趙 云

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司科研設(shè)計(jì)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 概述

目前為止數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展，無(wú)論在理論上還是在實(shí)際上，主要是圍繞著利用航空(航天)攝影測(cè)量測(cè)繪地形圖，而對(duì)于數(shù)字近景攝影測(cè)量的研究甚少。同時(shí)隨著數(shù)碼相機(jī)的廣泛應(yīng)用、價(jià)格愈來(lái)愈低廉，數(shù)碼相機(jī)在測(cè)量的應(yīng)用將是攝影測(cè)量發(fā)展的必然趨勢(shì)。烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩肩地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖高差大、強(qiáng)度高，壩肩槽建基面開(kāi)挖質(zhì)量要求高，而扭面開(kāi)挖更是更是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。多基線數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能夠極大的提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)其生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)及構(gòu)建的三維模型能直觀有效的反映現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌，不論是在開(kāi)挖過(guò)程中技術(shù)設(shè)計(jì)和質(zhì)量驗(yàn)收等方面都能發(fā)揮重要的作用。

2 操作流程

多基線近景攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際操作過(guò)程中在主要分為預(yù)處理、外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個(gè)階段。其中預(yù)處理主要是對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢校，相機(jī)檢校的目的是對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，解算出相機(jī)的內(nèi)方位元素：相機(jī)焦距f,像主點(diǎn)坐標(biāo)x0、y0，畸變參數(shù)k1、k2、p1、p2。 外業(yè)數(shù)據(jù)采集是獲得高精度測(cè)量成果的關(guān)鍵，其目的是獲取所測(cè)物體的影像信息和控制點(diǎn)資料，獲取影像資料時(shí)，需注意要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及拍攝物體的特點(diǎn)選取合適的拍攝距離，選擇合適的攝站以及選擇合適的相機(jī)鏡頭，控制點(diǎn)資料的獲取關(guān)鍵在于如何合理的布設(shè)像控點(diǎn)。外業(yè)完成后進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，主要包括新建工程、導(dǎo)入數(shù)據(jù)、空三匹配、控制點(diǎn)量測(cè)、平差、生成點(diǎn)云等過(guò)程。

3 Lensphoto特點(diǎn)

Lensphoto應(yīng)用多基線立體匹配算法獲取大量同名點(diǎn)，然后通過(guò)近景空中三角測(cè)量完成模型自動(dòng)連接并獲取像片外方位元素和相機(jī)參數(shù)，最終通過(guò)多光線前方交會(huì)及區(qū)域網(wǎng)自由網(wǎng)平差，自動(dòng)生成物方區(qū)域三維坐標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)云，從而建立高精度的數(shù)字表面模型。對(duì)所攝影像處理時(shí)，不再按單模型進(jìn)行處理，而是進(jìn)行整體處理；不采用非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行直接線性變換，而事先利用計(jì)算機(jī)液晶屏幕上的格網(wǎng)對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢校，按量測(cè)相機(jī)進(jìn)行處理。

4 實(shí)例應(yīng)用

結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)展情況，我們應(yīng)用多基線近景攝影測(cè)量軟件Lensphoto對(duì)烏東德做左岸壩肩槽EL850～EL825高程段進(jìn)行了實(shí)踐，拍攝采用相機(jī)采用佳能5D單反相機(jī)和焦距為50mm的定焦鏡頭。壩肩槽測(cè)量范圍寬80m,高25m，攝站距被攝區(qū)域距離100m左右，拍攝時(shí)用腳架固定進(jìn)行拍攝以獲取高質(zhì)量的影像，影像分四站進(jìn)行拍攝，攝站間距20m，每個(gè)設(shè)站拍攝4張影像，同一攝站，相鄰相片間保證60%以上重疊度。控制點(diǎn)均勻分布在壩肩槽周?chē)?，控制點(diǎn)均采用特征點(diǎn)代替，運(yùn)用徠卡TS06全站儀對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。影像資料和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完成后，利用Lensphoto軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。首先新建工程，導(dǎo)入影像資料和相機(jī)參數(shù)，接著進(jìn)行空三匹配，以根據(jù)種子點(diǎn)匹配來(lái)完成相對(duì)定向；然后光束法平差進(jìn)行初步平差；然后引入控制點(diǎn)，進(jìn)行整體約束平差，判斷添加的控制點(diǎn)的平面位置精度否能滿足要求；最后加密匹配生成密集的三維點(diǎn)，在通過(guò)生成點(diǎn)云來(lái)提取高精度的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

5 誤差來(lái)源及分析

影響多基線攝影測(cè)量精度的因素有很多方面，造成誤差最主要有以下三點(diǎn)：

5.1 儀器設(shè)備誤差

儀器設(shè)備誤差包括相機(jī)誤差以及像控點(diǎn)采集時(shí)全站儀造成的誤差。相機(jī)誤差主要是指相機(jī)在進(jìn)行檢校過(guò)程中解算內(nèi)方位元素和光學(xué)畸變系數(shù)的過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，這些誤差來(lái)源都是相機(jī)的一些內(nèi)部參數(shù)，呈現(xiàn)系統(tǒng)性。全站儀采點(diǎn)造成的誤差主要儀器本身的系統(tǒng)誤差、整平對(duì)中過(guò)程中造成的誤差、目標(biāo)偏心造成的誤差等，使用滿足精度要求的儀器以及規(guī)范的操作能很大程度上減小誤差。

5.2 成像系統(tǒng)的分辨率

成像系統(tǒng)的分辨率表示物鏡成像系統(tǒng)對(duì)圖像最小像素的辨別能力，簡(jiǎn)單講就是像片中的一個(gè)像素所占的范圍大小，一個(gè)像素所占的范圍越大，精度就越小。我們?cè)诰唧w操作過(guò)程中可以通過(guò)一下方式來(lái)提高精度：

（1）在拍攝同樣范圍的情況下，盡量提高相機(jī)自身的分辨率；

（2） 在相機(jī)分辨率一定的情況下，需盡量減小攝距以提高清晰度；

（3）在影像解析過(guò)程中盡量保持像素不丟失，選用精度較高的特征目標(biāo)點(diǎn)定位的算法。

5.3 幾何畸變誤差

幾何畸變誤差指像片中目標(biāo)在空間位置上存在的偏差。產(chǎn)生幾何畸變誤差主要有三點(diǎn)原因：①鏡頭畸變誤差②感光像元的排列誤差③透視誤差。幾何畸變誤差主要通過(guò)標(biāo)定內(nèi)方位參數(shù)的方法減弱。

6 可行性分析

近景攝影測(cè)量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否可靠，能用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)，我們主要與全站儀所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在進(jìn)行近景攝影測(cè)量前，先用全站儀對(duì)所測(cè)區(qū)域進(jìn)行了測(cè)量，共檢測(cè)了 891個(gè)點(diǎn)。按照設(shè)計(jì)開(kāi)挖尺寸對(duì)其進(jìn)行了偏差計(jì)算，具體偏差統(tǒng)計(jì)如表1：

表1 全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)偏差分布統(tǒng)計(jì)表

對(duì)攝影測(cè)量產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了抽稀，最后提取2431 個(gè)點(diǎn)，對(duì)其偏差進(jìn)行了計(jì)算，具體偏差統(tǒng)計(jì)如表2：

表2 近景攝影測(cè)量數(shù)據(jù)偏差分布統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)比分析，近景攝影測(cè)量數(shù)據(jù)與全站儀數(shù)據(jù)偏差分布基本保持一致，最大百分比差異在區(qū)間10～20cm之間，差異為3.4%，對(duì)于開(kāi)挖形體質(zhì)量控制所造成的誤差基本可忽略，說(shuō)明用多基線近景攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)可以用于壩肩槽開(kāi)挖質(zhì)量控制。

7 總結(jié)

具體實(shí)施過(guò)程中，技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平就顯得尤為重要，包括鏡頭選擇，攝站分布、控制點(diǎn)布設(shè)、照片拍攝、空三匹配時(shí)同名點(diǎn)選擇等方面均會(huì)對(duì)成果精度造成一定影響。但瑕不掩瑜，相比于傳統(tǒng)傳統(tǒng)的用全站儀進(jìn)行目前高邊坡的開(kāi)挖驗(yàn)收及檢測(cè)工作，近景攝影測(cè)量技術(shù)有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)。烏東德水電站壩肩地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖高差大、強(qiáng)度高，壩肩槽建基面開(kāi)挖質(zhì)量要求高，而扭面開(kāi)挖更是更是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。因其地質(zhì)條件復(fù)雜，壩肩槽開(kāi)挖時(shí)采用逐層開(kāi)挖、逐層設(shè)計(jì)的方式，測(cè)量數(shù)據(jù)是否能直觀、有效、及時(shí)的反映上一層的開(kāi)挖情況尤為重要。多基線近景攝影測(cè)量在烏東德壩肩槽開(kāi)挖過(guò)程中的實(shí)踐結(jié)果表明：多基線近景攝影測(cè)量測(cè)量系統(tǒng)獲取的成果可靠，滿足開(kāi)挖階段驗(yàn)收要求。