航空攝影測量與RTK、全站儀聯合測繪地形圖的技巧與分析

于水

(新疆維吾爾自治區有色地質勘查局地球物理探礦隊 烏魯木齊 830011）

1 航片部分

航空攝影測量原理：測繪航空攝影指在航空器（飛機、直升機、飛艇、氣球等）上安裝航空攝影儀，從空中對地球表面進行攝影，簡稱為航空攝影或航攝，并利用光學與數碼相機攝影得到的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質和相互關系的一門科學和技術。航空攝影測量的主要任務是測制各種比例尺的地形圖和攝影地圖、建立地形數據庫，并為各種地理信息系統和土地信息系統提供基礎數據。

2 無棱鏡測距技術原理

無棱鏡全站儀測距方法有兩種：

⑴相位法：使用的是連續信號，通過用不同的頻率來調制載波信號，從而測出發射和接收信號之間的相位差，繼而求出被測距離；

⑵脈沖法：通過用測量時發射和接收信號之間的時間間隔來計算所測的距離，經過多次測量得出平均距離。

兩種測距原理與有棱鏡測距原理相同。

3 GNSS（RTK）定位原理

GNSS（RTK）定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，來確定待測點的位置。

常規的GNSS測量方法，如靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得高精度的結果，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分（Realtimekinematic）方法，是GNSS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

高精度的GNSS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GNSS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不到一秒鐘。移動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態；可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成整周模糊度的搜索求解。在固定整周未知數以后（得到固定解），只要能保持五顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的基準站的數據鏈，移動站便可隨時給出厘米級定位結果。

4 全站儀無棱鏡測距的優缺點

⑴無棱鏡測距對角度測量的精度無顯著影響，激光束到達直角棱鏡表面時，也經表面折射到棱鏡中心的反射面，由于圓棱鏡都有一個常數，所以和棱鏡測量模式下的測量結果相差一個常數。

⑵物體表面的反射能力足夠強，且信號足夠穩定，物體表面的粗糙程度對測量數據的影響并不明顯。除特殊顏色(黑色)外，材料顏色對測距精度的影響不明顯。但顏色越淺，物體的反射信號越強，對測距越有利。

⑶無棱鏡全站儀測距性能可靠，一般情況下，其穩定性與測值精度和儀器的標稱指標相一致。

⑷由于各種因素的影響，激光束的實際光斑可能會比理論光斑大（只有在理想的情況下有可能一樣大），因此，在穿越障礙物測量時，必須有足夠的可視空間，以避免障礙物反射光對測距結果產生影響。

⑸測量物體折角時,實際所得的距離為測站到等效平面的距離，因此，在工程測量中，應盡量避免瞄準折角點，特別是角度非常小的尖角，其測距誤差可能會很大。

⑹免棱鏡反射測距和測量距離關系密切，當測量距離小于10m時，其誤差小于1mm，大于50m時誤差達到1.5mm。

5 RTK的局限性

最主要的局限性其實不在于RTK本身，而是源于整個GNSS系統。如前所述，GNSS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛星發射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛星和GNSS接收機之間視線的障礙物。事實上，存在于GNSS接收機和衛星之間路徑上的任何物體都會對系統的操作產生不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛星信號。因此,GNSS不能在室內使用。同樣原因,GNSS也不能在隧道內或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。GNSS信號的接收在樹林茂密的地區會很差。樹林中有時會有足夠的信號來計算概略位置，但信號清晰度難以達到厘米水平的精確定位。因此，RTK在林區作業有一定的局限性。這并不是說，GNSS-RTK只適用于四周空間開闊的地區。RTK測量在部分障礙的地區也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛星來精確可靠地實現定位。由于現在我國的北斗、美國的GNSS以及gelonas的應用，使RTK測量在任何時間、任何地區，都可能會有7到20顆GNSS衛星用于RTK測量。從而大大提高了RTK的鎖星速度，這樣就大大減弱了地物對RTK的遮擋，在遮擋不是太嚴重的地方都可以做到快速鎖定衛星，大大提高了工作效率。

6 航空攝影測量特點

航空攝影測量解決了大面積成圖問題，但以目前的技術手段一些要求精度質量比較高的還無法滿足要求，一些存在地物遮擋的地區還無法解決。

7 結論

航空攝影測量與RTK、全站儀聯合測繪地形圖可以優劣互補，如果僅用航空攝影測量，現場刺點矯正無法解決，有遮擋地方無法解決；如果僅用全站儀進行數字化測圖,就必須建立圖根控制網,這樣須投入大量的時間、人力、財力;如僅用RTK測圖,可以省去建立圖根控制這個中間環節,節省大量的時間、人力和財力,同時還可以全天侯地觀測。但由于衛星的截止高度角必須大于13°～15°,它在遇到高大建筑物或在樹下時,就很難接收到衛星和無線電信號,也就無法進行測量；如果用航空攝影測量與RTK、全站儀聯合測圖,上述弊端就可以克服。

采用全數字攝影測量工作站（JX-4、航天遠景等）進行立體采集數據，采集時，必須采用空三加密成果導入，恢復立體模型的方法進行作業，對于平地圖幅測繪高程和等高線時，立體像對應由作業員本人采用全野外像控點立體定向，并與外業測繪的GNSS高程點進行校核，解決大面積測圖問題，立體下隱蔽區域與新增地物或個別有技術要求無法滿足的，采用GNSS-RTK與全站儀聯合作業，這樣可以大大加快測量速度,提高工作效率。

綜上所述,采用航空攝影測量與RTK、全站儀聯合進行數字測圖,不僅可以減少作業人員和作業工序,而且可以提高采集數據的速度和質量,從而有效地提高了工作效率。因此,它是一種行之有效的測圖方法。

航空攝影測量與GNSS、全站儀在測量中的聯合應用，使作業員的作業難度減輕，作業效率提高。作業精度也得到了提高，它是測繪領域向前發展的必然，是歷史發展的必然。

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