孔維旺
摘要:隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,各種高科技測(cè)繪產(chǎn)品和測(cè)繪技術(shù)已應(yīng)用于各類測(cè)繪工程,為測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。遙感測(cè)繪技術(shù)就是其中之一,尤其以航空攝影測(cè)量(以下簡(jiǎn)稱“航測(cè)”)技術(shù)最為突出。水利水電工程多在峽谷水域開(kāi)展,且對(duì)工期要求越來(lái)越緊張,傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)已很難滿足水利水電工程設(shè)計(jì)階段地形圖測(cè)繪需求,航測(cè)技術(shù)就可以完美的解決此難題,本論述通過(guò)航測(cè)技術(shù)在《古爾圖河山區(qū)河段規(guī)劃建設(shè)工程》中的應(yīng)用為例,論述航測(cè)的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞:航空攝影測(cè)量;水利水電工程;古爾圖河;GPS輔助空中三角測(cè)量
中圖分類號(hào):P231.2???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
1航空攝影測(cè)量的定義及發(fā)展意義
1.1航空攝影測(cè)量
航空攝影測(cè)量是利用航空平臺(tái)搭載攝影儀,從空中對(duì)地表進(jìn)行攝影,按照測(cè)區(qū)范圍、設(shè)計(jì)比例尺和重疊度形成地表影像的技術(shù),簡(jiǎn)稱航測(cè)。航測(cè)工作的實(shí)施一般包含航測(cè)計(jì)劃制訂、飛行申請(qǐng)、空中攝影、影像處理、立體采集、地形圖編繪、質(zhì)量檢查。
航測(cè)工作開(kāi)展前,首先,依據(jù)“規(guī)范”編寫項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)書;其次,制訂航測(cè)計(jì)劃,根據(jù)測(cè)圖范圍、地形地貌等,確定航測(cè)分區(qū)、航測(cè)基準(zhǔn)面以及航線敷設(shè)方式。
為了測(cè)繪地形圖以及獲取地面信息的需要,空中攝影要按航測(cè)計(jì)劃的要求進(jìn)行,并確保獲得完整的立體覆蓋和航測(cè)影像的質(zhì)量。
1.2航空攝影測(cè)量發(fā)展的意義
隨著測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展和需求,大比例尺航測(cè)成圖技術(shù)的應(yīng)用在測(cè)繪工程中得到快速的推廣和應(yīng)用,在工程建設(shè)和城市規(guī)劃及重大設(shè)施的設(shè)計(jì)與建設(shè)中起到了積極作用。航測(cè)技術(shù)已逐步取代傳統(tǒng)測(cè)量方法,成為現(xiàn)代測(cè)繪的主流技術(shù),對(duì)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
2航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
2.1測(cè)區(qū)自然地理概況
為保障《古爾圖河山區(qū)河段規(guī)劃建設(shè)工程》設(shè)計(jì)需求,開(kāi)展“古爾圖河山區(qū)河段數(shù)字航空攝影測(cè)量”任務(wù),項(xiàng)目位于古爾圖鎮(zhèn)西南約20 km,距離烏蘇市約90 km 的準(zhǔn)噶爾盆地南緣。本項(xiàng)目涉及河段山高溝深,河床斷面接近“V”型,地形及其復(fù)雜,測(cè)繪難度極大,常規(guī)測(cè)量手段無(wú)法實(shí)施,為保證本項(xiàng)目按期完成,采用航測(cè)技術(shù)。
2.2航空攝影
2.2.1作業(yè)流程
(1)根據(jù)測(cè)圖范圍劃分航區(qū)
本工程測(cè)圖范圍為沿古爾圖新渠首上游的河道,長(zhǎng)約23 km,測(cè)繪范圍為此段河道中泓線兩側(cè)各1 km 范圍內(nèi)的地形圖。根據(jù)河道的走向,劃分了6個(gè)航攝分區(qū)。依據(jù)分區(qū)地形起伏、飛行安全條件等確定分區(qū)基準(zhǔn)面高度,以分區(qū)內(nèi)具代表性的高點(diǎn)平均高程與低點(diǎn)平均高程之和的1/2求得。
本測(cè)區(qū)呈帶狀分布,寬度為2 km,每個(gè)航區(qū)設(shè)計(jì)1條航線即可滿足測(cè)圖需求,航線設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算見(jiàn)表1所列,航線設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。
(2)航攝儀的選擇
由于該測(cè)區(qū)地形為高山地,高差較大,采用同一主距(82.2 mm)的 SWDC-4數(shù)字航攝儀完成此次航攝任務(wù)。SWDC相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2所列。
(3)飛行質(zhì)量
飛行質(zhì)量按以下原則執(zhí)行:
像片重疊度:航向重疊度應(yīng)大于53%,且其相鄰像對(duì)的航向重疊度大于58%,旁向重疊度大于13%,且不得連續(xù)出現(xiàn)。
像片旋偏角:1∶2000測(cè)圖旋偏角最大為15°,在同一航線上連續(xù)達(dá)到最大旋偏角的像片數(shù)應(yīng)小于三片,在一個(gè)攝區(qū)內(nèi)最大旋偏角的數(shù)量不得大于像片總數(shù)的4%。
航線彎曲度:應(yīng)小于1%。
航高:同一航線上相鄰像片的航高差應(yīng)小于30 m,最大航高與最小航高之差應(yīng)小于50 m。
(4)影像質(zhì)量
在保證足夠曝光量的情況下,為了減小像點(diǎn)位移、鏡頭漸暈的影響,提高影像的信噪比,應(yīng)綜合考慮航攝時(shí)的氣象條件、航高等因素,選擇最佳的曝光參數(shù)。一般情況下,可以按照下述順序進(jìn)行設(shè)置:足夠短的曝光時(shí)間滿足像點(diǎn)位移限制;適當(dāng)縮小光圈以減小漸暈和增加景深。
2.2.2地面分辨率(GSD)的確定
為滿足古爾圖河山區(qū)河段1∶2000比例尺地形圖測(cè)量的精度要求,確定地面分辨率為0.17 m。
2.2.3實(shí)施方案
本次數(shù)字航空攝影采用基于GPS輔助空中三角測(cè)量技術(shù)的攝影方案,GPS輔助空中三角測(cè)量流程如圖2所示。
(1)定位系統(tǒng)
航攝定位系統(tǒng),配置Trimble 5700 GPS、高性能穩(wěn)定計(jì)算機(jī)。飛機(jī)機(jī)艙頂部安裝GPS天線,前置放大器和天線電纜連接后安置在機(jī)艙內(nèi),并與機(jī)艙內(nèi)的 GPS 接收機(jī)進(jìn)行連接。
(2)航攝飛行
為了保證 GPS數(shù)據(jù)的質(zhì)量,在航攝飛行中盡量保持飛機(jī)姿態(tài)的平穩(wěn),轉(zhuǎn)彎半徑要大,飛機(jī)傾斜角不得大于5°,以防止GPS信號(hào)失鎖。
(3)影像數(shù)據(jù)處理
影像數(shù)據(jù)處理主要包括畸變差改正、勻光處理、影像拼接、勻色處理等,通過(guò)處理得到SWDC-4數(shù)字航攝儀航測(cè)成果,作為后續(xù)內(nèi)業(yè)航測(cè)數(shù)字化成圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
畸變差改正:依據(jù)像機(jī)檢校結(jié)果,利用畸變差改正軟件,進(jìn)行畸變差改正,得到無(wú)畸變差的航攝影像。
勻光處理:由于光照不均勻等原因,像片通常存在漸暈、色差等多種形式影像灰階不均,應(yīng)用 DUX勻光軟件可對(duì)其進(jìn)行消除。
影像拼接:應(yīng)用虛擬中心投影影像拼接軟件,把成對(duì)的上下兩個(gè)或四象限位置的四個(gè)同名曝光點(diǎn)的影像拼接成一個(gè)虛擬中心投影影像,以滿足數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的采集要求。
勻色處理:為了保持整個(gè)攝區(qū)影像色彩的協(xié)調(diào)一致,影像拼接完成后,需對(duì)攝區(qū)內(nèi)影像進(jìn)行勻色處理。采用 Photoshop 軟件的曲線調(diào)整方式調(diào)整單幀影像的顏色、亮度等參數(shù),以航帶為單位,按相鄰影像重疊區(qū)域進(jìn)行色彩一致性調(diào)整。
(4)攝站點(diǎn)坐標(biāo)解算
機(jī)載Trimble 5700 GPS采集的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)為T01文件,通過(guò)軟件轉(zhuǎn)換為dat文件。
通過(guò)GPS概略處理,能夠?qū)PS原始觀測(cè)dat文件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式(Rinex)的O文件和N文件,并分離出觸發(fā)事件(Event)TXT 文件,為 GPS 數(shù)據(jù)精處理(PPP解算)和Mark點(diǎn)內(nèi)插做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
應(yīng)用Trip 軟件,采用精密單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行 GPS 數(shù)據(jù)處理,得到攝站點(diǎn)坐標(biāo)文件。
2.3像片控制測(cè)量
2.3.1像控點(diǎn)的布設(shè)及選刺
像控點(diǎn)采用每隔12~15條基線布設(shè)一對(duì)平高點(diǎn),野外控制點(diǎn)應(yīng)以判點(diǎn)為主,刺點(diǎn)為輔,平高控制點(diǎn)的實(shí)地判點(diǎn)精度為圖上0.1 mm,點(diǎn)位目標(biāo)應(yīng)選在地面高程變化較小,影像清晰的明顯地物上,宜選在交角良好的細(xì)小線狀地物交點(diǎn)、明顯地物折角頂點(diǎn)。
2.3.2像控點(diǎn)的測(cè)量精度
1∶2000地形圖像片平高控制點(diǎn)相對(duì)于鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不得超過(guò)相應(yīng)比例尺地形圖地物點(diǎn)平面位置中誤差的1/5。高程中誤差不的超過(guò)相應(yīng)等級(jí)地形圖基本等高距的1/10。
2.3.3像控點(diǎn)的平面、高程測(cè)量
平面和高程測(cè)量主要采用單基準(zhǔn)站 RTK 測(cè)量、 GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)施測(cè)。
山體陡峻、溝谷縱橫人員行進(jìn)困難處可采用交會(huì)法實(shí)測(cè),山地、高山地交會(huì)邊長(zhǎng)不應(yīng)大于圖上800 mm (即:1.6 km);前方交會(huì)應(yīng)采用3組圖形計(jì)算,3組點(diǎn)位坐標(biāo)較差不應(yīng)超過(guò)圖上±0.3 mm(即:±0.6 m),高程較差不應(yīng)超過(guò)圖上±0.5 mm(即:±1.0 m)。各交會(huì)點(diǎn)的交會(huì)角不應(yīng)小于30°或大于150°,交會(huì)起算點(diǎn)不能在一條直線附近。
2.4航測(cè)內(nèi)業(yè)
2.4.1作業(yè)方法及基本要求
(1)空中三角測(cè)量采用Geolord—AT 自動(dòng)空中三角測(cè)量軟件進(jìn)行量測(cè)并整體平差,空三作業(yè)各項(xiàng)限差按“航內(nèi)規(guī)范”規(guī)定執(zhí)行。
(2)定向限差要求見(jiàn)表3所列。
2.4.2數(shù)字線劃圖(DLG)數(shù)據(jù)生產(chǎn)
(1)技術(shù)路線與作業(yè)流程
采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站JX4-G進(jìn)行立體測(cè)圖數(shù)據(jù)的采集;采用Cmap地形圖編輯軟件進(jìn)行DLG采集數(shù)據(jù)要素的圖形編輯。數(shù)字線劃圖(DLG)數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程如圖3所示。
(2)地物要素的表示與取舍
地物要素表示與取舍應(yīng)以滿足用圖需要為前提,以要素重要程度,圖面載負(fù)量,以及保持實(shí)地特征、兼顧地域特點(diǎn)為原則。表示與取舍應(yīng)符合“圖式”的有關(guān)規(guī)定。
(3)數(shù)據(jù)采集基本要求
立體模型的測(cè)圖范圍不應(yīng)超出該模型測(cè)圖定向點(diǎn)連線外1 cm,且離像片邊緣不小于1.5 cm。自由圖邊的圖上應(yīng)測(cè)出圖廓外1 cm。立體測(cè)圖對(duì)能夠準(zhǔn)確判讀的地物、地貌要素,應(yīng)全部采集,對(duì)不能準(zhǔn)確判讀的要素(包括隱蔽地區(qū)、陰影部分和小的獨(dú)立地物)應(yīng)盡量采集,并做出標(biāo)記,由調(diào)繪確認(rèn)。
(4)線劃圖(DLG)內(nèi)業(yè)后期編輯作業(yè)
圖形編輯采用 CMAP地圖編輯軟件,其圖件文件為DWG格式。圖形編輯在航測(cè)內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)源及外業(yè)調(diào)繪的各類信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行。各種注記的大小、層、色、線寬按相應(yīng)要求進(jìn)行。在編輯過(guò)程中,要做到符號(hào)規(guī)范、地物、地貌關(guān)系恰當(dāng)、合理,各要素的關(guān)系協(xié)調(diào)。
(5)立體量測(cè)數(shù)據(jù)其他要求
內(nèi)業(yè)成圖過(guò)程中如果立體模型存在變形和視差,會(huì)導(dǎo)致測(cè)圖時(shí)模型與模型接邊處等高線接邊差較大。凡遇上述情況時(shí)在認(rèn)真檢查模型定向的基礎(chǔ)上以模型控制點(diǎn)連線定義作業(yè)區(qū)范圍,按規(guī)范的要求嚴(yán)禁超描作業(yè)并對(duì)模型與模型接邊處等高線接邊差較大處進(jìn)行過(guò)渡,測(cè)圖時(shí),曲線繪制按周圍地勢(shì)整體考慮,即忽略變形處。
地物一般采用判讀法測(cè)繪,地物的性質(zhì)、數(shù)量以調(diào)繪為準(zhǔn),位置形狀以模型為準(zhǔn),避免出現(xiàn)錯(cuò)漏、位移、變形。如遇調(diào)繪片與模型嚴(yán)重不符時(shí),由外業(yè)有關(guān)人員確認(rèn)后,內(nèi)業(yè)可根據(jù)外業(yè)意見(jiàn)測(cè)繪地物、地貌。
(6)圖形數(shù)據(jù)編輯
依照要素選取原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,做到不失真、主次有別、層次分明,要素不得重復(fù)數(shù)字化,全面檢查和修改各類定位錯(cuò)誤、遺漏、拓?fù)溴e(cuò)誤、圖層錯(cuò)誤、屬性錯(cuò)誤、要素關(guān)系錯(cuò)誤、幾何圖形問(wèn)題等錯(cuò)、漏現(xiàn)象。
2.5地形圖數(shù)學(xué)精度檢測(cè)
對(duì)地形圖分幅圖按比例抽樣進(jìn)行外業(yè)檢測(cè)。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)檢測(cè)圖幅均勻分布,檢測(cè)點(diǎn)每幅圖內(nèi)20~50點(diǎn),外業(yè)檢測(cè)采用RTK技術(shù)進(jìn)行,形成外業(yè)檢測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件,作精度統(tǒng)計(jì)。因本測(cè)區(qū)規(guī)則地物極為稀少,平面精度檢測(cè)條件不足,只對(duì)高程精度進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)檢測(cè)地形圖圖幅內(nèi)等高線高程中誤差為:±0.7 m ,小于規(guī)范限差±2.0 m 的要求,由精度可以看出地形圖數(shù)學(xué)精度良好,成果可靠,最后輸出地形圖提供設(shè)計(jì)人員使用。
3結(jié)束語(yǔ)
本論述是基于航空攝影測(cè)量技術(shù),在古爾圖河山區(qū)河段規(guī)劃建設(shè)工程中地形圖的測(cè)繪工作中的應(yīng)用,論述航空攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
[1]毛久常,趙世軍.遙感及航空攝影測(cè)量中的新技術(shù)探討[J].智能城市,2020,6(20):21-22.
[2]萬(wàn)阿芳.構(gòu)架航線在大比例尺航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].國(guó)土資源導(dǎo)刊,2020,17(1):74-78.
[3]王瑜,周松,高文濤,等.低空GPS輔助空中三角測(cè)量精度分析[J].測(cè)繪與空間地理信息,2019,42(12):190-192.
[4]郝現(xiàn)琴,郝憲國(guó),戴柱,等.GPS-IMU輔助航空攝影測(cè)量誤差來(lái)源分析與精度優(yōu)化[J].測(cè)繪與空間地理信息,2018,41(4):124-127.
[5]黃永誠(chéng),李瑤,邱平武.航空攝影測(cè)量技術(shù)在水利地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用[J].華北自然資源,2021(3):70-71.