高速擴(kuò)容工程激光航空攝影測(cè)量的實(shí)施與質(zhì)量控制重點(diǎn)

馬學(xué)良

摘要：隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)在我國(guó)公路測(cè)量應(yīng)用中的快速普及，尤其是在大比例地形圖中的應(yīng)用更加普及，這在一定程度上促進(jìn)了大比例航測(cè)成圖技術(shù)在城市測(cè)繪機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，推動(dòng)了多種高新測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展。本文以G5京昆高速?gòu)V元至綿陽(yáng)段擴(kuò)容工程為例，分析激光航空攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)施與質(zhì)量控制重點(diǎn)，旨在減少測(cè)繪時(shí)間周期并提升影像質(zhì)量水平。

關(guān)鍵詞：高速擴(kuò)容激光航空攝影測(cè)量實(shí)施流程質(zhì)量控制

Implementation and Quality Control of Laser Aerial Photogrammetry in High-Speed Expansion Project

MA Xueliang

（Sichuan Transportation Survey and Design Institute Co.， LTD.， Chengdu， Sichuan Province，610000 China）

Abstract： With the rapid popularization of aerial photogrammetry technology in the application of highway survey in China， especially in the application of large proportion topographic map is more popular， which to a certain extent promotes the application of large proportion aerial mapping technology in urban mapping institutions， and promotes the development of a variety of high-tech mapping technology. Taking the G5 Beijing-Kunming expressway from Guangyuan to Mianyang section expansion project as an example， this paper analyzes the implementation and quality control focus of laser aerial photogrammetry technology， aiming at reducing surveying time cycle and improving image quality level.

KeyWords：High-speed capacity expansion;Laser aerial photogrammetry;Implementation process;The quality control

1項(xiàng)目和地理概況

1.1 項(xiàng)目概況

G5京昆高速?gòu)V元至綿陽(yáng)段擴(kuò)容工程A2標(biāo)，AK55+000～AK123+817.610主體工程建設(shè)里程約68.818公里，特大橋5943米/5座，大、中橋14594米/24座，小橋230米/10座;長(zhǎng)隧道3600米/3座，中隧道1826米/3座，特長(zhǎng)隧道7302米/2座，短隧道400米/1座;設(shè)互通式立交7座，其中一般互通7處。橋隧比48.6%，建安費(fèi)94.661億元，設(shè)備費(fèi)1.129億元。測(cè)繪分院負(fù)責(zé)本項(xiàng)目地形圖航測(cè)、控制測(cè)量、中樁放線、橫斷面復(fù)檢等測(cè)量工作。

1.2 自然地理概況

項(xiàng)目地處四川盆地東北部丘陵與低山過(guò)渡帶，近盆地邊緣，主要為低山、丘陵地貌，間有河流堆積階地。地表水體為涪江、嘉陵江水系。季候類(lèi)型為亞熱帶濕潤(rùn)氣候，其特征為：降雨量大，氣候溫和，光照充足，四季節(jié)氣明顯，具有暖冬特點(diǎn)，一年中屬秋季雨水綿綿，汛期較為集中。此次的擴(kuò)容工程項(xiàng)目處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西北部川北古中坳陷低緩構(gòu)造區(qū)，屬于新華夏排名第3位的沉積地帶的川北臺(tái)凹構(gòu)造體系。項(xiàng)目的東南方向與川中古隆重的平緩地帶相臨，西南方面與川中新坳陷低陡地帶相接，向向與龍門(mén)山臺(tái)緣褶皺凹陷帶毗連。該地段的巖層分布具有一定的沉積韻特點(diǎn)，砂巖顏色為紫紅參雜灰綠泥巖且有互層現(xiàn)象，由于受到盆地結(jié)構(gòu)的侵蝕和風(fēng)化剝蝕，該地區(qū)的巖石、泥巖土質(zhì)較為疏松，大部分砂巖地區(qū)被侵蝕轉(zhuǎn)化為懸?guī)r狀。

2航空攝影的實(shí)施的流程

2.1 航攝前的準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)需要組織好飛機(jī)組、攝影組相關(guān)人員待命，只要天氣條件具備，立即安排這些工作人員進(jìn)行設(shè)備試飛及試拍攝，將拍攝影像及時(shí)進(jìn)行處理和分析，為后面正式的航空拍攝做好準(zhǔn)備。

2.2 航空攝影的實(shí)施

準(zhǔn)備工作做好后，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)等待適合航拍的條件出現(xiàn)，在等待過(guò)程中同時(shí)對(duì)航拍使用的各類(lèi)硬件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查與維護(hù)，以保證航拍設(shè)備狀態(tài)的為最佳狀態(tài)，等到天氣條件符合航拍時(shí)，將各條航線的無(wú)人機(jī)放飛后進(jìn)入正式航拍，盡可能在氣候條件相似或是選擇同一架次的飛機(jī)執(zhí)行航拍工作。

2.3 質(zhì)量控制與檢查

對(duì)航拍資料的質(zhì)量控制和檢查主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）飛行質(zhì)量控制：航拍的硬件選擇高性能的硬件來(lái)確保飛行質(zhì)量的控制。

（2）攝影質(zhì)量控制

此次進(jìn)行航拍的天氣條件要求天氣為晴朗或是少云天氣，能見(jiàn)度必須高于2000米，在進(jìn)行航拍時(shí)要求各飛行架次的氣象條件要相似。由于霧氣天氣對(duì)航拍數(shù)據(jù)有很大影響，所以在進(jìn)行航拍時(shí)盡量避開(kāi)有霧天氣。

對(duì)于最終提交的航拍影像資料必須要求影片攝取像素清晰，通過(guò)影像可以準(zhǔn)確辨認(rèn)出被拍地貌地物，能夠提供精準(zhǔn)地物輪廓的繪出圖，相鄰地界的地物色影像基本一致，拍攝出來(lái)的圖像色調(diào)和效果也能夠達(dá)到基本均勻和一致。

3 航飛數(shù)據(jù)采集流程及像控點(diǎn)布設(shè)

3.1 航飛數(shù)據(jù)采集流程

此次數(shù)據(jù)采集使用的是中測(cè)瑞格掃描鷹HS-1600激光雷達(dá)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及附近控制點(diǎn)的位置情況最終確定起飛場(chǎng)地，最終完成項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集。

3.3.1 GPS基站架設(shè)情況

全測(cè)區(qū)共一段，均勻選取4個(gè)GPS控制點(diǎn)架設(shè)基站，其中兩個(gè)個(gè)作解算點(diǎn)另外兩個(gè)作檢查備用點(diǎn)使用。各基站間相互距離不超過(guò)30公里，基站靜態(tài)觀測(cè)采樣間隔本次設(shè)定為1s，截止角為15度，并在起飛前10分鐘開(kāi)機(jī)、降落后10分鐘關(guān)機(jī)。

3.3.2 航飛數(shù)據(jù)采集

航飛數(shù)據(jù)采集經(jīng)過(guò)5個(gè)架次完成，有效架次5個(gè)，參數(shù)設(shè)定如下表1所示。

根據(jù)基本要求，本項(xiàng)目飛行高度分為修壓1100m和1300m，相對(duì)航高最小390，最大760，航間距為350m，飛行速度100km/h，照片拍攝時(shí)間間隔為3s[1]。為保證激光點(diǎn)云密度，掃描頻率設(shè)定為50khz。影像航向重疊度為65%-86%，旁向重疊度37%-63%，地面分辨率為0.036m-0.070m[2]。

本攝區(qū)航飛工作進(jìn)展順利，所得影像完整清晰，航攝的精度指標(biāo)滿(mǎn)足要求。最終提交的航攝所有數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，可提供數(shù)據(jù)處理使用。

3.2 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)的布設(shè)宜提前布設(shè)，后續(xù)補(bǔ)充。選刺執(zhí)行CH/Z ?3004-2010《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》;像控點(diǎn)的測(cè)量執(zhí)行CH/T2009-2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范》，高程采用GPS擬合高程[3]。

（1）像控點(diǎn)布設(shè)：飛機(jī)飛行航向以5-6條基線進(jìn)行布置，旁邊方向的航向以逐條航線的方式來(lái)布置?？攸c(diǎn)布設(shè)時(shí)，要充分考慮布點(diǎn)成圖的范圍控制，在各個(gè)測(cè)試線內(nèi)接頭處注意不要留有漏洞[4]。

（2）檢查點(diǎn)布設(shè)：進(jìn)行檢查點(diǎn)布設(shè)時(shí)，嚴(yán)格按照一個(gè)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)布點(diǎn)要大于2個(gè)的要求，進(jìn)行點(diǎn)位選擇時(shí)要滿(mǎn)足成圖條件，以航向及旁向區(qū)域內(nèi)重疊的5-6片為范圍，以此來(lái)保證各相鄰的片區(qū)最終成圖清晰[5]。像控點(diǎn)宜采用十字形標(biāo)志。

（3）像控點(diǎn)的點(diǎn)位和目標(biāo)要求

① 像控點(diǎn)的位置盡量選擇地物的線狀交點(diǎn)處、拐角頂點(diǎn)及或是大于0.2mm的中心攝像點(diǎn)，選點(diǎn)的交角要求良好。針對(duì)有電桿、彎型地物或是移動(dòng)地物的像控點(diǎn)選擇，點(diǎn)狀目標(biāo)大于0.2mm的影像不允許選擇為像控點(diǎn)。

② 要選擇一些變化不明顯的地方進(jìn)行控點(diǎn)，對(duì)于狹溝通、尖山頂或是變化急劇的斜坡這些地點(diǎn)不做像控點(diǎn)的選擇。

③ 當(dāng)像控點(diǎn)與基準(zhǔn)面不在同一平面時(shí)，應(yīng)標(biāo)注比高，量注至0.1m;當(dāng)點(diǎn)位周?chē)坏雀邥r(shí)，應(yīng)標(biāo)注比高量注的位置。如：接收機(jī)放在房角時(shí)，像控點(diǎn)的高程應(yīng)是房角的高程（平面位置應(yīng)是房角外角的位置），外業(yè)需注明房高到0.1m，計(jì)算時(shí)只需減掉接收機(jī)天線的高度即可。

④ 像控點(diǎn)刺點(diǎn)目標(biāo)的影像必須清晰、明顯。

⑤要符合GPS觀測(cè)的基本條件：在像控點(diǎn)選擇時(shí)，選擇那些安裝接收設(shè)備與操作較為方面的地方，空間具備視野開(kāi)闊，附近無(wú)大面積水面，也沒(méi)有遮擋的地方。

同時(shí)像控點(diǎn)的臨近區(qū)域不允許存在強(qiáng)烈干擾的衛(wèi)生信號(hào)接收器等，盡量遠(yuǎn)離有大功率無(wú)線電發(fā)身的設(shè)備，例如微波站或電視臺(tái)等，要求控點(diǎn)距離與這些干擾設(shè)備必須大于200米，而高壓輸電線路的控點(diǎn)距離必須大于50米。

⑥ 航拍影像要求要有遠(yuǎn)景和近景資料，與最終航拍資料一起提交;同時(shí)也要符合后面空三加密工序準(zhǔn)確量測(cè)。

4像片調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)

采用綜合判讀調(diào)繪法，即先在室內(nèi)進(jìn)行判讀調(diào)繪，然后再進(jìn)行野外檢核、調(diào)查和定性環(huán)節(jié)，最后一步在室內(nèi)進(jìn)行清繪整飾的一種方式[6]。由于航片的現(xiàn)實(shí)性較好，空三解算后可以生產(chǎn)DSM，加上機(jī)載激光雷達(dá)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)的疊加，所以樹(shù)高、房屋層數(shù)、以及個(gè)別稀林里的道路可由內(nèi)業(yè)判斷;線路性質(zhì)、道路名稱(chēng)、道路材質(zhì)、村莊注記等由外業(yè)調(diào)繪。影像模糊、被影像和地物遮蓋的地物，應(yīng)在外業(yè)實(shí)地補(bǔ)測(cè)。

調(diào)繪工作要嚴(yán)格按照“走到、看到、問(wèn)到、繪準(zhǔn)”的原則進(jìn)行，不允許隨意定性或是任意標(biāo)繪。

外業(yè)調(diào)繪后清繪要求選擇紅、黑、蘭、三種顏色。

紅色：用來(lái)表示道路、地類(lèi)界的獨(dú)立地物或是片外的多種標(biāo)注和自由圖邊線等。

黑色：用來(lái)表示地物、各種道路、橋梁、附屬設(shè)施及地貌、植被等物類(lèi)的符號(hào)、地理名稱(chēng)注記等。

蘭色：用水涯線、單線溝渠及寬度來(lái)注記、河流流向、干溝、水井、泉、輸水槽、水系名稱(chēng)等。

5 攝影質(zhì)量控制措施及重點(diǎn)

（1）飛行質(zhì)量控制措施。

導(dǎo)航：機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)主要通過(guò)激光技術(shù)和GPS技術(shù)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以GPS導(dǎo)航系統(tǒng)為平臺(tái)，全面檢查 GPS導(dǎo)航儀在工作時(shí)的狀態(tài)，確保飛機(jī)飛行不會(huì)受到衛(wèi)星失鎖導(dǎo)致GPS導(dǎo)航無(wú)效的現(xiàn)象。

（2）攝影質(zhì)量控制措施。

通過(guò)飛行管理系統(tǒng)的相關(guān)軟件對(duì)飛行進(jìn)行控制，以此確保飛行過(guò)程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

攝影天氣控制：嚴(yán)格掌握攝影天氣。原則上航攝必須在晴天碧空，能見(jiàn)度良好時(shí)進(jìn)行。

曝光參數(shù)的選用：曝光參數(shù)的選擇必須結(jié)合飛行高度、當(dāng)日氣象條件、太陽(yáng)角度等數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，確保航拍資料的質(zhì)量。

（3）飛行航拍結(jié)合返回后，工作人員通過(guò)改造管理軟件，對(duì)收集的各個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)處理，對(duì)飛行航拍的飛行質(zhì)量及時(shí)評(píng)價(jià)，如果發(fā)現(xiàn)航線不合格要馬上安排進(jìn)行補(bǔ)飛。對(duì)于飛行航拍的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)，無(wú)問(wèn)題后進(jìn)行妥善保存，并將這些影像資料送交到基地?cái)?shù)據(jù)處理中心，于次日將這些影片資料和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告送交現(xiàn)場(chǎng)人員，以便及時(shí)修改作業(yè)方案。

（4）質(zhì)量控制重點(diǎn)

誤差的來(lái)源很多，為提高數(shù)據(jù)需注意以下兩點(diǎn)。

①GPS同步觀測(cè)時(shí)應(yīng)選在空曠地段，避開(kāi)高壓線路和電磁輻射。由于測(cè)區(qū)位于峽谷中，兩邊都是高山和密集的樹(shù)林。架站點(diǎn)盡量選在有一定高度的地方如房頂和山坡。另外，增大采樣截止角、加裝多路徑效應(yīng)抑制片都能提高觀測(cè)質(zhì)量;

② 解算過(guò)程中也應(yīng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以尋找最適合參數(shù)。解算過(guò)程中遇到的各項(xiàng)反應(yīng)精度的圖標(biāo)數(shù)據(jù)都應(yīng)仔細(xì)分析多次試驗(yàn)，以得到最佳數(shù)據(jù)。另外，由于測(cè)區(qū)南端高山地段高程落差較大，單條左右航跡兩端的數(shù)據(jù)誤差會(huì)增加，可適當(dāng)刪除。計(jì)算出來(lái)的成果還需要到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核檢測(cè)精度，以確定測(cè)量數(shù)據(jù)是否合格。

參考文獻(xiàn)

[1]周明，邱凌云.無(wú)人機(jī)技術(shù)在線路邊坡病害巡查中的研究與應(yīng)用[J].測(cè)繪地理信息，2018，43（4）：62-64.

[2]丁旭.大面積、高效率傾斜攝影解決方案[J].中國(guó)建設(shè)信息化，2018（1）：23-25.

[3]文超.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的推廣及無(wú)人機(jī)航空加密攝影測(cè)量編輯技術(shù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（8）：160-163.

[4]何創(chuàng)國(guó).無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用[J].西部資源，2021（1）：156-157，161.

[5]張永杰，路海鋒，王偉結(jié)，潘軍杰.免像控?zé)o人機(jī)航測(cè)技術(shù)在航道測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn).航道科技，2021（1）：77-80.

[6]朱青. 無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量及制圖方面應(yīng)用分析[D].唐山：華北理工大學(xué)，2020.

1331501186203