低空攝影測(cè)量高程數(shù)據(jù)處理探討

胡吉倫，徐 輝

(中南電力設(shè)計(jì)，湖北 武漢 430071)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展，航空攝影測(cè)量技術(shù)現(xiàn)已成為各行各業(yè)測(cè)繪各種比例尺地形圖的首選技術(shù)，在電力勘測(cè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離高壓輸電線路勘測(cè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，但在火電廠、變電所等小面積范圍進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)量中，由于航攝成本高、空域管制等因素，始終未能得到廣泛的應(yīng)用。

隨著數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，低空攝影測(cè)量技術(shù)的研究與應(yīng)用已成必然趨勢(shì)，它是一種基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取手段。主要分為數(shù)碼相機(jī)檢校、外業(yè)數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個(gè)步驟。相機(jī)檢校采用室外控制場(chǎng)檢校法;外業(yè)包括控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)和影像獲取，控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)可采用常規(guī)控制測(cè)量手段，影像信息采用大面陣非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)獲取，能直接獲取大幅面數(shù)字影像，數(shù)碼相機(jī)以超輕型飛機(jī)為平臺(tái)并配以穩(wěn)定裝置；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括數(shù)字影像零級(jí)處理和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(以下簡(jiǎn)稱數(shù)字工作站) 處理,其中數(shù)字工作站處理主要包括攝影測(cè)量數(shù)學(xué)解析(數(shù)字定向) 、矢量測(cè)圖及4D 產(chǎn)品制作等。具體流程見圖1 。

圖1 低空攝影測(cè)量流程圖

低空攝影測(cè)量采用較為簡(jiǎn)易的航空攝影測(cè)量遙感平臺(tái)，采用普通的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行影像獲取，飛行高度低于1000m，場(chǎng)地限制少，適用于小范圍地形圖測(cè)量。但低空攝影測(cè)量與傳統(tǒng)的攝影測(cè)量相比，攝影平臺(tái)穩(wěn)定性較差，采用的非量測(cè)相機(jī)鏡頭畸變較大，航攝比例尺大導(dǎo)致幾何變形大，事后數(shù)據(jù)處理難度大，獲取的數(shù)字影像所建模型的高程誤差較大，難以滿足大比例尺工程用圖的要求。為了確保地形圖的高程精度，需要利用野外實(shí)測(cè)高程點(diǎn)對(duì)航測(cè)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。如何對(duì)低空攝影高程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，滿足工程測(cè)量大比例尺用圖的要求，我們?cè)谌A能正寧電廠一期地形圖測(cè)量項(xiàng)目中進(jìn)行了有效嘗試，取得了良好的效果。

2 高程數(shù)據(jù)處理

華能正寧電廠一期項(xiàng)目，工程用圖測(cè)量范圍，包括廠區(qū)和灰場(chǎng)部分約有10個(gè)平方公里的面積，測(cè)圖比例尺1∶1000，采用無人機(jī)低空飛行攝影測(cè)量技術(shù)，使用相機(jī)為佳能450D(Canon EOS 450D Mark II (36×24 mm))，飛行高度500米，航向重疊60%，旁向重疊30%，采用武漢大學(xué)遙感院研制開發(fā)的新一代航空航天數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量處理平臺(tái)：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(Digital Photogrammetry Grid-DPGrid)進(jìn)行本次的內(nèi)業(yè)加密。其空三加密精度為：平面：±0.3m ，高程：±0.3m。

由于測(cè)區(qū)主要為平坦地形，按規(guī)范規(guī)定：注記點(diǎn)高程中誤差為±0.2m。因此，成圖精度不能滿足規(guī)范要求。

為了提高高程精度，根據(jù)空三加密結(jié)果，在正射影像圖或鑲嵌圖上設(shè)計(jì)野外高程檢查的點(diǎn)位，檢查點(diǎn)包圍整個(gè)測(cè)區(qū)，對(duì)誤差較大的模型重點(diǎn)檢查。在JX4數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)下生成數(shù)字地形圖(草圖)，使用紙質(zhì)打印后，再到測(cè)區(qū)進(jìn)行布設(shè)檢查點(diǎn)位的測(cè)量、野外調(diào)繪、電力線及管線等補(bǔ)測(cè)，計(jì)算內(nèi)外業(yè)高程差值，根據(jù)差值進(jìn)行區(qū)域面狀線性擬合。其具體做法是：在中南電力設(shè)計(jì)開發(fā)的《大比例尺地形圖測(cè)圖軟件》(PowerMap)中讀入JX4線劃圖，再讀入野外測(cè)量數(shù)據(jù)，在PowerMap地形圖軟件中計(jì)算野外測(cè)量數(shù)據(jù)與JX4內(nèi)業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的平面和高程差值，并將結(jié)果輸出。

內(nèi)外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)差值采用如下方法進(jìn)行計(jì)算：對(duì)于平面檢核點(diǎn)，在PowerMap軟件中建立與航測(cè)內(nèi)業(yè)點(diǎn)的匹配關(guān)系，利用兩個(gè)的坐標(biāo)計(jì)算X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和距離差值；對(duì)于高程檢核點(diǎn)，需要對(duì)航測(cè)內(nèi)業(yè)高程點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)(TIN，德勞內(nèi)三角形)，利用TIN解析實(shí)測(cè)點(diǎn)位的航測(cè)內(nèi)業(yè)高程，將此高程與外業(yè)實(shí)測(cè)高程進(jìn)行比較。依此方法對(duì)所有實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并輸出。

本工程項(xiàng)目中的部分檢測(cè)數(shù)據(jù)差值見表1。

表1 部分檢測(cè)數(shù)據(jù)差值

(續(xù)表1)

計(jì)算高程中誤差為m=±0.41。

從計(jì)算結(jié)果看，地形圖高程精度不能滿足規(guī)范規(guī)定的1∶1000地形圖平地高程中誤差0.2m的要求。為此，必須對(duì)航測(cè)內(nèi)業(yè)高程點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。我們處理的方法是：對(duì)輸出的差值結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)航測(cè)內(nèi)業(yè)高程點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域線性擬合，再結(jié)合野外調(diào)繪及檢測(cè)數(shù)據(jù)生成1∶1000地形圖。

航測(cè)內(nèi)業(yè)高程點(diǎn)區(qū)域線性擬合方法見圖2。

圖2 航測(cè)內(nèi)業(yè)高程點(diǎn)區(qū)域線性擬合方法

如圖2 所示，1、2、3、4點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)，dH1、dH2、dH3、dH4為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的高差值(外業(yè)高程-內(nèi)業(yè)高程)，P1、P2分別為兩個(gè)三角形的角平分線交點(diǎn)，對(duì)1、2、3、4點(diǎn)封閉區(qū)域的高程點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，假定該區(qū)域內(nèi)的高程誤差呈線性分布，如1、3點(diǎn)間測(cè)點(diǎn)P , 測(cè)點(diǎn)P投影到直線1-3的垂點(diǎn)為O，P點(diǎn)的高差值處理，以垂點(diǎn)O到1或3點(diǎn)的距離進(jìn)行線性內(nèi)插，修改P點(diǎn)的高程值，同理，修改該區(qū)域內(nèi)其它高程點(diǎn)。

表2 世面部分檢測(cè)數(shù)據(jù)

其具體做法是：在PowerMap環(huán)境中，先讀入JX4線劃圖，再讀入野外測(cè)量數(shù)據(jù)，將野外測(cè)量數(shù)據(jù)連成三角網(wǎng)，對(duì)三角網(wǎng)圖進(jìn)行編輯確認(rèn)，然后進(jìn)行區(qū)域線性擬合。

我們對(duì)擬合改正后的高程點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地再次檢測(cè)，其高程差值的絕對(duì)值均小于0.3m，統(tǒng)計(jì)計(jì)算高程誤差為：±0.15m。

部分檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)高程中誤差為m=±0.15m，規(guī)范規(guī)定高程中誤差：1∶1000，平地為0.2m，滿足測(cè)量規(guī)范的要求。

3 結(jié)語

通過這次試驗(yàn)，經(jīng)過面狀線性擬合數(shù)據(jù)處理后的地形圖高程精度明顯提高，其高程精度滿足規(guī)范要求。這種處理方法還可以用于一般航攝成圖的高程數(shù)據(jù)處理。

[1]張祖勛，張劍清 .數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1997.

[2]袁修孝.GPS 輔助空中三角測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：測(cè)繪出版社,2001.

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