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        無地面基站機(jī)載GNSS 輔助航攝技術(shù)在DLG生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2023-11-11 07:55:44嚴(yán)亞敏
        陜西水利 2023年11期

        嚴(yán)亞敏

        (陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001)

        陜西省東莊水庫供水工程涉及陜西省關(guān)中地區(qū)西安、銅川、咸陽和渭南4 個地級市的18 個縣(區(qū)),供水對象包含農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)、石川河生態(tài)補(bǔ)水三類共10 項(xiàng);農(nóng)業(yè)灌溉為涇惠渠灌區(qū)145.3 萬畝農(nóng)灌;城鎮(zhèn)及工業(yè)園供水包括銅川新區(qū)、西咸新區(qū)(渭北的空港、秦漢、涇河三個新城)、三原縣城、富平縣城及其莊里、深陜工業(yè)區(qū)共8 個供水對象;生態(tài)補(bǔ)水為石川河河道。根據(jù)批復(fù),設(shè)計(jì)年供水量4.35 億m3。

        供水工程包括北線工程、中線工程和南線工程3 部分,線路長約150 km,平均測圖寬度約1.2 km,線路及各處建筑物測圖面積約180 km2,采用常規(guī)無人機(jī)數(shù)字低空攝影技術(shù)需要布設(shè)大量的像控點(diǎn);同時大部分線路位于渭北地區(qū),山川塬交錯、溝梁峁縱橫,像控點(diǎn)測量難度大,工期長。

        本項(xiàng)目利用CW-25E 與飛思可量測相機(jī)(PhaseOne IXURS 1000)集成航攝系統(tǒng),采用無地面基站機(jī)載GNSS 輔助航攝技術(shù)及“構(gòu)架航線”像控點(diǎn)布設(shè)方法,極大地減少了像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量和難度,高效保質(zhì)保量地完成了陜西省東莊水庫供水工程1∶1000 數(shù)字線劃圖(DLG)生產(chǎn)。該技術(shù)主要是利用安裝在航攝飛機(jī)上與航攝儀固連的GNSS 差分模塊,連續(xù)接受GNSS 衛(wèi)星信號及航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖信號,控制相機(jī)曝光時間并記錄像片pos 數(shù)據(jù),經(jīng)GNSS 載波相位測量動態(tài)定位技術(shù)的數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標(biāo),然后將其視為帶權(quán)觀測值引入攝影測量區(qū)域平差中,逐條航線進(jìn)行航攝漂移誤差改正,采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來整體確定地面目標(biāo)點(diǎn)和像片方位元素[1]。該技術(shù)的主要優(yōu)勢:僅需在測圖航線與構(gòu)架航線交叉處各布設(shè)一個平高控制點(diǎn),大量減少空三加密計(jì)算對地面像控點(diǎn)數(shù)量的需求,增加了像控點(diǎn)布設(shè)的靈活性,節(jié)約了設(shè)備和人力的投入成本。

        1 航攝系統(tǒng)集成

        使用CW-25E 無人機(jī)作為飛行平臺,在任務(wù)倉中安裝三軸云臺和GNSS 差分模塊,將飛思相機(jī)(IXU-RS 1000)安置在三軸云臺上,完成航攝系統(tǒng)集成[2]。GNSS 差分模塊用于控制相機(jī)曝光時間并記錄像片pos 數(shù)據(jù)。CW-25E 無人機(jī)性能參數(shù)見表1。PhaseOne IXU-RS 1000 相機(jī)性能參數(shù)見表2。

        表1 CW-25E 無人機(jī)性能參數(shù)

        表2 PhaseOne IXU-RS 1000 相機(jī)性能參數(shù)

        2 航線及像控點(diǎn)布設(shè)

        本項(xiàng)目測圖比例尺為1∶1000,地面分辨率應(yīng)優(yōu)于0.1 m。依照測區(qū)的地形條件,本項(xiàng)目共分24 個攝區(qū),測圖航線航向覆蓋應(yīng)超出攝區(qū)邊界線不少于兩條基線(3 片)、旁向覆蓋應(yīng)超出攝區(qū)邊界線不少于像幅的30%,航向重疊度大于70%,旁向重疊度大于40%。采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)法。

        2.1 常規(guī)航線及像控點(diǎn)布設(shè)方法

        根據(jù)《低空數(shù)字航攝與數(shù)據(jù)處理規(guī)范》(GB/T 39612-2020)規(guī)定:

        (1)無GNSS 或IMU/GNSS 輔助航攝情況下,航向相鄰控制點(diǎn)的基線跨度一般不應(yīng)超過4 條基線,旁向相鄰控制點(diǎn)的基線跨度一般不應(yīng)超過3 條基線。經(jīng)計(jì)算,航向基線長度157 m,旁向航線間距418 m,即航向每間隔約628 m 布設(shè)1 個像控點(diǎn),旁向每間隔約1254 m 布設(shè)1 個像控點(diǎn),全線需布設(shè)像控點(diǎn)約500 點(diǎn),布設(shè)檢查點(diǎn)約125 點(diǎn)。

        (2)GNSS 或IMU/GNSS 輔助航攝情況下,航向相鄰控制點(diǎn)的基線跨度一般不應(yīng)超過15 條基線,旁向相鄰控制點(diǎn)的基線跨度一般不應(yīng)超過6 條基線,即航向每間隔約2355 m 布設(shè)1 個像控點(diǎn),旁向每間隔約2508 m 布設(shè)1 個像控點(diǎn),全線需布設(shè)像控點(diǎn)約125 點(diǎn),布設(shè)檢查點(diǎn)約32 點(diǎn)。

        2.2 無地面基站機(jī)載GNSS 輔助航攝技術(shù)及“構(gòu)架航線”像控點(diǎn)布設(shè)方法

        (1)航線布設(shè)

        在每個攝區(qū)分別布設(shè)測圖航線和構(gòu)架航線,為便于像控點(diǎn)布設(shè),構(gòu)架航線可任意布設(shè),但與測圖航線必需立體交叉覆蓋。

        (2)像控點(diǎn)布設(shè)

        像控點(diǎn)布設(shè)在測圖航線與構(gòu)架航線交叉處約50 m 范圍內(nèi)[3],相鄰攝區(qū)間的像控點(diǎn)和構(gòu)架航線可根據(jù)地形條件共用。該方法像控點(diǎn)間距在旁向及航向均可達(dá)到20 km,本項(xiàng)目布設(shè)18 個像控點(diǎn)即可。由于航攝空域航高限制,相對航高較低;同時該項(xiàng)目為線狀供水工程且分批實(shí)施航攝,本測區(qū)實(shí)際布設(shè)平高像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)99 個,像控點(diǎn)最大航向間距16 km。像控點(diǎn)布設(shè)方法與分區(qū)及測區(qū)航線見圖1。

        圖1 分區(qū)航線與像控點(diǎn)布設(shè)示意圖

        3 航攝與像控點(diǎn)測量

        3.1 航攝主要技術(shù)要求

        (1)地面分辨率優(yōu)于0.1 m;

        (2)相對航高600 m~700 m;

        (3)航向重疊度大于70%,旁向重疊度大于40%;構(gòu)架航線航向重疊度為80%;

        (4)像片傾角:一般不大于2°,個別最大不超過4°;

        (5)像片旋偏角:像片旋偏角不大于15°,在確保航向旁向重疊度滿足要求的情況下,不大于25°;

        (6)航線彎曲度:航線彎曲度一般不大于1%。

        3.2 像控點(diǎn)測量

        像控點(diǎn)采用基于陜西省連續(xù)運(yùn)行參考站及似大地水準(zhǔn)面精化模型的GNSS 高程測量方法進(jìn)行測量。

        4 空三加密計(jì)算

        4.1 空三加密計(jì)算流程

        外業(yè)像片控制點(diǎn)測量完成后,采用專業(yè)航測軟件Imagnation,按《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》(GB/T 23236-2009)中的相關(guān)要求進(jìn)行空三加密計(jì)算。經(jīng)GNSS 載波相位測量動態(tài)定位技術(shù)的數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標(biāo),然后將其視為帶權(quán)觀測值引入攝影測量區(qū)域平差中,逐條航線進(jìn)行航攝漂移誤差改正,采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來整體確定地面目標(biāo)點(diǎn)和像片方位元素??杖用芄ぷ髁鞒倘缦拢?/p>

        (1)建立測區(qū)目錄及準(zhǔn)備測區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):測區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)文件、測區(qū)信息文件、攝影相機(jī)信息文件、控制點(diǎn)大地坐標(biāo)信息文件。

        (2)制作金字塔影像,然后導(dǎo)入相機(jī)參數(shù),完成內(nèi)定向。

        (3)加密區(qū)內(nèi)航線間選取航線拼接點(diǎn)、每張航片選取標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位點(diǎn),進(jìn)行相對定向,即自動匹配內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)、構(gòu)建自由網(wǎng)。

        (4)刺像片控制點(diǎn),進(jìn)行絕對定向。

        (5)人工修測連接點(diǎn)的粗差,進(jìn)行光束法整體平差。

        (6)在完成加密測區(qū)與相鄰加密測區(qū)接邊后,輸出最后空三加密成果。

        4.2 空三加密精度檢查

        各分區(qū)空三加密精度統(tǒng)計(jì)見表3。

        表3 空三加密精度統(tǒng)計(jì)表 單位:m

        由表3 可知,像控點(diǎn)平面位置殘差均小于±0.30 m,高程殘差均小于±0.23 m;檢查點(diǎn)平面位置較差均小于±0.40 m,高程較差均小于±0.30 m,說明空三加密成果精度良好。

        5 數(shù)字線劃圖(DLG)數(shù)據(jù)采集及精度統(tǒng)計(jì)與分析

        將空中三角測量加密成果導(dǎo)入航天遠(yuǎn)景MapMatrix4.1 軟件中進(jìn)行定向建模,檢查相對定向及絕對定向精度,檢查結(jié)果滿足技術(shù)設(shè)計(jì)要求,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與編輯。

        采用GNSS-RTK 作業(yè)方法外業(yè)采集地形點(diǎn),采用同精度檢測方法對數(shù)字線劃圖(DLG)進(jìn)行精度檢查,圖幅等高線高程精度檢查結(jié)果見表4。

        表4 圖幅等高線精度檢查統(tǒng)計(jì)表 單位:m

        6 結(jié)語

        本文利用CW-25E 無人機(jī)搭載飛思相機(jī)(PhaseOne IXURS 1000)航攝系統(tǒng),采用無地面基站機(jī)載GNSS 輔助航攝技術(shù)+“構(gòu)架航線”像控點(diǎn)布設(shè)方法,極大地減少了像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量和難度,高效保質(zhì)保量地完成了陜西省東莊水庫供水工程1∶1000 數(shù)字線劃圖(DLG)生產(chǎn),該技術(shù)已在我省多個大中型水利工程大比例尺數(shù)字線劃圖(DLG)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。

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