航空攝影測量技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

于景杰

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

航空測繪是一種以飛行器為測量載體的測繪手段，目的是通過拍攝獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)而繪制大地坐標(biāo)。自20世紀(jì)80年代起，GPS技術(shù)開始應(yīng)用于航空攝影測量，這項(xiàng)技術(shù)能有效減少地面控制點(diǎn)，在忽略三角測量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)直接定向測圖，簡化了工作工序，進(jìn)而縮短了周期，降低了成本。這項(xiàng)測量系統(tǒng)正逐漸應(yīng)用于國際上眾多的航空攝影項(xiàng)目中，航空攝影測量與遙感技術(shù)相互之間配合，進(jìn)一步促進(jìn)了我國測繪行業(yè)的完善和發(fā)展。

1 航空測繪在我國的發(fā)展歷程

早在20世紀(jì)初期，北洋大學(xué)曾用攝影經(jīng)緯儀進(jìn)行過測量。1931年8月，國民黨政府為了測繪了我國一些地區(qū)的地形圖成立了專業(yè)的航測隊(duì)。新中國成立以后，航空測繪在水利、林業(yè)等部門的推廣下得到了飛速的發(fā)展。20世紀(jì)90年代以前，各省市制作1∶10000和1∶5000的地形圖，然后用得出的數(shù)據(jù)組成地形數(shù)據(jù)庫。21世紀(jì)發(fā)展到了三維城市電子地圖的制作。這些工作為建設(shè)為構(gòu)建數(shù)字國家做了良好的鋪墊。同時(shí)，近年來我國為了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的需要啟用了西部測圖計(jì)劃。

2 航空攝影測量技術(shù)和GPS測量技術(shù)

2.1 航空攝影測量技術(shù)

航空攝影測量(aerial photogrammetry)立體測圖的基本原理是投影過程的幾何反轉(zhuǎn)。航空攝影測量指是在飛機(jī)上用航攝儀器連續(xù)拍攝地面的地理圖像，結(jié)合地面控制點(diǎn)的測量坐標(biāo)完成相關(guān)測量數(shù)據(jù)。

2.2 GPSRTK動(dòng)態(tài)測量技術(shù)

GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量技術(shù)簡稱RTK，基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置用空間距離后方交會(huì)的方法，來確定待測點(diǎn)的位置。RTK采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，能夠得到厘米級定位的測量精度方法。具體作業(yè)方法:在基準(zhǔn)站上設(shè)置一臺GPS接收機(jī)，工作過程中接收機(jī)會(huì)及時(shí)將坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)等地理信息加以轉(zhuǎn)換，以參數(shù)形式輸入相應(yīng)的控制流動(dòng)站。基準(zhǔn)站和流動(dòng)站將彼此接收到的衛(wèi)星信號，控制手簿會(huì)及時(shí)處理這些數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將實(shí)測精度與預(yù)設(shè)精度加以區(qū)分比較，將測得的坐標(biāo)、高程及精度同時(shí)記錄進(jìn)手簿。

2.3 測繪地形圖的一般作業(yè)技術(shù)

2.3.1 外業(yè)像控點(diǎn)的測量

1)基準(zhǔn)站的選擇。流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間距離的增大，將會(huì)延長初始化的時(shí)間，甚至影響到測量的精度。所以在工作中，設(shè)置流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離要＜10 km。另外，設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要考慮到地形、地勢、以及地理景觀對測量數(shù)據(jù)的影響甚至干擾，可以采取提高架設(shè)基準(zhǔn)站天線的高度，從而緩解眾多方面的影響。

2)基準(zhǔn)站的校準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)站的校準(zhǔn)工作有2種不同的方式:①在已知點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)站，采用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接獲取該點(diǎn)的坐標(biāo)，并及時(shí)將控制點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS手簿，與此同時(shí)，將在各個(gè)流動(dòng)站上所采集的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的地理參數(shù);②取隨意擺放基準(zhǔn)站的方式，采集流動(dòng)站控制點(diǎn)上測量所得的地理坐標(biāo)。

2.4 航空攝影測量

航空攝影時(shí)一切工作的基礎(chǔ)，在此期間拍攝獲取的像片在后期成圖成圖過程中用著重要的意義，所以必須嚴(yán)格要求航空像片的質(zhì)量，嚴(yán)格規(guī)范航空攝影過程中的飛行行為。

航空時(shí)飛行質(zhì)量主要有以下5點(diǎn)要求:

1)像片的傾斜角。通過水準(zhǔn)器影象中氣泡判斷傾斜角，一般情況下，像片傾斜角應(yīng)＜3 b。若發(fā)現(xiàn)可疑，及時(shí)用攝影測量方法進(jìn)行抽查。

2)航攝比例尺與航高。航攝的比例尺在有傾斜，地形起伏情況下是一個(gè)復(fù)雜的問題。選定航攝機(jī)和航攝比例尺后，在作航攝計(jì)劃時(shí)，應(yīng)按預(yù)定航高 H飛行，其差異小于5%，同一航線內(nèi)的各個(gè)攝影站的航高在要控制偏差在50 m以內(nèi)。

3)像片重疊度。為使達(dá)到后期制作的要求，拍攝所得的像片要達(dá)到一定的數(shù)量，并且圖像之間應(yīng)有一定程度的重疊，這樣才能使像片覆蓋整個(gè)測區(qū)。航向重疊一般規(guī)定為60% ，且≥53%，≤75%;旁向重疊規(guī)定為30%，≥15%，≤50% 。重疊度小于最小限定值時(shí)，要增加飛行測量的航班，但測量也不要過于頻繁。

4)航線彎曲度。后期攝像圖片加工處理時(shí)，要求航線的圖像的彎曲度＜3%。

5)像片旋轉(zhuǎn)角。在同方向像片邊框與相鄰像片主點(diǎn)的連線之間會(huì)存在一個(gè)夾角，這個(gè)夾角叫做像片旋偏角，一般≤6 b。

2.5 航空攝像過程中的外業(yè)作業(yè)和內(nèi)業(yè)作業(yè)

2.5.1 外業(yè)工作

1)像片控制點(diǎn)聯(lián)測。像片控制點(diǎn)一般是航攝前在地面上布設(shè)的標(biāo)志點(diǎn)，也可選用像片上的明顯地物點(diǎn)(如道路交叉點(diǎn)等)，用普通測量方法測定其平面坐標(biāo)和高程。

2)像片調(diào)繪。像片調(diào)繪是圖像判讀、調(diào)查和繪注等工作的總稱，在像片上通過判讀，用規(guī)定的地形圖符號繪注地物、地貌等要素，測繪沒有影像的和新增的重要地物，注記通過調(diào)查所得的地名等。

3)調(diào)繪片。通過像片調(diào)繪所得到的像片稱為調(diào)繪片，調(diào)繪工作可分為室內(nèi)、野外和兩者相結(jié)合3種方法。

4)綜合法測圖。主要是在單張像片或像片圖上用平板儀測繪等高線。

2.5.2 內(nèi)業(yè)工作

對測圖控制點(diǎn)要進(jìn)行嚴(yán)格的加密。在地勢平坦的地區(qū)，通常狀況下采用輻射三角測量法，而建立空中三角網(wǎng)法一般會(huì)應(yīng)用在丘陵地和山地等地勢條件下。航空攝影測量的實(shí)質(zhì)，是將地面的中心投影圖像變換為正射投影圖像，可以采取圖解法、模擬法和解析法等多種途徑來解決。

3 航空攝影技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

3.1 埋石和選點(diǎn)

選點(diǎn)工作要按照設(shè)計(jì)圖紙的要求來做，為了準(zhǔn)確定位，選擇埋石地點(diǎn)時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng):①選擇埋石的點(diǎn)位置要考慮交通的方便，以利于以后的作業(yè)操作和安放設(shè)備;②選擇的位置要視野廣闊，避開大范圍水域或高大建筑物，高度角15°以上的空中無障礙物;③考慮到后續(xù)工作的需要，選點(diǎn)工作要謹(jǐn)慎而細(xì)心。

3.2 檢校場的布設(shè)方式

國際工程中，不同企業(yè)有不同的檢校場布設(shè)方案。根據(jù)我國的現(xiàn)狀，航測高度和攝區(qū)高度要保持在相同水平，如果采取直接定向法，攝區(qū)高度和飛行檢校場時(shí)的高度必須一致。

3.3 確定攝影比例和航高

為了達(dá)到要去的地形圖比例和實(shí)現(xiàn)精確度要求，測量各個(gè)階段要求盡量選擇性能較高的儀器。同時(shí)還要設(shè)計(jì)選擇合適的航攝比。在綜合考慮被測地區(qū)的地形條件，選擇使用使用儀器時(shí)，要嚴(yán)格遵循《1∶500，1∶1000，1∶2000 大比例尺地形圖航空攝影規(guī)范》的國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的航攝比例尺和成圖比例尺。

4 航空攝影技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

1)測量成圖精度比較高。但是，如果切取高程點(diǎn)時(shí)選取位置不合理就會(huì)造成高程精度較差的影響。3S技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使航測的高程精度達(dá)到了新的高度和水平。

2)目前，數(shù)字?jǐn)z影測量只是應(yīng)用于內(nèi)業(yè)測圖，外業(yè)調(diào)繪。通過數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)，可減少大野外工作，提高勞動(dòng)效率。同時(shí)大量工作可以轉(zhuǎn)移到室內(nèi)完成，成圖速度快、效率高。

3)在測量大面積的水利工程如山區(qū)水庫庫區(qū)地形、河流及其大型水利樞紐工程等的地形地貌時(shí)，航空攝影測量技術(shù)有著絕對優(yōu)勢。

［1］國家測繪總局.航測、制圖技術(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集［J］.測繪通報(bào)，1980.

［2］袁修孝.GPS輔助空中三角測量及其質(zhì)量控制［M］.武漢:武漢大學(xué)，1999.

［3］朱肇光，孫護(hù)，崔炳光，等.攝影測量學(xué)［M］.北京:測繪出版社出版，2002.

［4］高井祥.數(shù)字測圖原理與方法［M］.北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.