余 憶

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（有限責(zé)任公司）,貴州 遵義 563000）

1 項(xiàng)目概況

該河流由匯川區(qū)毛石鎮(zhèn)與松林鎮(zhèn)邊界附近開(kāi)始,經(jīng)過(guò)毛石鎮(zhèn)、沙灣鎮(zhèn)、山盆鎮(zhèn)、官倉(cāng)鎮(zhèn),最終匯聚于桐梓河,本次劃定河道管理范圍干流全長(zhǎng)48 km左右。該項(xiàng)目測(cè)圖區(qū)域主要由灌木、林地、荒地、部分耕地、農(nóng)村房屋、農(nóng)村道路、水域等組成,地表植被覆蓋較為嚴(yán)重。其中河道地形高差大約在600 m左右,兩岸多數(shù)為陡峭山林,總體測(cè)量條件較為惡劣。

2 外業(yè)航飛

航飛數(shù)據(jù)就像傳統(tǒng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集一樣,航飛數(shù)據(jù)的好壞直接關(guān)系到最終的測(cè)量成果質(zhì)量。如果航飛數(shù)據(jù)質(zhì)量較差,即使內(nèi)業(yè)處理方法再怎么先進(jìn)、平差模型再好,也很難解決最終質(zhì)量差的問(wèn)題。而本次測(cè)區(qū)地形起伏較大,很難做到不改變航高而飛出高分辨的原始影像。再加上測(cè)圖植被與水域覆蓋面積相對(duì)較多,在空三連接點(diǎn)匹配時(shí),會(huì)影像匹配點(diǎn)精度,最終影響空三成果質(zhì)量。在這樣的條件下,如何把握效率與質(zhì)量,優(yōu)化外業(yè)航飛變得尤為困難且重要。

首先,無(wú)人機(jī)的選擇,往往固定翼無(wú)人機(jī)在航飛速度上要遠(yuǎn)超于旋翼機(jī),所以在效率上固定翼較旋翼機(jī)是有明顯優(yōu)勢(shì)的,特別是在這種長(zhǎng)距離的帶狀航飛項(xiàng)目上,固定翼成為了不二選擇。其次,在保證精度的條件下,可以適當(dāng)增加航高,這樣可以減少因?yàn)樽兏叨鸬臅r(shí)間浪費(fèi)。最后在重疊度的選擇上也可以適當(dāng)優(yōu)化,在滿足精度的條件下,并不是重疊度越高成果質(zhì)量就越好,適當(dāng)降低重疊度也可以提高航飛效率,同時(shí)還能提高一定的空三效率。

在本次航飛中,利用固定翼無(wú)人機(jī),完成了面積為33 km2的航飛。航飛時(shí)根據(jù)地形變化情況及航飛安全距離情況,分兩個(gè)起飛點(diǎn),航高設(shè)置為600 m。重疊度選擇航向80%,旁向60%。根據(jù)河道蜿蜒情況一共劃分21 個(gè)架次,總共航飛影像數(shù)2266 張,最終在2 天內(nèi)完成了這個(gè)48 km的航飛項(xiàng)目。

3 少量像控及布設(shè)

像控的布設(shè)對(duì)航測(cè)成果的最終精度有著至關(guān)重要的影響,因此對(duì)外業(yè)像控測(cè)量必須要有嚴(yán)格的把控方案。在河道劃界項(xiàng)目中,往往測(cè)區(qū)大部分都屬于天然河道。在這些河段,通常存在交通不便,植被覆蓋較多等現(xiàn)象。所以外業(yè)測(cè)量時(shí)很可能會(huì)遇到人無(wú)法去,或者常用的RTK信號(hào)差等問(wèn)題。因此,在像控測(cè)量時(shí)很難像其他項(xiàng)目一樣,能夠輕松測(cè)量出較為密集的像控點(diǎn)。為此,在平差時(shí),采用高精度pos與少量控制點(diǎn)聯(lián)合平差的方法（高精度pos通過(guò)目前較為成熟的PPK技術(shù)獲得）,該方法能夠有效減少外業(yè)像控點(diǎn)的密度[1]。

因此,首先在像控采集上,通常按照300 m一對(duì)的方法覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū),現(xiàn)在只需要1 km左右一個(gè)覆蓋測(cè)區(qū),但對(duì)于河道彎道較大的地方必須增加像控布設(shè)。從像控工作量來(lái)說(shuō)就減少了一大半,并且解決了那些人無(wú)法達(dá)到的天然河道區(qū)域的問(wèn)題。其次,在外業(yè)RTK使用時(shí),采用CORS系統(tǒng)采集坐標(biāo)數(shù)據(jù),非常有效地解決傳統(tǒng)RTK架基站、及增加控制點(diǎn)所浪費(fèi)的時(shí)間。

本次像控測(cè)量中,根據(jù)1 km左右一個(gè)像控的要求,結(jié)合河道蜿蜒狀況及實(shí)際測(cè)量條件,總計(jì)測(cè)量29 個(gè)像控點(diǎn),并在河道蜿蜒處、分區(qū)接邊處等精度薄弱的地方按照均勻分布的原則測(cè)量了18 個(gè)檢查點(diǎn)。最終項(xiàng)目分兩個(gè)組在1 天之內(nèi)完成了像控及檢查點(diǎn)的測(cè)量。

4 空三處理

空三處理是無(wú)人機(jī)航測(cè)中非常重要的環(huán)節(jié),同樣,因?yàn)閿?shù)據(jù)量大,消耗的時(shí)間也是非常多。首先,在空三處理時(shí),往往會(huì)先給上一個(gè)初始的相機(jī)參數(shù),而這個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性也會(huì)影響空三的精度,甚至導(dǎo)致空三重做的情況。所以需要一個(gè)準(zhǔn)確的參數(shù),避免重復(fù)工作浪費(fèi)時(shí)間。平時(shí)也可以對(duì)相同的相機(jī),在不同的工程中計(jì)算統(tǒng)計(jì)出一套較為穩(wěn)定的參數(shù),在以后的工程中,就可以直接使用這個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始空三處理,從而減少計(jì)算機(jī)每次重新計(jì)算相機(jī)參數(shù)的時(shí)間。其次,在空三時(shí),影像匹配占據(jù)了大量的時(shí)間,而對(duì)它有著直接影像的因素就是影像的重疊度,往往重疊度的增加會(huì)導(dǎo)致成倍的空三時(shí)間浪費(fèi)。因此,在航飛時(shí),應(yīng)注意重疊度的把握。在內(nèi)業(yè)中遇到重疊度太高的時(shí)候,也可以適當(dāng)抽片來(lái)提高空三效率。最后,對(duì)于像控刺點(diǎn),一方面通過(guò)對(duì)重疊度的把握,減少了刺點(diǎn)時(shí)的影像數(shù)量,從而有效地減少刺點(diǎn)工作量。另一方面,由于后差分?jǐn)?shù)據(jù)的引用,在平差時(shí),讓差分?jǐn)?shù)據(jù)與控制點(diǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)合參與平差,用每張影像的外方位線元素當(dāng)做已知數(shù)據(jù),因此并不需要再像傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)航測(cè)一樣需要完全由控制點(diǎn)來(lái)控制空三過(guò)程中的誤差,在控制點(diǎn)刺點(diǎn)時(shí)可以省去大量的刺點(diǎn)時(shí)間,但由于影像畸變問(wèn)題,再加上河道地形復(fù)雜問(wèn)題,仍然需要少量控制點(diǎn)的約束[2]。總體來(lái)說(shuō)對(duì)于效率的提升,已經(jīng)有了非常明顯的效果。而本次項(xiàng)目中,對(duì)2266 張影像分6 個(gè)區(qū)處理,加上47 個(gè)像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)的刺點(diǎn)平差,總計(jì)空三消耗時(shí)間約1天。

5 空三精度

通過(guò)以上策略,在6 個(gè)分區(qū)中完成對(duì)所有像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)刺點(diǎn)平差,最終得出的空三精度情況見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 控制點(diǎn)殘差折線

圖2 檢查點(diǎn)殘差折線圖

由圖1、圖2 可以看出,即使在增加航高、減少像控的條件下,由于后差分?jǐn)?shù)據(jù)的加入,空三精度仍然是非常理想的。數(shù)據(jù)具體表現(xiàn)為控制點(diǎn)平面誤差不超過(guò)0.15 m,高程誤差不超過(guò)0.3 m,檢查點(diǎn)平面誤差不超過(guò)0.2 m,高程誤差不超過(guò)0.3 m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,控制點(diǎn)平面中誤差0.078 m,高程中誤差0.093 m,檢查點(diǎn)平面中誤差0.114 m,高程中誤差0.104 m。該數(shù)據(jù)充分表明了空三成果的精度較高,而對(duì)檢查點(diǎn)的殘差統(tǒng)計(jì)更是表明了空三成果的高質(zhì)量與可靠性。但從誤差較大的點(diǎn)位分布來(lái)看,仍然與以往航測(cè)相同,表現(xiàn)為測(cè)區(qū)兩端誤差相對(duì)較大,以及河道轉(zhuǎn)彎處精度較差。所以在像控布點(diǎn)時(shí),也需要特別注意這些精度較為薄弱的區(qū)域。但總體來(lái)說(shuō),通過(guò)以上方法完成的空三成果,根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)空三規(guī)范,該空三精度是完全滿足該河道劃界項(xiàng)目要求的。

6 立體測(cè)圖

在航測(cè)成圖時(shí),通常用的方法主要為立體測(cè)圖與裸眼三維測(cè)圖[3],兩種測(cè)圖方法采用不同的原理進(jìn)行采集,對(duì)于不同的項(xiàng)目?jī)煞N測(cè)圖方法在實(shí)用性上也有著較大的差異,所以對(duì)于測(cè)圖方法的選擇非常關(guān)鍵。

在河道劃界項(xiàng)目中,河道兩邊通常均有較多的植被遮擋。而在三維測(cè)圖中一旦遇到植被,因?yàn)橹脖坏挠绊?在點(diǎn)云匹配時(shí),匹配點(diǎn)均在植被上,造成錯(cuò)誤的地形模型數(shù)據(jù),所以在遮擋區(qū)域,三維測(cè)圖很難準(zhǔn)確測(cè)出正確的地形數(shù)據(jù)。而在立體測(cè)圖中,它的地形數(shù)據(jù)均是靠人的立體視覺(jué)來(lái)判斷,所以測(cè)圖時(shí),只要少量區(qū)域沒(méi)有被完全遮擋,就可以通過(guò)未遮擋區(qū)域來(lái)判斷出需要的地形數(shù)據(jù)。再者,河道劃界項(xiàng)目往往處于高差較大,地形較為復(fù)雜的區(qū)域,一旦遇到野外植被較多的地方,更是無(wú)法直接在三維模型中測(cè)量地形數(shù)據(jù)。

測(cè)圖中,在判斷地物時(shí),以裸眼三維測(cè)圖,肉眼所看到的是某一個(gè)視角上的平面,通常很難一次性看出地物的棱角及高程變化,必須經(jīng)過(guò)多次切換視角才能準(zhǔn)確判斷,特別是像一些不是特別規(guī)則的坎等,對(duì)于這些地物的邊線很難直觀快速的判斷。而在立體測(cè)圖中,通過(guò)立體視覺(jué)能夠清晰直觀的感受出每一處有高程變化的地形地物,對(duì)于坎、斜坡等地貌邊線能夠直接準(zhǔn)確的判斷出它的位置及高程。

在河道劃界項(xiàng)目中,無(wú)論是植被遮擋,還是地形的復(fù)雜性,都是非常常見(jiàn)的技術(shù)難點(diǎn),也是地形圖的主要涉及要素。而立體測(cè)圖正是解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵手段,在河道劃界項(xiàng)目中它能夠非常有效的提高畫(huà)圖效率。

7 測(cè)圖成果

根據(jù)山區(qū)河道劃界地形圖測(cè)圖要求,以兩岸各70 m寬,等高距2 m,成圖比例尺1∶2000,完成了混子河河道劃界項(xiàng)目47.8 km帶狀地形圖測(cè)量。地形圖表現(xiàn)為,測(cè)區(qū)灌木、成林較多,植被覆蓋較為嚴(yán)重,涉及部分耕地、居民居住地及涉水設(shè)施,且河道兩邊地形高差較大,充分代表了山區(qū)河道劃界項(xiàng)目地形圖的特點(diǎn)。測(cè)圖成果見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 混子河河道地形圖（概圖）

圖4 混子河河道局部地形圖

8 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn),測(cè)繪效率得到了質(zhì)的飛躍,而如今,航測(cè)技術(shù)的如何使用,更是提高測(cè)量產(chǎn)品生產(chǎn)效率的重要手段。在河道劃界項(xiàng)目中,通過(guò)在外業(yè)航飛、像控布設(shè)、空三處理過(guò)程中,對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)手段的優(yōu)化,能夠非常有效的提高作業(yè)效率,而最終測(cè)圖時(shí),利用立體測(cè)圖的手段更是提高河道劃界地形圖成圖效率的關(guān)鍵手段。