徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在電力工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?劉道榮 常增亮 高興國(guó)國(guó)家海洋局第一海洋研究所 馮義楷

一、引 言

某地地形主要以山區(qū)、丘陵為主，部分為平地及居民區(qū)，而且4條線路同向并排，勘測(cè)作業(yè)任務(wù)是按照業(yè)主及設(shè)計(jì)專業(yè)要求提供120 km平斷面線路圖的勘測(cè)工作。本工程的技術(shù)特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理速度快且準(zhǔn)確、可靠，影像清晰、地物分辨率高，有利于勘測(cè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，而且工期短、生產(chǎn)成本低。徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)是目前先進(jìn)的推掃式機(jī)載數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)，具有快速質(zhì)量控制預(yù)覽、快速L1級(jí)數(shù)據(jù)處理、簡(jiǎn)單的空三處理流程、影像顯示過(guò)程中直接進(jìn)行輻射糾正的功能，因此具有經(jīng)濟(jì)、快速、高效、高精度數(shù)據(jù)獲取等特點(diǎn)，為獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)和高度清晰的影像提供了技術(shù)上的可行性，因此本工程采用ADS80航攝影像的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式，利用LISAS系統(tǒng)聯(lián)機(jī)TL生成平斷面圖，同時(shí)也展望了ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在電力勘測(cè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前途。

二、徠卡ADS80系統(tǒng)應(yīng)用于電力工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的作業(yè)流程

徠卡ADS80系統(tǒng)應(yīng)用于電力工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的作業(yè)流程如圖1所示。

三、可行性分析

徠卡ADS80航攝影像的數(shù)據(jù)分辨率達(dá)到0.3 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)送電工程航測(cè)數(shù)據(jù)精度；徠卡ADS80航攝影像的航帶寬度為3 km，而送電工程的實(shí)際調(diào)繪寬度為2.5 km，均能滿足其精度要求；基于ADS80航攝影像的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式，大大減少了像控點(diǎn)測(cè)量工作；全新徠卡XPro的功能加快了數(shù)據(jù)處理速度，節(jié)省了時(shí)間，提高了生產(chǎn)力，減少了生產(chǎn)成本。徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、快速、高效、高精度數(shù)據(jù)獲取等特點(diǎn)，為獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)和高度清晰的影像提供了技術(shù)上的可行性，因此本工程采用ADS80航攝影像的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式。

四、航帶設(shè)計(jì)

本工程由幾條不同的線路所組成，根據(jù)不同線路的走向和同一線路的不同轉(zhuǎn)向，共分為21條航線，帶寬為3 km，航高為2500 m。

圖1

五、慣導(dǎo)與GPS基站的要求

ADS80系統(tǒng)使用GPS慣性單點(diǎn)精密定位、定向技術(shù)，全測(cè)區(qū)布設(shè)3個(gè)基站點(diǎn)，并且基站點(diǎn)距離飛機(jī)起飛點(diǎn)、終點(diǎn)及測(cè)區(qū)小于30 km，均滿足其設(shè)計(jì)要求。同時(shí)ADS80系統(tǒng)航攝與地面基站點(diǎn)的靜態(tài)測(cè)量要同步進(jìn)行，ADS80系統(tǒng)的采樣率為0.1 s，基站GPS采樣率為0.5 s，經(jīng)過(guò)GPS差分處理進(jìn)行其數(shù)據(jù)融合處理。

六、航攝作業(yè)

在白骨堆、張莊Ⅰ、張莊Ⅱ這3個(gè)C級(jí)基線點(diǎn)上進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量；GPS測(cè)量在飛機(jī)起飛時(shí)開(kāi)機(jī)，航攝結(jié)束降落后關(guān)機(jī)，充分保證了有效數(shù)據(jù)的同步性。外業(yè)結(jié)束后進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用XPro軟件完成影像數(shù)據(jù)的處理和空三加密及基于 POSPac的IMU/GPS數(shù)據(jù)處理。

七、外控作業(yè)

1.基礎(chǔ)控制網(wǎng)測(cè)量

由于本工程既有山區(qū)又有丘陵和平地，因此在測(cè)區(qū)均勻布設(shè)基礎(chǔ)控制點(diǎn)19個(gè)，聯(lián)測(cè)平面已知控制點(diǎn)3個(gè)。平面控制網(wǎng)采用1980西安坐標(biāo)系，按E級(jí)要求采用GPS靜態(tài)方式進(jìn)行坐標(biāo)聯(lián)測(cè)。利用Leica Geo Office 7.0軟件進(jìn)行基線解算及平差計(jì)算，計(jì)算過(guò)程為:GPS基線解算—無(wú)約束平差—約束平差—基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。GPS網(wǎng)三維無(wú)約束平差最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為9.1 mm，計(jì)算結(jié)果滿足有關(guān)規(guī)程對(duì)控制網(wǎng)的精度要求。最弱邊相對(duì)中誤差為1/80 000，滿足有關(guān)規(guī)程對(duì)E級(jí)GPS網(wǎng)的精度要求。

高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，通過(guò)利用隨機(jī)軟件計(jì)算出的三維約束平差成果進(jìn)行GPS高程擬合得出。

2.像控點(diǎn)選擇

沿著每條航帶中心線，在起點(diǎn)和終點(diǎn)都要選取像控點(diǎn)對(duì)。為了提高成圖精度，在每條航帶中間也要均勻選取像控點(diǎn)對(duì)；在不同航帶交叉區(qū)也要選取像控點(diǎn)對(duì)；對(duì)特殊地帶也要選取適當(dāng)?shù)南窨攸c(diǎn)對(duì)。

3.像控點(diǎn)測(cè)量

利用平差后的其中19個(gè)點(diǎn)求得測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并對(duì)其他3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行校核，其檢測(cè)結(jié)果均符合規(guī)范要求。利用該參數(shù)測(cè)量所選定的像控點(diǎn)和部分特征點(diǎn)，由所測(cè)的像控點(diǎn)組成像控點(diǎn)控制成果，用于內(nèi)業(yè)的計(jì)算，所測(cè)的特征點(diǎn)用于檢核測(cè)圖精度。

八、DEM和DOM的生成

1.DEM的制作

DEM數(shù)據(jù)是制作DOM的基礎(chǔ)，是生成等高線及正射影像的數(shù)據(jù)來(lái)源。影像匹配后，根據(jù)匹配后產(chǎn)生的視差數(shù)據(jù)、定向處理后得到的結(jié)果參數(shù)及設(shè)置的DEM參數(shù)等，自動(dòng)建立模型的DEM。DEM拼接區(qū)域大小以項(xiàng)目成果要求的沿航帶中心線兩側(cè)各100 m標(biāo)準(zhǔn)圖幅的坐標(biāo)為拼接區(qū)域。

2.DOM的制作

正射影像制作一般是通過(guò)在像片上選取一些地面控制點(diǎn)，并利用原來(lái)已經(jīng)獲取的該像片范圍內(nèi)的DEM數(shù)據(jù)，采用數(shù)字微分糾正技術(shù)，對(duì)影像同時(shí)進(jìn)行傾斜改正和投影差改正，將影像重采樣成正射影像。通過(guò)拼接鑲嵌和色彩平衡處理后，裁切出來(lái)的影像就是正射影像圖。它同時(shí)具有地形圖特性和影像特性，信息豐富，可作為GIS的數(shù)據(jù)源，從而豐富了GIS的表現(xiàn)形式。

九、路徑優(yōu)選及平斷面圖的生成

1.路徑優(yōu)選

本工程按航帶建立若干項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄。采用LISAS系統(tǒng)進(jìn)行立體建模，生成大場(chǎng)景立體模型。設(shè)計(jì)人員在LISAS系統(tǒng)上在真立體狀態(tài)下進(jìn)行航測(cè)內(nèi)業(yè)選線和路徑優(yōu)化工作，并采集線路的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)。最后利用LISAS的調(diào)繪輸出功能把選定的路徑疊加到正射影像圖上，制作生成路徑影像圖并輸出調(diào)繪圖。

2.斷面圖的生成

首先進(jìn)入終勘定位軟件TL，打開(kāi)*.prj和*.map文件；然后輸入數(shù)字高程模型（精編DEM），并選擇起始樁位（J1）、終止樁位（JN）、邊線距離（15 m）、采樣間距（5 m）和斷面線設(shè)置（三線斷面）；最后生成斷面圖（J1JN.map）。

3.平面圖的生成

在LISAS平臺(tái)下，進(jìn)入選線生成OST模型菜單，輸入*.tif和DEM文件，生成*.ost模型。聯(lián)機(jī)TL，啟動(dòng)Epigs聯(lián)機(jī)，打開(kāi)*.ost模型。打開(kāi)TL后，打開(kāi)*.prj和J1JN.map。根據(jù)野外調(diào)繪成果和選線數(shù)據(jù)切平面圖。平斷面圖以轉(zhuǎn)角分界，采集。采集完整條線路的平斷面圖數(shù)據(jù)后交由電氣專業(yè)排位，生成桿位圖。

十、定位測(cè)量

首先將設(shè)計(jì)提交的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)輸入GPS，并根據(jù)桿位圖進(jìn)行轉(zhuǎn)角和直線桿位放樣，并在合適位置打方向樁。當(dāng) GPS RTK無(wú)法作業(yè)時(shí)，使用 Leica TS06U-2全站儀放出桿位，并對(duì)線路跨越的線高、危險(xiǎn)點(diǎn)和邊線進(jìn)行校測(cè)，記錄下來(lái)作為定位測(cè)量原始資料。最后根據(jù)定位數(shù)據(jù)由勘測(cè)設(shè)計(jì)人員共同對(duì)其桿位圖進(jìn)行修改而形成最終的成品桿位圖。桿位樁檢測(cè)精度見(jiàn)表1。

表1 桿位樁檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)

由表1計(jì)算得:平面精度＜0.6 m，高程精度＜0.6 m?？梢耘卸y(cè)圖精度完全滿足有關(guān)規(guī)定，證明了ADS80航攝數(shù)據(jù)能滿足電力勘測(cè)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。在影像基高比大的情況下，立體效果好，此時(shí)采用ADS80新技術(shù)，量測(cè)精度高，影像清晰，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，既保證了路徑的最佳走向，又較最初設(shè)計(jì)縮短了路徑長(zhǎng)度，可節(jié)省投資；采用ADS80系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式，縮短了外業(yè)工期，提高了工作效率，降低了成本消耗，節(jié)約工日。

十一、結(jié)束語(yǔ)

1）采用ADS80新技術(shù)，為線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件，同時(shí)也帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2）生產(chǎn)實(shí)踐證明，ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在電力勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用中發(fā)揮了高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是一種先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的生產(chǎn)模式，在電力工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)中具有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

3）建議ADS80系統(tǒng)航攝與地面基站點(diǎn)的靜態(tài)測(cè)量要同步進(jìn)行；同時(shí)沿著每條航帶中心線，均勻選取像控點(diǎn)對(duì)。

4）進(jìn)一步探討CORS站觀測(cè)數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用，以CORS站觀測(cè)數(shù)據(jù)代替基站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)。