數(shù)字化測繪技術在大型機場工程中的應用

摘 要：為解決傳統(tǒng)測繪方法在應用中存在量測結果偏差大、自動化程度低等問題，以某大型機場工程項目為例，對數(shù)字化測繪技術應用進行詳細研究。為滿足測繪的數(shù)字化作業(yè)需求，在掌握試點工程區(qū)域概況的基礎上，搭建數(shù)字化測繪平臺，設計量測系統(tǒng)參數(shù)；通過現(xiàn)場踏勘、布置像控點、規(guī)劃現(xiàn)場測繪航線來完成現(xiàn)場準備工作。同時，檢查測繪數(shù)據(jù)，生成區(qū)域正射影像，根據(jù)現(xiàn)狀地面與設計地面的位置關系，提取測區(qū)高程、土方量測。設計對比試驗，結果表明：與傳統(tǒng)方法相比，此次設計的測繪技術可以解決傳統(tǒng)技術在應用中存在的問題，控制量測結果偏差。

關鍵詞：數(shù)字化測繪技術；測繪航線；像控點；大型機場工程

中圖分類號：P 20" " 文獻標志碼：A

在傳統(tǒng)的機場工程建設中，測繪工作主要利用人工測量和紙質(zhì)記錄，這個方法不僅效率低下，而且難以保證精度。隨著科技不斷進步，數(shù)字化技術應運而生，為機場工程建設提供了更加高效、精準的解決方案。這項技術是一種基于計算機、網(wǎng)絡、全球定位系統(tǒng)（GPS）等高科技手段的現(xiàn)代測繪技術[1]。與傳統(tǒng)測繪技術相比，本文提出的方法具有精度高、速度快、自動化程度高等優(yōu)點，因此在工程建設、城市規(guī)劃、地質(zhì)勘查等領域得到了廣泛應用。

1 機場工程區(qū)域概況

為滿足測繪的數(shù)字化作業(yè)需求，選擇試點地區(qū)某大型機場作為試點工程，此工程所在地及其俯視直拍圖如圖1所示。

2023年2月，該機場項目正式開工建設，并在同年年底正式開始通航，目前，這個機場已經(jīng)成為當?shù)?E級的國際機場，機場工程的基本信息見表1[2]。

2 大型機場工程土面區(qū)域影像數(shù)據(jù)獲取

2.1 現(xiàn)場準備

在開始獲取機場土面區(qū)的影像數(shù)據(jù)前，需要搭建一個穩(wěn)定、可靠的數(shù)字化測繪平臺。這個步驟至關重要，它會影響后續(xù)影像數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性[3]。根據(jù)相關工作的具體需求、機場土面區(qū)的特點，選擇合適的數(shù)字化測繪裝備（無人機），在選型過程中，需要綜合考慮測繪裝備的載荷能力、續(xù)航時間、飛行高度和速度等因素。對大型機場來說，可能需要選擇一款具有較大載荷和較強續(xù)航能力的測繪無人機。在此基礎上，安裝并調(diào)試數(shù)字化測繪設備，包括安裝相機、GPS定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，并保證這些設備在數(shù)字化測繪過程中能夠穩(wěn)定工作。因此，還需要對無人機的飛行控制系統(tǒng)進行調(diào)試，保證無人機能夠按照預設的航線精確飛行。其中，數(shù)字化攝影、量測系統(tǒng)的詳細參數(shù)可按照表2設計。

為避免數(shù)字化測繪裝備在使用過程中存在采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、采樣圖像重疊度不規(guī)則等問題，在完成基礎數(shù)據(jù)采樣后，需要使用專業(yè)的設備和軟件，對采樣數(shù)據(jù)進行處理。

2.2 現(xiàn)場踏勘、布置像控點

在數(shù)字化測繪前，對現(xiàn)場進行踏勘是一個非常重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場踏勘的目的是了解和掌握測繪現(xiàn)場的環(huán)境條件、地形地貌、交通狀況等實際情況，以便更好地制定測繪方案。在此過程中，須根據(jù)測繪任務和要求，確定需要現(xiàn)場踏勘的范圍（包括需要測繪的區(qū)域以及可能影響測繪質(zhì)量的周邊環(huán)境）[4]。在對機場進行實地勘察后，一般都會選擇機場內(nèi)相同的位置作為測繪設備起降點，起降點應選在機場四周開闊、無高遮擋物的位置。為防止測繪中對無人機造成影響，需要在作業(yè)中注意場地上是否有高壓電線塔及其他地標。

在完成上述內(nèi)容設計后，在測區(qū)布置像控點。

根據(jù)機場土面區(qū)的特點和測繪要求，選擇合適的布點方案。通常，像控點應均勻分布在測繪區(qū)域內(nèi)，以保證后期數(shù)據(jù)處理時能夠準確地進行幾何校正和地理參考。在完成現(xiàn)場踏勘后，根據(jù)收集的信息和實地考察的結果，選擇合適的像控點位置。選擇的點應滿足以下條件。①穩(wěn)定性：所選點應穩(wěn)定且易于長期保存，不易受自然或人為因素影響。②可訪問性：所選點應便于測量和校準，最好位于交通要道附近，方便后續(xù)工作。③代表性：所選點應能代表機場土面區(qū)的地形和地貌特征，以保證后期數(shù)據(jù)處理和分析的準確性。

在選定的像控點位置設置明顯的標記，并記錄每個點的坐標、高程等信息?？梢允褂肎PS或其他測量工具進行初步定位，并在現(xiàn)場繪制詳細的點位分布圖，如圖2所示。

為保證像控點的精度，需要對所選點進行校驗?？梢允褂酶呔鹊臏y量設備或方法（例如全站儀）來核驗像控點的坐標和高程，保證其滿足項目要求。將所有像控點的信息整理成詳細的報告和數(shù)據(jù)表格，包括點的坐標、高程、照片、位置描述等。將這些數(shù)據(jù)提交給數(shù)字化測繪團隊，并將其作為后續(xù)影像數(shù)據(jù)處理和分析的基礎。

2.3 規(guī)劃現(xiàn)場數(shù)字化測繪航線

在數(shù)字化測繪中，航線規(guī)劃是關鍵的一環(huán)，它決定了測繪的精度、效率以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量。尤其是在大型機場工程中，合理的航線規(guī)劃能夠保證測量數(shù)據(jù)的準確性和完整性[5]。以下是規(guī)劃現(xiàn)場數(shù)字化測繪航線的關鍵步驟和考慮因素。在規(guī)劃航線前，要明確測繪的目標和要求。為保證數(shù)字化測繪航線規(guī)劃可以達到預期效果，可按照圖3，在明確測繪區(qū)域后規(guī)劃現(xiàn)場數(shù)字化測繪航線。

在圖3中，陰影部分為機場工程土面測繪區(qū)域，陰影部分實線為規(guī)劃的數(shù)字化測繪航線。

3 測繪數(shù)據(jù)檢查、生成機場數(shù)字化土面測繪區(qū)域正射影像

在拍攝過程中，為避免無人機航拍獲得的圖像和POS數(shù)據(jù)受到氣流、能見度、光照等因素干擾，應在考慮飛行器姿態(tài)發(fā)生改變的基礎上，對測繪數(shù)據(jù)進行檢查，提高圖像的成像質(zhì)量。完整性檢查和全局一致性檢查也是測繪數(shù)據(jù)檢查的重要部分[6]。前者主要驗證數(shù)據(jù)是否齊全，避免數(shù)據(jù)在采集、處理和傳輸過程中丟失或損壞。通過比對數(shù)據(jù)源和目標數(shù)據(jù)集的字段名稱、字段類型、字段取值等來完成完整性檢查。后者是為了保證數(shù)據(jù)集符合特定的規(guī)則和要求，例如坐標系統(tǒng)、單位、格式等。

在上述內(nèi)容的基礎上，可以采用差分處理的方式，對觀測數(shù)據(jù)進行集中化處理，差分觀測方程如公式（1）所示[7]。

式中：Δφ為測繪數(shù)據(jù)差分觀測方程；t為測繪數(shù)據(jù)采樣時刻；f為數(shù)據(jù)或圖像采樣頻率；c為圖像與數(shù)據(jù)在大氣環(huán)境中的傳播速度；λ2為衛(wèi)星2到觀測站的幾何距離；λ1為衛(wèi)星1到觀測站的幾何距離。將采樣數(shù)據(jù)代入上述方程，根據(jù)差分觀測結果對采樣數(shù)據(jù)進行補償與處理，以此完成測繪數(shù)據(jù)檢查。

4 測區(qū)高程提取、土方量測

在上述內(nèi)容的基礎上，可采用生成機場數(shù)字化土面測繪區(qū)域正射影像的方式，對測區(qū)高程信息的提取與土方進行量測。在此過程中，引進透視變換公式，將原始影像變換到目標坐標系下，原始影像上的點經(jīng)過透視變換后到達目標坐標系下的另一點，計算過程如公式（2）所示。

式中：P（x1，y1）為原始影像上的點；P'（x1，y1）為經(jīng)過透視變換后到達目標坐標系下的另一個點；R1、R2、R3、R4為變換矩陣中的參數(shù)；C1、C2為透視變換系數(shù)。通過上述計算公式與已知的控制點，即可對測區(qū)目標點坐標的求解。

在測繪區(qū)域正射影像的基礎上，對測區(qū)高程進行提取。在提取過程中，可以根據(jù)在影像中設定已有的棄土場范圍，按照指定的高程點間距，在該區(qū)域內(nèi)自動生成高程點。為保證提取的高程信息具有較高的準確性，設定3m的高程點間隔，并根據(jù)地形的復雜程度，適當增加提取點的數(shù)據(jù)，用這種方式，完成測區(qū)棄土面高程提取[8]。

5 數(shù)字化測繪技術與傳統(tǒng)方法的對比分析

為了更直觀地展示數(shù)字化測繪技術與傳統(tǒng)方法的對比結果，對其進行對比試驗。在試驗過程中，參照正文中選用的案例，對兩個相同面積的區(qū)域進行測繪，一個采用傳統(tǒng)的測繪方法，另一個采用數(shù)字化測繪技術。整理的試驗結果見表3。

6 結語

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，機場作為航空業(yè)的重要基礎設施，其建設和發(fā)展受到了廣泛關注。尤其一些大型機場的工程建設規(guī)模龐大、技術復雜，需要采用高精度的測繪技術來保證工程建設順利進行。在這樣的背景下，數(shù)字化測繪技術逐漸成為大型機場工程建設中的重要手段。為深化此方面內(nèi)容，本文通過本次研究，得到以下結論。1）參照表3的結果可以看出，與傳統(tǒng)測繪技術相比，在應用數(shù)字化測繪技術后，數(shù)據(jù)采集方式更加便捷、外業(yè)采集所需人數(shù)、外業(yè)測量時間更少，且能將測繪后平場面積測量結果偏差、高程測量結果偏差、挖方量測結果偏差控制在相對較小的范圍。2）綜合試驗結果，數(shù)字化測繪技術在數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)完整性、自動化程度、作業(yè)效率和數(shù)據(jù)應用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢。除此之外，數(shù)字化測繪技術自動化程度高，極大地減輕了人工測繪的勞動強度，提高了作業(yè)效率。

參考文獻

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