GPS輔助航空攝影測量在水利水電工程中的應用

孔維旺

摘要：隨著現代科技的發展，各種高科技測繪產品和測繪技術已應用于各類測繪工程，為測繪事業的發展做出巨大貢獻。遙感測繪技術就是其中之一，尤其以航空攝影測量（以下簡稱“航測”）技術最為突出。水利水電工程多在峽谷水域開展，且對工期要求越來越緊張，傳統測量技術已很難滿足水利水電工程設計階段地形圖測繪需求，航測技術就可以完美的解決此難題，本論述通過航測技術在《古爾圖河山區河段規劃建設工程》中的應用為例，論述航測的現實意義。關鍵詞：航空攝影測量;水利水電工程;古爾圖河;GPS輔助空中三角測量

中圖分類號：P231.2???????????? 文獻標志碼：A

1航空攝影測量的定義及發展意義

1.1航空攝影測量

航空攝影測量是利用航空平臺搭載攝影儀，從空中對地表進行攝影，按照測區范圍、設計比例尺和重疊度形成地表影像的技術，簡稱航測。航測工作的實施一般包含航測計劃制訂、飛行申請、空中攝影、影像處理、立體采集、地形圖編繪、質量檢查。

航測工作開展前，首先，依據“規范”編寫項目技術設計書;其次，制訂航測計劃，根據測圖范圍、地形地貌等，確定航測分區、航測基準面以及航線敷設方式。

為了測繪地形圖以及獲取地面信息的需要，空中攝影要按航測計劃的要求進行，并確保獲得完整的立體覆蓋和航測影像的質量。

1.2航空攝影測量發展的意義

隨著測繪事業的發展和需求，大比例尺航測成圖技術的應用在測繪工程中得到快速的推廣和應用，在工程建設和城市規劃及重大設施的設計與建設中起到了積極作用。航測技術已逐步取代傳統測量方法，成為現代測繪的主流技術，對測繪行業的發展具有重要意義。

2航測技術的應用

2.1測區自然地理概況

為保障《古爾圖河山區河段規劃建設工程》設計需求，開展“古爾圖河山區河段數字航空攝影測量”任務，項目位于古爾圖鎮西南約20 km，距離烏蘇市約90 km 的準噶爾盆地南緣。本項目涉及河段山高溝深，河床斷面接近“V”型，地形及其復雜，測繪難度極大，常規測量手段無法實施，為保證本項目按期完成，采用航測技術。

2.2航空攝影

2.2.1作業流程

（1）根據測圖范圍劃分航區

本工程測圖范圍為沿古爾圖新渠首上游的河道，長約23 km，測繪范圍為此段河道中泓線兩側各1 km 范圍內的地形圖。根據河道的走向，劃分了6個航攝分區。依據分區地形起伏、飛行安全條件等確定分區基準面高度，以分區內具代表性的高點平均高程與低點平均高程之和的1/2求得。

本測區呈帶狀分布，寬度為2 km，每個航區設計1條航線即可滿足測圖需求，航線設計參數計算見表1所列，航線設計示意圖如圖1所示。

（2）航攝儀的選擇

由于該測區地形為高山地，高差較大，采用同一主距（82.2 mm）的 SWDC-4數字航攝儀完成此次航攝任務。SWDC相關技術指標見表2所列。

（3）飛行質量

飛行質量按以下原則執行：

像片重疊度：航向重疊度應大于53%，且其相鄰像對的航向重疊度大于58%，旁向重疊度大于13%，且不得連續出現。

像片旋偏角：1∶2000測圖旋偏角最大為15°，在同一航線上連續達到最大旋偏角的像片數應小于三片，在一個攝區內最大旋偏角的數量不得大于像片總數的4%。

航線彎曲度：應小于1%。

航高：同一航線上相鄰像片的航高差應小于30 m，最大航高與最小航高之差應小于50 m。

（4）影像質量

在保證足夠曝光量的情況下，為了減小像點位移、鏡頭漸暈的影響，提高影像的信噪比，應綜合考慮航攝時的氣象條件、航高等因素，選擇最佳的曝光參數。一般情況下，可以按照下述順序進行設置：足夠短的曝光時間滿足像點位移限制;適當縮小光圈以減小漸暈和增加景深。

2.2.2地面分辨率（GSD）的確定

為滿足古爾圖河山區河段1∶2000比例尺地形圖測量的精度要求，確定地面分辨率為0.17 m。

2.2.3實施方案

本次數字航空攝影采用基于GPS輔助空中三角測量技術的攝影方案，GPS輔助空中三角測量流程如圖2所示。

（1）定位系統

航攝定位系統，配置Trimble 5700 GPS、高性能穩定計算機。飛機機艙頂部安裝GPS天線，前置放大器和天線電纜連接后安置在機艙內，并與機艙內的 GPS 接收機進行連接。

（2）航攝飛行

為了保證 GPS數據的質量，在航攝飛行中盡量保持飛機姿態的平穩，轉彎半徑要大，飛機傾斜角不得大于5°，以防止GPS信號失鎖。

（3）影像數據處理

影像數據處理主要包括畸變差改正、勻光處理、影像拼接、勻色處理等，通過處理得到SWDC-4數字航攝儀航測成果，作為后續內業航測數字化成圖的基礎數據。

畸變差改正：依據像機檢校結果，利用畸變差改正軟件，進行畸變差改正，得到無畸變差的航攝影像。

勻光處理：由于光照不均勻等原因，像片通常存在漸暈、色差等多種形式影像灰階不均，應用 DUX勻光軟件可對其進行消除。

影像拼接：應用虛擬中心投影影像拼接軟件，把成對的上下兩個或四象限位置的四個同名曝光點的影像拼接成一個虛擬中心投影影像，以滿足數字攝影測量系統的采集要求。

勻色處理：為了保持整個攝區影像色彩的協調一致，影像拼接完成后，需對攝區內影像進行勻色處理。采用 Photoshop 軟件的曲線調整方式調整單幀影像的顏色、亮度等參數，以航帶為單位，按相鄰影像重疊區域進行色彩一致性調整。

（4）攝站點坐標解算

機載Trimble 5700 GPS采集的原始觀測數據為T01文件，通過軟件轉換為dat文件。

通過GPS概略處理，能夠將GPS原始觀測dat文件轉換為統一數據格式（Rinex）的O文件和N文件，并分離出觸發事件（Event）TXT 文件，為 GPS 數據精處理（PPP解算）和Mark點內插做數據準備。

應用Trip 軟件，采用精密單點定位技術進行 GPS 數據處理，得到攝站點坐標文件。

2.3像片控制測量

2.3.1像控點的布設及選刺

像控點采用每隔12～15條基線布設一對平高點，野外控制點應以判點為主，刺點為輔，平高控制點的實地判點精度為圖上0.1 mm，點位目標應選在地面高程變化較小，影像清晰的明顯地物上，宜選在交角良好的細小線狀地物交點、明顯地物折角頂點。

2.3.2像控點的測量精度

1∶2000地形圖像片平高控制點相對于鄰近基礎控制點的平面位置中誤差不得超過相應比例尺地形圖地物點平面位置中誤差的1/5。高程中誤差不的超過相應等級地形圖基本等高距的1/10。

2.3.3像控點的平面、高程測量

平面和高程測量主要采用單基準站 RTK 測量、 GPS靜態測量技術施測。

山體陡峻、溝谷縱橫人員行進困難處可采用交會法實測，山地、高山地交會邊長不應大于圖上800 mm （即：1.6 km）;前方交會應采用3組圖形計算，3組點位坐標較差不應超過圖上±0.3 mm（即：±0.6 m），高程較差不應超過圖上±0.5 mm（即：±1.0 m）。各交會點的交會角不應小于30°或大于150°，交會起算點不能在一條直線附近。

2.4航測內業

2.4.1作業方法及基本要求

（1）空中三角測量采用Geolord—AT 自動空中三角測量軟件進行量測并整體平差，空三作業各項限差按“航內規范”規定執行。

（2）定向限差要求見表3所列。

2.4.2數字線劃圖（DLG）數據生產

（1）技術路線與作業流程

采用全數字攝影測量工作站JX4-G進行立體測圖數據的采集;采用Cmap地形圖編輯軟件進行DLG采集數據要素的圖形編輯。數字線劃圖（DLG）數據生產流程如圖3所示。

（2）地物要素的表示與取舍

地物要素表示與取舍應以滿足用圖需要為前提，以要素重要程度，圖面載負量，以及保持實地特征、兼顧地域特點為原則。表示與取舍應符合“圖式”的有關規定。

（3）數據采集基本要求

立體模型的測圖范圍不應超出該模型測圖定向點連線外1 cm，且離像片邊緣不小于1.5 cm。自由圖邊的圖上應測出圖廓外1 cm。立體測圖對能夠準確判讀的地物、地貌要素，應全部采集，對不能準確判讀的要素（包括隱蔽地區、陰影部分和小的獨立地物）應盡量采集，并做出標記，由調繪確認。

（4）線劃圖（DLG）內業后期編輯作業

圖形編輯采用 CMAP地圖編輯軟件，其圖件文件為DWG格式。圖形編輯在航測內業采集數據源及外業調繪的各類信息的基礎上進行。各種注記的大小、層、色、線寬按相應要求進行。在編輯過程中，要做到符號規范、地物、地貌關系恰當、合理，各要素的關系協調。

（5）立體量測數據其他要求

內業成圖過程中如果立體模型存在變形和視差，會導致測圖時模型與模型接邊處等高線接邊差較大。凡遇上述情況時在認真檢查模型定向的基礎上以模型控制點連線定義作業區范圍，按規范的要求嚴禁超描作業并對模型與模型接邊處等高線接邊差較大處進行過渡，測圖時，曲線繪制按周圍地勢整體考慮，即忽略變形處。

地物一般采用判讀法測繪，地物的性質、數量以調繪為準，位置形狀以模型為準，避免出現錯漏、位移、變形。如遇調繪片與模型嚴重不符時，由外業有關人員確認后，內業可根據外業意見測繪地物、地貌。

（6）圖形數據編輯

依照要素選取原則對數據進行編輯，做到不失真、主次有別、層次分明，要素不得重復數字化，全面檢查和修改各類定位錯誤、遺漏、拓撲錯誤、圖層錯誤、屬性錯誤、要素關系錯誤、幾何圖形問題等錯、漏現象。

2.5地形圖數學精度檢測

對地形圖分幅圖按比例抽樣進行外業檢測。測區范圍內檢測圖幅均勻分布，檢測點每幅圖內20～50點，外業檢測采用RTK技術進行，形成外業檢測點三維坐標數據文件，作精度統計。因本測區規則地物極為稀少，平面精度檢測條件不足，只對高程精度進行檢測，經檢測地形圖圖幅內等高線高程中誤差為：±0.7 m ，小于規范限差±2.0 m 的要求，由精度可以看出地形圖數學精度良好，成果可靠，最后輸出地形圖提供設計人員使用。

3結束語

本論述是基于航空攝影測量技術，在古爾圖河山區河段規劃建設工程中地形圖的測繪工作中的應用，論述航空攝影測量技術的特點及現實應用。

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