數字化測繪技術在大型機場工程中的應用

摘 要：為解決傳統測繪方法在應用中存在量測結果偏差大、自動化程度低等問題，以某大型機場工程項目為例，對數字化測繪技術應用進行詳細研究。為滿足測繪的數字化作業需求，在掌握試點工程區域概況的基礎上，搭建數字化測繪平臺，設計量測系統參數；通過現場踏勘、布置像控點、規劃現場測繪航線來完成現場準備工作。同時，檢查測繪數據，生成區域正射影像，根據現狀地面與設計地面的位置關系，提取測區高程、土方量測。設計對比試驗，結果表明：與傳統方法相比，此次設計的測繪技術可以解決傳統技術在應用中存在的問題，控制量測結果偏差。

關鍵詞：數字化測繪技術；測繪航線；像控點；大型機場工程

中圖分類號：P 20" " 文獻標志碼：A

在傳統的機場工程建設中，測繪工作主要利用人工測量和紙質記錄，這個方法不僅效率低下，而且難以保證精度。隨著科技不斷進步，數字化技術應運而生，為機場工程建設提供了更加高效、精準的解決方案。這項技術是一種基于計算機、網絡、全球定位系統（GPS）等高科技手段的現代測繪技術[1]。與傳統測繪技術相比，本文提出的方法具有精度高、速度快、自動化程度高等優點，因此在工程建設、城市規劃、地質勘查等領域得到了廣泛應用。

1 機場工程區域概況

為滿足測繪的數字化作業需求，選擇試點地區某大型機場作為試點工程，此工程所在地及其俯視直拍圖如圖1所示。

2023年2月，該機場項目正式開工建設，并在同年年底正式開始通航，目前，這個機場已經成為當地4E級的國際機場，機場工程的基本信息見表1[2]。

2 大型機場工程土面區域影像數據獲取

2.1 現場準備

在開始獲取機場土面區的影像數據前，需要搭建一個穩定、可靠的數字化測繪平臺。這個步驟至關重要，它會影響后續影像數據的精度和穩定性[3]。根據相關工作的具體需求、機場土面區的特點，選擇合適的數字化測繪裝備（無人機），在選型過程中，需要綜合考慮測繪裝備的載荷能力、續航時間、飛行高度和速度等因素。對大型機場來說，可能需要選擇一款具有較大載荷和較強續航能力的測繪無人機。在此基礎上，安裝并調試數字化測繪設備，包括安裝相機、GPS定位系統、控制系統等，并保證這些設備在數字化測繪過程中能夠穩定工作。因此，還需要對無人機的飛行控制系統進行調試，保證無人機能夠按照預設的航線精確飛行。其中，數字化攝影、量測系統的詳細參數可按照表2設計。

為避免數字化測繪裝備在使用過程中存在采樣數據不穩定、采樣圖像重疊度不規則等問題，在完成基礎數據采樣后，需要使用專業的設備和軟件，對采樣數據進行處理。

2.2 現場踏勘、布置像控點

在數字化測繪前，對現場進行踏勘是一個非常重要的環節。現場踏勘的目的是了解和掌握測繪現場的環境條件、地形地貌、交通狀況等實際情況，以便更好地制定測繪方案。在此過程中，須根據測繪任務和要求，確定需要現場踏勘的范圍（包括需要測繪的區域以及可能影響測繪質量的周邊環境）[4]。在對機場進行實地勘察后，一般都會選擇機場內相同的位置作為測繪設備起降點，起降點應選在機場四周開闊、無高遮擋物的位置。為防止測繪中對無人機造成影響，需要在作業中注意場地上是否有高壓電線塔及其他地標。

在完成上述內容設計后，在測區布置像控點。

根據機場土面區的特點和測繪要求，選擇合適的布點方案。通常，像控點應均勻分布在測繪區域內，以保證后期數據處理時能夠準確地進行幾何校正和地理參考。在完成現場踏勘后，根據收集的信息和實地考察的結果，選擇合適的像控點位置。選擇的點應滿足以下條件。①穩定性：所選點應穩定且易于長期保存，不易受自然或人為因素影響。②可訪問性：所選點應便于測量和校準，最好位于交通要道附近，方便后續工作。③代表性：所選點應能代表機場土面區的地形和地貌特征，以保證后期數據處理和分析的準確性。

在選定的像控點位置設置明顯的標記，并記錄每個點的坐標、高程等信息。可以使用GPS或其他測量工具進行初步定位，并在現場繪制詳細的點位分布圖，如圖2所示。

為保證像控點的精度，需要對所選點進行校驗。可以使用更高精度的測量設備或方法（例如全站儀）來核驗像控點的坐標和高程，保證其滿足項目要求。將所有像控點的信息整理成詳細的報告和數據表格，包括點的坐標、高程、照片、位置描述等。將這些數據提交給數字化測繪團隊，并將其作為后續影像數據處理和分析的基礎。

2.3 規劃現場數字化測繪航線

在數字化測繪中，航線規劃是關鍵的一環，它決定了測繪的精度、效率以及數據的質量。尤其是在大型機場工程中，合理的航線規劃能夠保證測量數據的準確性和完整性[5]。以下是規劃現場數字化測繪航線的關鍵步驟和考慮因素。在規劃航線前，要明確測繪的目標和要求。為保證數字化測繪航線規劃可以達到預期效果，可按照圖3，在明確測繪區域后規劃現場數字化測繪航線。

在圖3中，陰影部分為機場工程土面測繪區域，陰影部分實線為規劃的數字化測繪航線。

3 測繪數據檢查、生成機場數字化土面測繪區域正射影像

在拍攝過程中，為避免無人機航拍獲得的圖像和POS數據受到氣流、能見度、光照等因素干擾，應在考慮飛行器姿態發生改變的基礎上，對測繪數據進行檢查，提高圖像的成像質量。完整性檢查和全局一致性檢查也是測繪數據檢查的重要部分[6]。前者主要驗證數據是否齊全，避免數據在采集、處理和傳輸過程中丟失或損壞。通過比對數據源和目標數據集的字段名稱、字段類型、字段取值等來完成完整性檢查。后者是為了保證數據集符合特定的規則和要求，例如坐標系統、單位、格式等。

在上述內容的基礎上，可以采用差分處理的方式，對觀測數據進行集中化處理，差分觀測方程如公式（1）所示[7]。

式中：Δφ為測繪數據差分觀測方程；t為測繪數據采樣時刻；f為數據或圖像采樣頻率；c為圖像與數據在大氣環境中的傳播速度；λ2為衛星2到觀測站的幾何距離；λ1為衛星1到觀測站的幾何距離。將采樣數據代入上述方程，根據差分觀測結果對采樣數據進行補償與處理，以此完成測繪數據檢查。

4 測區高程提取、土方量測

在上述內容的基礎上，可采用生成機場數字化土面測繪區域正射影像的方式，對測區高程信息的提取與土方進行量測。在此過程中，引進透視變換公式，將原始影像變換到目標坐標系下，原始影像上的點經過透視變換后到達目標坐標系下的另一點，計算過程如公式（2）所示。

式中：P（x1，y1）為原始影像上的點；P'（x1，y1）為經過透視變換后到達目標坐標系下的另一個點；R1、R2、R3、R4為變換矩陣中的參數；C1、C2為透視變換系數。通過上述計算公式與已知的控制點，即可對測區目標點坐標的求解。

在測繪區域正射影像的基礎上，對測區高程進行提取。在提取過程中，可以根據在影像中設定已有的棄土場范圍，按照指定的高程點間距，在該區域內自動生成高程點。為保證提取的高程信息具有較高的準確性，設定3m的高程點間隔，并根據地形的復雜程度，適當增加提取點的數據，用這種方式，完成測區棄土面高程提取[8]。

5 數字化測繪技術與傳統方法的對比分析

為了更直觀地展示數字化測繪技術與傳統方法的對比結果，對其進行對比試驗。在試驗過程中，參照正文中選用的案例，對兩個相同面積的區域進行測繪，一個采用傳統的測繪方法，另一個采用數字化測繪技術。整理的試驗結果見表3。

6 結語

隨著全球經濟的快速發展，機場作為航空業的重要基礎設施，其建設和發展受到了廣泛關注。尤其一些大型機場的工程建設規模龐大、技術復雜，需要采用高精度的測繪技術來保證工程建設順利進行。在這樣的背景下，數字化測繪技術逐漸成為大型機場工程建設中的重要手段。為深化此方面內容，本文通過本次研究，得到以下結論。1）參照表3的結果可以看出，與傳統測繪技術相比，在應用數字化測繪技術后，數據采集方式更加便捷、外業采集所需人數、外業測量時間更少，且能將測繪后平場面積測量結果偏差、高程測量結果偏差、挖方量測結果偏差控制在相對較小的范圍。2）綜合試驗結果，數字化測繪技術在數據精度、數據處理速度、數據完整性、自動化程度、作業效率和數據應用范圍等方面具有明顯的優勢。除此之外，數字化測繪技術自動化程度高，極大地減輕了人工測繪的勞動強度，提高了作業效率。

參考文獻

[1]李陽靖，莫瑩菲. 多元數字化技術在歷史建筑測繪中的應用—以廣豐區歷史測繪建檔項目為例[J]. 磚瓦，2023（10）：101-103.

[2]陳俞佐. GIS技術和數字化測繪技術的發展及其在工程測量中的應用[J]. 城市建設理論研究（電子版），2023（23）：175-177.

[3]尹曾，何湘，李柚，等. 企業數字化轉型背景下網絡空間資產測繪的應用與價值[J]. 信息與電腦（理論版），2023，35（9）：15-18.

[4]施仲添. 數字化改革背景下綜合測繪改革的思考與實現—以杭州為例[J]. 城市勘測，2023（2）：165-168.

[5]方劍強. 利用測繪技術建立“數字山場”—浙江龍泉林權數字化權屬落界的實踐模式[J]. 中國測繪，2022（11）：62-63.

[6]尚美岑. 測繪技術賦能數字化智能隧道交通建設—訪中鐵隧道局集團盾構及掘進技術國家重點試驗室副主任周建軍[J]. 中國測繪，2022（9）：23-26.

[7]陳萬基，趙陽，丁第盛，等. 3S技術在校園基礎測繪與數字化建設中的應用—以伊犁師范大學為例[J]. 測繪與空間地理信息，2022，45（7）：19-22.

[8]沈冰玨，李昊辰，嚴凡輝. 基于南京建筑遺產數字化測繪的文創產品設計研究及應用[J]. 今古文創，2022（25）：73-75.