以根據(jù)具體情況選擇打印紙質(zhì)調(diào)繪片調(diào)繪或是使用電子調(diào)繪片調(diào)繪，為外業(yè)調(diào)繪提供了更為便利的手段。

采用DOM制作調(diào)繪片也為航測(cè)中的地形圖編輯工序帶來(lái)便利條件。這種調(diào)繪片制作方法使得調(diào)繪片的形式不再是單一的紙質(zhì)形式，地形圖編輯時(shí)使用電子調(diào)繪片與矢量圖相套合，使得矢量圖與地物的對(duì)應(yīng)關(guān)系更加直觀，以電子調(diào)繪片為底圖可以更方便、更直觀地填充植被，標(biāo)示地名等注記，無(wú)需將紙質(zhì)調(diào)繪片與矢量圖做比對(duì)判斷位置，同時(shí)對(duì)其他地物也會(huì)起到一定的參考作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于Google Earth的像控點(diǎn)布設(shè)和基于DOM的調(diào)繪片制作已經(jīng)在項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐中得到了應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的效果，這種全新的作業(yè)方式與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比優(yōu)勢(shì)凸顯，是一種有效可行的作業(yè)模式，但是這種調(diào)繪方式大部分還是依賴紙質(zhì)調(diào)繪片。隨著技術(shù)的進(jìn)步，調(diào)繪的手段還可以進(jìn)一步改進(jìn):可以利用帶有定位功能的平板電腦直接在DOM上判讀、解譯以實(shí)現(xiàn)電子調(diào)繪，這種電子調(diào)繪的方式有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

［1］TB 10050—2010 鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范［S］

［2］GBT7931—2008 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范［S］