無地面基站機載GNSS 輔助航攝技術在DLG生產中的應用

嚴亞敏

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

陜西省東莊水庫供水工程涉及陜西省關中地區西安、銅川、咸陽和渭南4 個地級市的18 個縣（區）,供水對象包含農業灌溉、城鎮及工業園區、石川河生態補水三類共10 項；農業灌溉為涇惠渠灌區145.3 萬畝農灌；城鎮及工業園供水包括銅川新區、西咸新區（渭北的空港、秦漢、涇河三個新城）、三原縣城、富平縣城及其莊里、深陜工業區共8 個供水對象；生態補水為石川河河道。根據批復,設計年供水量4.35 億m3。

供水工程包括北線工程、中線工程和南線工程3 部分,線路長約150 km,平均測圖寬度約1.2 km,線路及各處建筑物測圖面積約180 km2,采用常規無人機數字低空攝影技術需要布設大量的像控點；同時大部分線路位于渭北地區,山川塬交錯、溝梁峁縱橫,像控點測量難度大,工期長。

本項目利用CW-25E 與飛思可量測相機（PhaseOne IXURS 1000）集成航攝系統,采用無地面基站機載GNSS 輔助航攝技術及“構架航線”像控點布設方法,極大地減少了像控點的布設數量和難度,高效保質保量地完成了陜西省東莊水庫供水工程1∶1000 數字線劃圖（DLG）生產。該技術主要是利用安裝在航攝飛機上與航攝儀固連的GNSS 差分模塊,連續接受GNSS 衛星信號及航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖信號,控制相機曝光時間并記錄像片pos 數據,經GNSS 載波相位測量動態定位技術的數據后處理獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標,然后將其視為帶權觀測值引入攝影測量區域平差中,逐條航線進行航攝漂移誤差改正,采用統一的數學模型來整體確定地面目標點和像片方位元素[1]。該技術的主要優勢：僅需在測圖航線與構架航線交叉處各布設一個平高控制點,大量減少空三加密計算對地面像控點數量的需求,增加了像控點布設的靈活性,節約了設備和人力的投入成本。

1 航攝系統集成

使用CW-25E 無人機作為飛行平臺,在任務倉中安裝三軸云臺和GNSS 差分模塊,將飛思相機（IXU-RS 1000）安置在三軸云臺上,完成航攝系統集成[2]。GNSS 差分模塊用于控制相機曝光時間并記錄像片pos 數據。CW-25E 無人機性能參數見表1。PhaseOne IXU-RS 1000 相機性能參數見表2。

表1 CW-25E 無人機性能參數

表2 PhaseOne IXU-RS 1000 相機性能參數

2 航線及像控點布設

本項目測圖比例尺為1∶1000,地面分辨率應優于0.1 m。依照測區的地形條件,本項目共分24 個攝區,測圖航線航向覆蓋應超出攝區邊界線不少于兩條基線（3 片）、旁向覆蓋應超出攝區邊界線不少于像幅的30%,航向重疊度大于70%,旁向重疊度大于40%。采用區域網布點法。

2.1 常規航線及像控點布設方法

根據《低空數字航攝與數據處理規范》（GB/T 39612-2020）規定：

（1）無GNSS 或IMU/GNSS 輔助航攝情況下,航向相鄰控制點的基線跨度一般不應超過4 條基線,旁向相鄰控制點的基線跨度一般不應超過3 條基線。經計算,航向基線長度157 m,旁向航線間距418 m,即航向每間隔約628 m 布設1 個像控點,旁向每間隔約1254 m 布設1 個像控點,全線需布設像控點約500 點,布設檢查點約125 點。

（2）GNSS 或IMU/GNSS 輔助航攝情況下,航向相鄰控制點的基線跨度一般不應超過15 條基線,旁向相鄰控制點的基線跨度一般不應超過6 條基線,即航向每間隔約2355 m 布設1 個像控點,旁向每間隔約2508 m 布設1 個像控點,全線需布設像控點約125 點,布設檢查點約32 點。

2.2 無地面基站機載GNSS 輔助航攝技術及“構架航線”像控點布設方法

（1）航線布設

在每個攝區分別布設測圖航線和構架航線,為便于像控點布設,構架航線可任意布設,但與測圖航線必需立體交叉覆蓋。

（2）像控點布設

像控點布設在測圖航線與構架航線交叉處約50 m 范圍內[3],相鄰攝區間的像控點和構架航線可根據地形條件共用。該方法像控點間距在旁向及航向均可達到20 km,本項目布設18 個像控點即可。由于航攝空域航高限制,相對航高較低；同時該項目為線狀供水工程且分批實施航攝,本測區實際布設平高像控點及檢查點99 個,像控點最大航向間距16 km。像控點布設方法與分區及測區航線見圖1。

圖1 分區航線與像控點布設示意圖

3 航攝與像控點測量

3.1 航攝主要技術要求

（1）地面分辨率優于0.1 m；

（2）相對航高600 m～700 m；

（3）航向重疊度大于70%,旁向重疊度大于40%；構架航線航向重疊度為80%；

（4）像片傾角：一般不大于2°,個別最大不超過4°；

（5）像片旋偏角：像片旋偏角不大于15°,在確保航向旁向重疊度滿足要求的情況下,不大于25°；

（6）航線彎曲度：航線彎曲度一般不大于1%。

3.2 像控點測量

像控點采用基于陜西省連續運行參考站及似大地水準面精化模型的GNSS 高程測量方法進行測量。

4 空三加密計算

4.1 空三加密計算流程

外業像片控制點測量完成后,采用專業航測軟件Imagnation,按《數字航空攝影測量空中三角測量規范》（GB/T 23236-2009）中的相關要求進行空三加密計算。經GNSS 載波相位測量動態定位技術的數據后處理獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標,然后將其視為帶權觀測值引入攝影測量區域平差中,逐條航線進行航攝漂移誤差改正,采用統一的數學模型來整體確定地面目標點和像片方位元素。空三加密工作流程如下：

（1）建立測區目錄及準備測區基礎數據：測區基礎數據包括影像數據文件、測區信息文件、攝影相機信息文件、控制點大地坐標信息文件。

（2）制作金字塔影像,然后導入相機參數,完成內定向。

（3）加密區內航線間選取航線拼接點、每張航片選取標準點位點,進行相對定向,即自動匹配內業加密點、構建自由網。

（4）刺像片控制點,進行絕對定向。

（5）人工修測連接點的粗差,進行光束法整體平差。

（6）在完成加密測區與相鄰加密測區接邊后,輸出最后空三加密成果。

4.2 空三加密精度檢查

各分區空三加密精度統計見表3。

表3 空三加密精度統計表 單位：m

由表3 可知,像控點平面位置殘差均小于±0.30 m,高程殘差均小于±0.23 m；檢查點平面位置較差均小于±0.40 m,高程較差均小于±0.30 m,說明空三加密成果精度良好。

5 數字線劃圖（DLG）數據采集及精度統計與分析

將空中三角測量加密成果導入航天遠景MapMatrix4.1 軟件中進行定向建模,檢查相對定向及絕對定向精度,檢查結果滿足技術設計要求,然后進行數據采集與編輯。

采用GNSS-RTK 作業方法外業采集地形點,采用同精度檢測方法對數字線劃圖（DLG）進行精度檢查,圖幅等高線高程精度檢查結果見表4。

表4 圖幅等高線精度檢查統計表 單位：m

6 結語

本文利用CW-25E 無人機搭載飛思相機（PhaseOne IXURS 1000）航攝系統,采用無地面基站機載GNSS 輔助航攝技術+“構架航線”像控點布設方法,極大地減少了像控點的布設數量和難度,高效保質保量地完成了陜西省東莊水庫供水工程1∶1000 數字線劃圖（DLG）生產,該技術已在我省多個大中型水利工程大比例尺數字線劃圖（DLG）生產中得到了廣泛應用。