攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用初探

胡軍乾 王仕中

【摘 要】本文主要分析了攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而分析了攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)運(yùn)用在工程建設(shè)中的情況，以及如何更好的進(jìn)行應(yīng)用，以期可以為攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)的使用提供參考。

【關(guān)鍵詞】攝影測(cè)量；遙感新技術(shù)；工程建設(shè)

一、前言

隨著我國(guó)工程建設(shè)質(zhì)量的提升，各項(xiàng)新技術(shù)也孕育而生，其中，攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常的廣泛和成熟，因此，探討攝影測(cè)量與遙感新技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用很有意義。

二、攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的發(fā)展

1、攝影測(cè)量與遙感技術(shù)有利于推動(dòng)測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步

我國(guó)的攝影測(cè)量從上世紀(jì)70年代后期經(jīng)歷一個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。在經(jīng)歷了模擬攝影測(cè)量以及解析攝影測(cè)量階段之后，攝影測(cè)量終于步入了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的階段，這也成為我國(guó)傳統(tǒng)測(cè)繪體系解體，測(cè)繪技術(shù)新體系興起的標(biāo)志。

首先，從數(shù)字影像的類型來看，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)建立了數(shù)字柵格圖、數(shù)字高程模型以及數(shù)字正射影像，土地利用與地名數(shù)據(jù)庫也隨之建立起來，攝影測(cè)量與數(shù)據(jù)庫的多樣性在一定程度上為生產(chǎn)運(yùn)用提供了可能，從而進(jìn)一步推動(dòng)了測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展。

其次，由于攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，也逐漸被國(guó)家所重視，并利用這兩項(xiàng)技術(shù)來完成了各種地理比例尺地形圖的繪制。此外，還推動(dòng)了諸多具有全國(guó)界別的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建立。比如：比例尺級(jí)別為1：50000，1：1000000等的國(guó)家級(jí)地理信息數(shù)據(jù)庫；除開國(guó)家級(jí)的，還有省級(jí)、縣級(jí)等的地理信息數(shù)據(jù)庫等。

最后，在20世紀(jì)八十年代中期、九十年代中期以及末期，我國(guó)先后運(yùn)用中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)、陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)等完成了我國(guó)的土地調(diào)查，并推動(dòng)了業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立。此外，在尋找礦石的地質(zhì)工作中，我國(guó)也充分發(fā)揮遙感技術(shù)的作用，其中新疆博羅霍樂北山地區(qū)礦藏的發(fā)現(xiàn)就歸功于彩色紅外遙感數(shù)據(jù)的充分利用。

2、攝影測(cè)量與遙感技術(shù)有利于提升空間數(shù)據(jù)的獲取能力

我國(guó)獲取空間數(shù)據(jù)的能力在經(jīng)過五十年的發(fā)展，有了較大的提升。對(duì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的處理遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行了研發(fā)，從而推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像地面處理系統(tǒng)的建立，并在攝影測(cè)量方面積極進(jìn)行研究和探索，為我國(guó)獨(dú)立處理信息、獲取觀測(cè)體系的建立提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從獲取數(shù)據(jù)的能力方面來看，傳感器在國(guó)家863以及973計(jì)劃的支持上成功被研制出來，成功發(fā)射了對(duì)地觀測(cè)的包括通信衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星以及資源衛(wèi)星等五十多顆衛(wèi)星，并推動(dòng)了資源、風(fēng)云、環(huán)境減災(zāi)以及海洋四大民用對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星體系的建立，實(shí)現(xiàn)了從太陽和地球同步軌道對(duì)地球多傳感器、多平臺(tái)的觀測(cè)以及對(duì)地球表面分辨率不同的雷達(dá)和光學(xué)圖像的獲取，并將這些獲取的數(shù)據(jù)用于對(duì)海洋現(xiàn)象、大氣成分、自然災(zāi)害以及水循環(huán)等各個(gè)方面的監(jiān)測(cè)。

三、當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展和數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、專家系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷發(fā)展，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的內(nèi)涵己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)攝影測(cè)量的范圍。現(xiàn)已被公認(rèn)為攝影測(cè)量發(fā)展的第三個(gè)發(fā)展階段——數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段，這對(duì)整個(gè)攝影測(cè)量的教學(xué)、科研、生產(chǎn)都產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。

1、空中三角測(cè)量

在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中，自動(dòng)化空中三角測(cè)量被認(rèn)為是最有成效的功能模塊之一。相對(duì)于原有的解析法空中三角測(cè)量而言，它具有自動(dòng)化程度高、工效提高十分明顯的特點(diǎn)。它將選點(diǎn)、觀測(cè)、量測(cè)全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。GPS與自動(dòng)化空中三角測(cè)量相結(jié)合，它不僅僅可以減少野外控制點(diǎn)，而且可以自動(dòng)的建立區(qū)域，可以大大地減少人工輸入；可以提高自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)的成功率；可以自動(dòng)驅(qū)動(dòng)到其他的地面控制點(diǎn)上。

2、不依賴地面控制的定位技術(shù)

在原有已成功用于生產(chǎn)的全自動(dòng)化GPS空中三角測(cè)量的基礎(chǔ)上，利用DGPS和INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合，可形成航空航天影像傳感器的位置與姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量和穩(wěn)定裝置（POS），從而可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)攝影成像和無地面控制的高精度對(duì)地直接定位。在航空攝影條件下精度可達(dá)到分米級(jí)，在衛(wèi)星遙感條件下，精度可達(dá)到5-10m。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，將改變目前攝影測(cè)量和遙感的作業(yè)流程，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)圖和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫更新。若與高精度激光掃描儀集成，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維測(cè)量。

3、數(shù)字地面模型（DTM）的自動(dòng)生成與匹配理論

隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代的到來，DTM的自動(dòng)生成被認(rèn)為是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中另一個(gè)最有成效的功能模塊，其速度可達(dá)每秒幾百到一千多個(gè)點(diǎn)。這實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和快速生成數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正射影像DOM，并從DOM上自動(dòng)或人機(jī)交互式提取各種專題信息，然后將這些結(jié)果直接送入GIS數(shù)據(jù)庫中，以實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)建立和更新。所以數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量不僅僅是測(cè)繪地形圖，重要的應(yīng)用是在于為各種地理信息系統(tǒng)建立或更新提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

四、攝影測(cè)量和遙感技術(shù)的具體應(yīng)用

1、在水電工程中的應(yīng)用

（一）測(cè)制各種比例尺的地形圖（DLG）

傳統(tǒng)的數(shù)字線劃矢量圖無疑是攝影測(cè)量的重要產(chǎn)品，是建立各種地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息，也是進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等的基礎(chǔ)。水利工程中使用的基本地形圖比例尺主要有1B500、1B1000、1B2000、1B5000和1B10000等，用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方式可以制作各種比例尺的數(shù)字線劃圖，其數(shù)據(jù)信息可以直接進(jìn)入GIS系統(tǒng)或各種CAD系統(tǒng)，為各種工程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。

（二）建立影像數(shù)字地面模型（DEM）和虛擬現(xiàn)實(shí)

數(shù)字地面模型是由三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)加數(shù)字影像組成的地形虛擬現(xiàn)實(shí)，是水利水電工程應(yīng)用的基礎(chǔ)信息之一，賴以DEM構(gòu)建水利工程、流域等三維景觀和各種工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用分析的基礎(chǔ)信息。它能直觀地反映工程范圍的地形地貌情況，進(jìn)行渲染后做成的設(shè)計(jì)方案景觀圖，不僅可以直觀地反映設(shè)計(jì)意圖，還可以在相關(guān)軟件的支持下進(jìn)行三維動(dòng)畫漫游，模擬水庫動(dòng)態(tài)淹沒情況，計(jì)算匯水面積和庫容量，表現(xiàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

（三）制作正射影像地圖（DOM）

影像地圖是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的重要產(chǎn)品。其它測(cè)繪手段難于完成該產(chǎn)品，它是根據(jù)數(shù)字高程模型對(duì)中心投影的航攝影像進(jìn)行糾正處理、消除投影差的垂直投影影像加坐標(biāo)格網(wǎng)、等高線等各種注記的一種專題圖。由于它包含地表的各種原始信息，綜合了影像和線劃地圖的優(yōu)點(diǎn)，不像線劃地圖那么抽象，能直觀、全面地反映地物地貌信息，且成圖速度快，更新周期短，對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程管理領(lǐng)導(dǎo)部門很有應(yīng)用價(jià)值。

2、數(shù)字影像在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

航空航天影像包含豐富的信息，一些大的斷層能一目了然，利用多光譜影像還可探明工程范圍的地質(zhì)狀況。將遙感手段與鉆探、物探有機(jī)地配合，能超前地把控制工程定位的宏觀地質(zhì)條件搞清，形成卓有成效的綜合勘探手段，在重點(diǎn)工程中起到“宏觀控制、微觀指導(dǎo)”的作用。

五、攝影測(cè)量和遙感技術(shù)的具體應(yīng)用——以水利水電行業(yè)為例

水利遙感應(yīng)用的內(nèi)容涉及水利水電勘測(cè)的幾乎所有領(lǐng)域，包括水利水電工程壩址選擇、庫區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)、區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、跨流域調(diào)水線路和供水路線的工程地質(zhì)調(diào)查、庫區(qū)及其上游地區(qū)水土流失調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、河道整治與規(guī)劃、水庫滲漏調(diào)查等的應(yīng)用。此外，在施工地質(zhì)編錄、河道演變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面也應(yīng)用了遙感技術(shù)。

早在二十世紀(jì)50年代中期，水利部門就開始應(yīng)用航空方法進(jìn)行水電壩址比選勘測(cè)，1978年開始應(yīng)用攝影測(cè)量與遙感技術(shù)，目前，已廣泛應(yīng)用于水利建設(shè)的許多方面。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有近百項(xiàng)水利水電工程項(xiàng)目的工程地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用了攝影測(cè)量與遙感技術(shù)。一些大中型的水利水電工程，如：長(zhǎng)江三峽，黃河小浪底、李家峽、龍羊峽、萬家寨，珠江飛來峽，雅礱江二灘、錦屏，桑干河石匣里，漢江丹江口，清江隔河巖、水布亞、高壩洲，烏江彭水，金沙江虎跳峽，瀾滄江大朝山、漫灣、小灣，渫水皂市等項(xiàng)目的工程地質(zhì)調(diào)查中，均應(yīng)用了攝影測(cè)量與遙感技術(shù)。水利部門應(yīng)用攝影測(cè)量與遙感技術(shù)進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查填圖工作，較常規(guī)方法可節(jié)約投資和提高效率各約三分之一左右。

六、結(jié)束語

綜上所述，攝影測(cè)量和遙感新技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用還在擴(kuò)大，所以，今后要進(jìn)一步提升攝影測(cè)量和遙感新技術(shù)的技術(shù)水平，使之能夠更加有效的投入到運(yùn)用中。

參考文獻(xiàn)：

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