航空攝影測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

方玉球

一、概述

全數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，已進(jìn)入實用化階段，目前我國有相當(dāng)一部分測繪單位陸續(xù)引進(jìn)了全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng),并逐步形成生產(chǎn)能力。安徽省水利水電勘測設(shè)計院于2005年引進(jìn)全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，至今已完成了多項大型工程地形圖測量。本文以青弋江分洪道工程地形圖測量為實例，淺談航空攝影測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用。

二、工程要求及航測影像資料概況

青弋江分洪道工程位于安徽省蕪湖市境內(nèi)，工程呈帶狀分布，長約80km，寬約3km。要求測量1∶2000帶狀地形圖，在工程樞紐地方測量1∶1000工點圖。測區(qū)為平原圩區(qū)，房屋樹木較多，河流水塘密集，宜于冬季拍攝。2008年12月采用UltraCamX航攝相機在測區(qū)上空由南向北和由西北向東南兩個方向分13條航線拍攝了547張1∶16000彩色航片。像幅尺寸為193mm×295mm，地面分辨率為0.12m，航片影像清晰，地物地貌易分辨。航片航向重疊絕大部分大于60%，旁向重疊大于30%。

三、像片控制點內(nèi)業(yè)布置和外業(yè)采集刺繪

在此次工程地形圖測量中，測量單位事先在航片上共布設(shè)了189個像控點。在像控點布設(shè)方案上采用沿飛機航向方向間隔3～4條基線布設(shè)1個平高點，沿旁向間隔1條基線布設(shè)1個平高點。而像控點布設(shè)在航向3片重疊范圍內(nèi)；若上下相鄰航線公用,則還布設(shè)在旁向6片或5片重疊范圍內(nèi)。布設(shè)的所有像控點距像片邊緣都大于1.5cm，且像控點選在旁向重疊中線附近，當(dāng)離開方位線距離小于4.5cm時，則上下相鄰航線都分別布點。當(dāng)旁向重疊過小，上下相鄰航線的像控點不能公用時，也分別布點。若遇到像主點、標(biāo)準(zhǔn)點位落水，但落水范圍的大小和位置不影響模型連接時，可視為正常布點；否則應(yīng)進(jìn)行全野外布點。當(dāng)所有像控點都在內(nèi)業(yè)布置好后再進(jìn)行外業(yè)采集和刺繪。

由于事先已在航區(qū)內(nèi)做好了14個C級GPS控制點，并都接測了四等水準(zhǔn)。根據(jù)已有控制資料，把WGS-84坐標(biāo)系與測區(qū)內(nèi)的大地坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換參數(shù)采用七參數(shù)內(nèi)業(yè)點校正，經(jīng)外業(yè)檢查，其精度滿足航測像控點精度要求。并采用S86型RTK來采集像控點平面坐標(biāo)和高程。根據(jù)內(nèi)業(yè)布設(shè)的像控點與野外實地查看位置相比較，選擇明確辨認(rèn)的位置來刺點。刺點誤差和刺孔直徑都不大于0.1mm。像控點一般選在高程變化較小、近于直角且又水平的線狀地物的交點或地物拐角上，如道路交叉點、圍墻或平臺的拐角點等，只有少數(shù)點位刺在平房頂拐角上。所有像控點在現(xiàn)場繪制了點位略圖。為便于在內(nèi)業(yè)處理時方便辨別所刺點位，還用數(shù)碼相機現(xiàn)場拍照刺點位置。像控點點位刺孔都由第二人在實地進(jìn)行全面檢查。

四、自動空中三角測量、數(shù)字地形圖測繪及其外業(yè)調(diào)繪

在空中三角測量中，選用的是VirtuoZo-AAT空三平差軟件來進(jìn)行。自動空三量測（AATM）模塊除半自動量測控制點及調(diào)點之外，其他所有作業(yè)（包括選取加密點、加密點轉(zhuǎn)點、相對定向、模型連接等）都可自動完成。采用PAT-B光束法平差程序進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)整體平差。因為航片是用UCX數(shù)碼相機拍攝的，不需要進(jìn)行內(nèi)定向操作。模型連接較差（選用解析測圖儀聯(lián)機空中三角測量加密模式）均符合下列公式要求：

式中：ΔS——平面位置較差（m）；

ΔZ——高程較差（m）；

f——航攝儀焦距（mm）；

m——像片比例尺分母；

b——像片基線長度（mm）。

在航片的調(diào)點過程中由于進(jìn)行人工干預(yù)比較多，人為因素程度比較大，該過程進(jìn)行的質(zhì)量控制結(jié)果如表1。

而加密點相對于最近的像控點在圖上的中誤差，平面均小于0.40mm，高程均小于0.24 m。平差過程中選取均勻分布像控點，而對于控制點不符值都及時到外業(yè)進(jìn)行復(fù)測檢查。

在數(shù)字地形圖測繪中，VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)是利用計算機代替解析測圖儀，用數(shù)字影像代替模擬像片，用數(shù)字光標(biāo)代替光學(xué)光標(biāo)，直接在計算機上按解析測圖儀的作業(yè)方法進(jìn)行數(shù)字測圖。地形圖高程采用全注記。地形圖等高距為0.5m，測繪的等高線是用測標(biāo)切準(zhǔn)模型描繪。對地形、地物要素進(jìn)行采集時，測標(biāo)中心準(zhǔn)確切準(zhǔn)地形地表、地物外輪廓，地物平面位置圖誤差小于±0.6mm，高程注記點的高程誤差小于±0.14m，圖幅等高線高程誤差小于±0.17m。

在數(shù)字地形圖測繪完后及時進(jìn)行了外業(yè)調(diào)繪。先從VirtuoZo中生成DXF格式的不帶符號數(shù)字線劃圖進(jìn)行內(nèi)業(yè)初步編輯，套合正射影像圖打印輸出白紙圖，再進(jìn)行野外調(diào)繪。外業(yè)調(diào)繪采用南方S86型GPS-RTK1+2作業(yè)模式。外業(yè)調(diào)繪、補測和檢查同步進(jìn)行。在野外調(diào)繪圖時，以實地為準(zhǔn)，配合正射影像圖來現(xiàn)場修改線劃圖。補繪航內(nèi)漏測無影像、無法定性及難以準(zhǔn)確判讀的地物，如高壓線桿（電壓數(shù)）、通訊線、各種地下管道、地下光纜等，以及線路、管道、水工建筑物參數(shù)、行政區(qū)劃界線等。在外業(yè)調(diào)繪過程中,現(xiàn)場采集了2000多個明顯地物的平面坐標(biāo)和高程點與地形圖上繪制點進(jìn)行比較：平面坐標(biāo)的平均較差約為0.15m，最大較差為0.3m，而有70%的高程點較差小于0.1m,有5%的高程點較差大于0.3m，有的甚至達(dá)到0.6m。分析原因是：大部分是由于在內(nèi)業(yè)制圖過程中切取點位不合理造成的，少數(shù)點切取到地面植被上。當(dāng)外業(yè)調(diào)繪圖完后，從VirtuoZo中生成DXF格式的不帶符號數(shù)字線劃圖，結(jié)合野外調(diào)繪圖進(jìn)行符號化編輯，分幅接邊并進(jìn)行圖廓整飾。最后采用南方cass6.1制圖軟件進(jìn)行地形圖編輯。

表1 質(zhì)量控制表

五、經(jīng)驗和體會

1.就航測地形圖精度來看，平面位置成圖精度比較高，可以滿足大比例尺成圖的要求，但是高程精度相對比較差，主要是切取高程點時選取位置不合理，分不清地面地物及其他一些原因造成的。但隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，航測的高程精度將可以滿足各種大比例尺成圖的要求。

2.當(dāng)前的水利工程制圖工作主要還是通過外業(yè)人員在野外直接采集坐標(biāo)點進(jìn)行繪制。而數(shù)字?jǐn)z影測量只要內(nèi)業(yè)測圖,外業(yè)調(diào)繪，可減少大量野外工作，提高勞動效率，減少勞動強度。同時可以將大量的外業(yè)測量工作移到室內(nèi)完成，成圖速度快且成本低，不受氣候和季節(jié)的限制。

3.對于小面積地區(qū)地形測量，當(dāng)前還是常規(guī)測量占有優(yōu)勢。但對于大面積水利工程建設(shè)地形測量，如山區(qū)水庫庫區(qū)、河流及其大型水利樞紐工程等，航空攝影測量技術(shù)就能發(fā)揮它的絕對優(yōu)勢