航空攝影測量中控制測量要點探討

林建雄

(甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院，甘肅蘭州 730020)

航空攝影測量是在航空器上安裝航空攝影設備，在空中對地球表面特定區域進行攝影，最終獲得相應比例尺和一定重疊度的影像數據的技術[1]。由于航空影像數據是利用航空器在高空拍攝而形成，生成的地形線極易造成地面點的偏移。同時，由于航空器在飛行過程中容易產生顛簸，導致影像的傾斜，也可造成地面點的偏移。此外，不同區域的地形地貌變化較大，會引起影像數據中所反映的地面點出現一定的偏差。大量研究資料顯示：越是靠近影像邊緣部位的區域，影像的投影差越大；而地形變化大的區域(高程變化大)，其投影差也越大。正是由于投影差的存在，導致地面點在影像上存在偏移，故需要通過控制點進行校正。鑒于此，本文以航空攝影測量中的控制測量方法為研究對象，簡要論述控制測量要點，可為提高航空攝影測量精度提供參考。

1 航空攝影測量概況

航空攝影測量是借助航空器完成影像拍攝的測量方法。根據攝影方式的差異，航空攝影測量分垂直攝影測量和傾斜攝影測量。其中，垂直攝影測量方法是在無人機上搭載垂直方向的攝影相機進行攝影測量，該方法只能獲取垂直方向的影像數據，所以在高大建筑、樹木等遮擋嚴重區域的影像數據中存在大量的“留白”，從而降低了航空攝影測量的總體精度。隨著圖像融合及大數據處理技術的快速發展，在垂直攝影相機上增加了多角度、多方位的攝影相機，實現了從不同方位、角度獲取測繪區影像數據的目的，使得被測量的目標體側面紋理信息反映更加全面，有效地解決了影像數據“留白”問題，從而提高了測量精度，但同時也為圖像融合處理增加了難度。

2 像片控制測量

像片控制測量是航空攝影測量的重要組成部分，是提高測量精度的主要途徑，也是有效消除投影差的主要方法。像片控制測量在測繪區域實地進行，該測量成果可用于空中三角加密測量或目標測繪區域平面坐標、高程坐標的校正。其中，空中三角加密測量是以航空影像數據為基礎，利用像片控制點的三維坐標建立相應的空間關系，從而獲得影像數據中密集點云數據的平面位置、高程以及像片的方位等控制變量。因此，像片控制測量是航空攝影測量的基礎。像控點的布點方式是影響像片控制測量精度的重要因素，其布設應結合測繪區域地形地貌而定。一般來說，布點方式包括全野外布點方式和非全野外布點方式。像片控制測量的工作流程如圖1所示。

圖1 像片控制測量流程示意圖

3 控制測量布點方式選擇

3.1 全野外布點方式

全野外布點方式：顧名思義就是所有的控制點均在野外完成，像片控制點不需要內業加密處理，其結果可直接用于空中三角加密測量或者內業地形圖成圖使用。此布點方式所有的控制點均在野外布設完成，雖然工作量大，但其優點是精度較高，因此全野外布點方式一般用于測量精度要求高的測繪任務中。此外，全野外布點方式的使用條件要求較高，一般宜用于視野開闊且易于聯測的小面積測繪中。如某金屬礦山為了獲取最新的大比例尺地形圖，結合礦區地形地貌變化范圍等，將測繪區域劃分為兩個子區，其像片控制測量的布點方式均可采用全野外布點方式，其具體布點位置如圖2所示。

圖2 某礦山像片控制點布設示意圖

3.2 非全野外布點方式

非全野外布點方式：像片控制點包括野外布設的控制點和室內加密處理的控制點。非全野外布點方式可根據航線數不同分為區域網和單航線兩種類型。前者使用條件限制較少，應用廣泛。

區域網布點一般在平面上按矩形布設。區域網中像片控制點的布設應根據成圖比例尺、測繪區域的地形地貌進行綜合考慮。當測繪區域地形地貌變化較大時，可在凸出部位布設平高點，而在低凹處布設高程點。在地形地貌變化相對較小的區域內，可適當放稀像片控制點；在地形地貌變化較大的區域，可適當加密像片控制點。通常情況下，像片控制點布設密度為2.5點/km2。

4 控制測量要點

4.1 控制點選擇

像片控制點選擇對航空攝影測量精度影響較大，不僅要結合測繪比例尺精度要求，還應與布點方式等緊密結合[1]。在航空攝影測量過程中應注意以下幾個方面內容：①所選擇的像片控制點必須是目標明確的、易于辨識的地物，如田角、房角等的拐角處(圖3)；②像片控制點一般布設在距離像片邊緣1～1.5 cm的范圍內，可有效地降低投影差引起的偏移；③像片控制點可布設在旁向重疊度中線附近，可顯著地提高影像數據的處理精度；④像片控制點一般布設在交通便利且易于保存的位置，目的是方便外業測量，并且能夠實現綜合利用，減少測繪成本，提高控制點的再利用率。

圖3 像控點布設位置示意圖

4.2 像片控制點平面坐標及高程施測

像片控制點可分為平面控制點和高程控制點兩類，測量一般遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，也就是說在航空攝影測量過程中像片控制點的測量先以整體測量為主，再進行局部區域的碎部測量[2]。像片控制點的測量可通過RTK、GPS及全站儀等方式進行，為提高測量效率，可選擇GPS-RTK聯測方式，具有測量精度高、效率高、成本低的優勢。

4.3 像片控制點整飾

像片控制點整飾是成圖的基礎，應注意以下幾點內容：①像片控制點一般選擇在交通便利、易于保存的位置，以易辨識、無爭議的地物點為主；②像片控制點的刺點方式以電子刺點為主，即在航空影像圖中的像片控制點位置處標注1 cm × 1cm十字絲，其十字絲的中心部位與像片控制點位置完全重合，在外圍采用1 cm × 1cm的圓形框框定(圖4)；③像片控制點刺點完成后以圖片的形式保存，便于在后期加密測量中使用。

圖4 像控點刺點示意圖

4.4 像片控制點聯測

像片控制點聯測是在確保測量精度的基礎上，方便快捷地進行測量，它主要以多種方法的聯合測量為主，如RTK-GPS、CORS-RTK、GNSS-RTK等。

像片控制點在聯合測量過程中應注意：①像片控制點的平面坐標或者高程應該以測繪范圍內的基本控制點測量值為起算數據，并采用GPS、全站儀或者GNSS-RTK等方式進行聯測，或者與就近的CORS基站等進行聯測；②像片控制點聯測的各項技術指標必須滿足相應的測量規范要求；③像片控制點聯測結束后，應及時整理聯測成果，編制相應的像控點成果表以及點記錄表[3]。

5 結束語

綜上所述，航空攝影測量技術是以航空器為搭載平臺，集成了圖像融合處理技術、數據處理技術以及動態定位技術于一體的現代化測量技術，通過控制點選擇、像片控制點平面坐標及高程施測、像片控制點整飾、像片控制點聯測等完成測繪。該方法具有成圖快、耗時短、精度高的優勢，廣泛應用在地籍測量、地形測量、工程測量等大范圍測量任務中。隨著數據處理能力的逐漸提高，該技術逐漸應用于礦區大比例尺地形圖測量中，并取得了良好的效果。