于水

(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì) 烏魯木齊 830011）

1 航片部分

航空攝影測(cè)量原理：測(cè)繪航空攝影指在航空器（飛機(jī)、直升機(jī)、飛艇、氣球等）上安裝航空攝影儀，從空中對(duì)地球表面進(jìn)行攝影，簡(jiǎn)稱為航空攝影或航攝，并利用光學(xué)與數(shù)碼相機(jī)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(zhì)和相互關(guān)系的一門科學(xué)和技術(shù)。航空攝影測(cè)量的主要任務(wù)是測(cè)制各種比例尺的地形圖和攝影地圖、建立地形數(shù)據(jù)庫，并為各種地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 無棱鏡測(cè)距技術(shù)原理

無棱鏡全站儀測(cè)距方法有兩種：

⑴相位法：使用的是連續(xù)信號(hào)，通過用不同的頻率來調(diào)制載波信號(hào)，從而測(cè)出發(fā)射和接收信號(hào)之間的相位差，繼而求出被測(cè)距離；

⑵脈沖法：通過用測(cè)量時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)之間的時(shí)間間隔來計(jì)算所測(cè)的距離，經(jīng)過多次測(cè)量得出平均距離。

兩種測(cè)距原理與有棱鏡測(cè)距原理相同。

3 GNSS（RTK）定位原理

GNSS（RTK）定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，來確定待測(cè)點(diǎn)的位置。

常規(guī)的GNSS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得高精度的結(jié)果，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Realtimekinematic）方法，是GNSS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖、各種控制測(cè)量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

高精度的GNSS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給移動(dòng)站。移動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。移動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在固定整周未知數(shù)以后（得到固定解），只要能保持五顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈，移動(dòng)站便可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。

4 全站儀無棱鏡測(cè)距的優(yōu)缺點(diǎn)

⑴無棱鏡測(cè)距對(duì)角度測(cè)量的精度無顯著影響，激光束到達(dá)直角棱鏡表面時(shí)，也經(jīng)表面折射到棱鏡中心的反射面，由于圓棱鏡都有一個(gè)常數(shù)，所以和棱鏡測(cè)量模式下的測(cè)量結(jié)果相差一個(gè)常數(shù)。

⑵物體表面的反射能力足夠強(qiáng)，且信號(hào)足夠穩(wěn)定，物體表面的粗糙程度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響并不明顯。除特殊顏色(黑色)外，材料顏色對(duì)測(cè)距精度的影響不明顯。但顏色越淺，物體的反射信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)測(cè)距越有利。

⑶無棱鏡全站儀測(cè)距性能可靠，一般情況下，其穩(wěn)定性與測(cè)值精度和儀器的標(biāo)稱指標(biāo)相一致。

⑷由于各種因素的影響，激光束的實(shí)際光斑可能會(huì)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(cè)量時(shí)，必須有足夠的可視空間，以避免障礙物反射光對(duì)測(cè)距結(jié)果產(chǎn)生影響。

⑸測(cè)量物體折角時(shí),實(shí)際所得的距離為測(cè)站到等效平面的距離，因此，在工程測(cè)量中，應(yīng)盡量避免瞄準(zhǔn)折角點(diǎn)，特別是角度非常小的尖角，其測(cè)距誤差可能會(huì)很大。

⑹免棱鏡反射測(cè)距和測(cè)量距離關(guān)系密切，當(dāng)測(cè)量距離小于10m時(shí)，其誤差小于1mm，大于50m時(shí)誤差達(dá)到1.5mm。

5 RTK的局限性

最主要的局限性其實(shí)不在于RTK本身，而是源于整個(gè)GNSS系統(tǒng)。如前所述，GNSS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛(wèi)星發(fā)射來的無線電信號(hào)。相對(duì)而言，這些信號(hào)頻率高、信號(hào)弱，不易穿透可能阻擋衛(wèi)星和GNSS接收機(jī)之間視線的障礙物。事實(shí)上，存在于GNSS接收機(jī)和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的操作產(chǎn)生不良影響。有些物體如房屋，會(huì)完全屏蔽衛(wèi)星信號(hào)。因此,GNSS不能在室內(nèi)使用。同樣原因,GNSS也不能在隧道內(nèi)或水下使用。有些物體如樹木會(huì)部分阻擋、反射或折射信號(hào)。GNSS信號(hào)的接收在樹林茂密的地區(qū)會(huì)很差。樹林中有時(shí)會(huì)有足夠的信號(hào)來計(jì)算概略位置，但信號(hào)清晰度難以達(dá)到厘米水平的精確定位。因此，RTK在林區(qū)作業(yè)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(qū)。RTK測(cè)量在部分障礙的地區(qū)也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測(cè)到足夠的衛(wèi)星來精確可靠地實(shí)現(xiàn)定位。由于現(xiàn)在我國的北斗、美國的GNSS以及gelonas的應(yīng)用，使RTK測(cè)量在任何時(shí)間、任何地區(qū)，都可能會(huì)有7到20顆GNSS衛(wèi)星用于RTK測(cè)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(duì)RTK的遮擋，在遮擋不是太嚴(yán)重的地方都可以做到快速鎖定衛(wèi)星，大大提高了工作效率。

6 航空攝影測(cè)量特點(diǎn)

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

7 結(jié)論

航空攝影測(cè)量與RTK、全站儀聯(lián)合測(cè)繪地形圖可以優(yōu)劣互補(bǔ)，如果僅用航空攝影測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)刺點(diǎn)矯正無法解決，有遮擋地方無法解決；如果僅用全站儀進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖,就必須建立圖根控制網(wǎng),這樣須投入大量的時(shí)間、人力、財(cái)力;如僅用RTK測(cè)圖,可以省去建立圖根控制這個(gè)中間環(huán)節(jié),節(jié)省大量的時(shí)間、人力和財(cái)力,同時(shí)還可以全天侯地觀測(cè)。但由于衛(wèi)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(shí),就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號(hào),也就無法進(jìn)行測(cè)量；如果用航空攝影測(cè)量與RTK、全站儀聯(lián)合測(cè)圖,上述弊端就可以克服。

采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站（JX-4、航天遠(yuǎn)景等）進(jìn)行立體采集數(shù)據(jù)，采集時(shí)，必須采用空三加密成果導(dǎo)入，恢復(fù)立體模型的方法進(jìn)行作業(yè)，對(duì)于平地圖幅測(cè)繪高程和等高線時(shí)，立體像對(duì)應(yīng)由作業(yè)員本人采用全野外像控點(diǎn)立體定向，并與外業(yè)測(cè)繪的GNSS高程點(diǎn)進(jìn)行校核，解決大面積測(cè)圖問題，立體下隱蔽區(qū)域與新增地物或個(gè)別有技術(shù)要求無法滿足的，采用GNSS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)，這樣可以大大加快測(cè)量速度,提高工作效率。

綜上所述,采用航空攝影測(cè)量與RTK、全站儀聯(lián)合進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖,不僅可以減少作業(yè)人員和作業(yè)工序,而且可以提高采集數(shù)據(jù)的速度和質(zhì)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(cè)圖方法。

航空攝影測(cè)量與GNSS、全站儀在測(cè)量中的聯(lián)合應(yīng)用，使作業(yè)員的作業(yè)難度減輕，作業(yè)效率提高。作業(yè)精度也得到了提高，它是測(cè)繪領(lǐng)域向前發(fā)展的必然，是歷史發(fā)展的必然。

[1]高占云.全站儀功能的使用與開發(fā)利用研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（4）.

[2]于水.無棱鏡測(cè)距技術(shù)測(cè)距精度分析與研究.新疆有色金屬，2013，（3）.

[3]于水.全站儀無棱鏡測(cè)距功能的應(yīng)用.新疆有色金屬，2009，（1）.

[4]任慶慧.無反射棱鏡全站儀及其在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2005，（1）.

[5]、顧孝烈，鮑峰，程效軍.測(cè)量學(xué)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1999.

[6]楊瑞芳，等.對(duì)無棱鏡測(cè)距全站儀的幾點(diǎn)思考[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（4）.

[7]徐紹銓，等.GPS測(cè)量原理與應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2005．