航空攝影測量與RTK、全站儀聯(lián)合測繪地形圖的技巧與分析

于水

(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊 烏魯木齊 830011）

1 航片部分

航空攝影測量原理：測繪航空攝影指在航空器（飛機、直升機、飛艇、氣球等）上安裝航空攝影儀，從空中對地球表面進行攝影，簡稱為航空攝影或航攝，并利用光學與數(shù)碼相機攝影得到的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學和技術(shù)。航空攝影測量的主要任務(wù)是測制各種比例尺的地形圖和攝影地圖、建立地形數(shù)據(jù)庫，并為各種地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 無棱鏡測距技術(shù)原理

無棱鏡全站儀測距方法有兩種：

⑴相位法：使用的是連續(xù)信號，通過用不同的頻率來調(diào)制載波信號，從而測出發(fā)射和接收信號之間的相位差，繼而求出被測距離；

⑵脈沖法：通過用測量時發(fā)射和接收信號之間的時間間隔來計算所測的距離，經(jīng)過多次測量得出平均距離。

兩種測距原理與有棱鏡測距原理相同。

3 GNSS（RTK）定位原理

GNSS（RTK）定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，來確定待測點的位置。

常規(guī)的GNSS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得高精度的結(jié)果，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分（Realtimekinematic）方法，是GNSS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

高精度的GNSS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GNSS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。移動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在固定整周未知數(shù)以后（得到固定解），只要能保持五顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的基準站的數(shù)據(jù)鏈，移動站便可隨時給出厘米級定位結(jié)果。

4 全站儀無棱鏡測距的優(yōu)缺點

⑴無棱鏡測距對角度測量的精度無顯著影響，激光束到達直角棱鏡表面時，也經(jīng)表面折射到棱鏡中心的反射面，由于圓棱鏡都有一個常數(shù)，所以和棱鏡測量模式下的測量結(jié)果相差一個常數(shù)。

⑵物體表面的反射能力足夠強，且信號足夠穩(wěn)定，物體表面的粗糙程度對測量數(shù)據(jù)的影響并不明顯。除特殊顏色(黑色)外，材料顏色對測距精度的影響不明顯。但顏色越淺，物體的反射信號越強，對測距越有利。

⑶無棱鏡全站儀測距性能可靠，一般情況下，其穩(wěn)定性與測值精度和儀器的標稱指標相一致。

⑷由于各種因素的影響，激光束的實際光斑可能會比理論光斑大（只有在理想的情況下有可能一樣大），因此，在穿越障礙物測量時，必須有足夠的可視空間，以避免障礙物反射光對測距結(jié)果產(chǎn)生影響。

⑸測量物體折角時,實際所得的距離為測站到等效平面的距離，因此，在工程測量中，應(yīng)盡量避免瞄準折角點，特別是角度非常小的尖角，其測距誤差可能會很大。

⑹免棱鏡反射測距和測量距離關(guān)系密切，當測量距離小于10m時，其誤差小于1mm，大于50m時誤差達到1.5mm。

5 RTK的局限性

最主要的局限性其實不在于RTK本身，而是源于整個GNSS系統(tǒng)。如前所述，GNSS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛(wèi)星發(fā)射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛(wèi)星和GNSS接收機之間視線的障礙物。事實上，存在于GNSS接收機和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會對系統(tǒng)的操作產(chǎn)生不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛(wèi)星信號。因此,GNSS不能在室內(nèi)使用。同樣原因,GNSS也不能在隧道內(nèi)或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。GNSS信號的接收在樹林茂密的地區(qū)會很差。樹林中有時會有足夠的信號來計算概略位置，但信號清晰度難以達到厘米水平的精確定位。因此，RTK在林區(qū)作業(yè)有一定的局限性。這并不是說，GNSS-RTK只適用于四周空間開闊的地區(qū)。RTK測量在部分障礙的地區(qū)也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛(wèi)星來精確可靠地實現(xiàn)定位。由于現(xiàn)在我國的北斗、美國的GNSS以及gelonas的應(yīng)用，使RTK測量在任何時間、任何地區(qū)，都可能會有7到20顆GNSS衛(wèi)星用于RTK測量。從而大大提高了RTK的鎖星速度，這樣就大大減弱了地物對RTK的遮擋，在遮擋不是太嚴重的地方都可以做到快速鎖定衛(wèi)星，大大提高了工作效率。

6 航空攝影測量特點

航空攝影測量解決了大面積成圖問題，但以目前的技術(shù)手段一些要求精度質(zhì)量比較高的還無法滿足要求，一些存在地物遮擋的地區(qū)還無法解決。

7 結(jié)論

航空攝影測量與RTK、全站儀聯(lián)合測繪地形圖可以優(yōu)劣互補，如果僅用航空攝影測量，現(xiàn)場刺點矯正無法解決，有遮擋地方無法解決；如果僅用全站儀進行數(shù)字化測圖,就必須建立圖根控制網(wǎng),這樣須投入大量的時間、人力、財力;如僅用RTK測圖,可以省去建立圖根控制這個中間環(huán)節(jié),節(jié)省大量的時間、人力和財力,同時還可以全天侯地觀測。但由于衛(wèi)星的截止高度角必須大于13°～15°,它在遇到高大建筑物或在樹下時,就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號,也就無法進行測量；如果用航空攝影測量與RTK、全站儀聯(lián)合測圖,上述弊端就可以克服。

采用全數(shù)字攝影測量工作站（JX-4、航天遠景等）進行立體采集數(shù)據(jù)，采集時，必須采用空三加密成果導入，恢復立體模型的方法進行作業(yè)，對于平地圖幅測繪高程和等高線時，立體像對應(yīng)由作業(yè)員本人采用全野外像控點立體定向，并與外業(yè)測繪的GNSS高程點進行校核，解決大面積測圖問題，立體下隱蔽區(qū)域與新增地物或個別有技術(shù)要求無法滿足的，采用GNSS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)，這樣可以大大加快測量速度,提高工作效率。

綜上所述,采用航空攝影測量與RTK、全站儀聯(lián)合進行數(shù)字測圖,不僅可以減少作業(yè)人員和作業(yè)工序,而且可以提高采集數(shù)據(jù)的速度和質(zhì)量,從而有效地提高了工作效率。因此,它是一種行之有效的測圖方法。

航空攝影測量與GNSS、全站儀在測量中的聯(lián)合應(yīng)用，使作業(yè)員的作業(yè)難度減輕，作業(yè)效率提高。作業(yè)精度也得到了提高，它是測繪領(lǐng)域向前發(fā)展的必然，是歷史發(fā)展的必然。

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