低空直升机航空摄影在数字城市中的应用

王丙涛 郑 斌

(江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013)

·测量·

低空直升机航空摄影在数字城市中的应用

王丙涛 郑 斌

(江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013)

结合具体工程实例，阐述了直升机平台的选择理由，并详细介绍了航空摄影和空中三角测量的技术实施情况，对低空直升机航空摄影在数字城市中的应用有重要的现实意义。

数字城市，直升机，航空摄影，三角测量

1 项目概况

数字连云港基础地理数据大比例尺成图区域位于前云台山、后云台山的山脚下，这里有江苏省最高峰——玉女峰，海拔625 m，航摄区域靠山滨海，落差较大，形状不规则。航摄地面分辨率设计值为0.05 m，如果采用UCXP-wa航空摄影仪(焦距为70 mm)，航高仅为500 m左右，采用正常的固定翼飞机在山脚下进行航空摄影，具有较大的难度和风险，而且起飞场地有限制；若采用无人机低空遥感飞行平台，其本身重量较轻，飞行时受气流影响所产生的自身不稳定性以及有效载荷小，需携带非专业航空相机，从而造成影像有效面积小，旋偏角和比例尺差异较大[1]，航线稳定性欠佳，操控难度较大，因此本区域航空摄影选用有人驾驶直升机为平台，无需机场，直接车载起飞，从而更好地控制飞行路线，安全系数较高。连云港市主城区航空摄影，采用罗宾逊R44直升机为平台，天宝IQ180数字航空摄影仪进行摄影，采集了255 km20.05 m分辨率真彩色影像。低空直升机航空摄影是江苏省内大区域测绘生产和数字城市建设项目的首次应用，项目组针对性地设计了后续的空中三角测量和影像纠正的技术方案，填补了江苏测绘的一项空白。

2 项目实施

2.1 航摄分区与航线敷设

按照相关规范规定[2]，摄区地形高差不得大于1/6相对航高，本次航摄比例尺1∶9 620，相对航高495 m，绝对航高为505 m，摄区绝大部分为临海平原，摄区地形符合航摄规范对地形高差的要求，但根据摄区的形状和直升机特点，为提高航摄效率，将摄区分为2块，实际航摄面积分别为47.2 km2和207.8 km2，合计255.0 km2。1区航线为东西向敷设，避开南侧的山区，2区航线沿山体走势近南北向敷设，避开东侧的山区。

2.2 航空摄影技术基本参数

本项目选用罗宾逊 R44直升机携带天宝IQ180数字航空摄影仪于2013年10月开始实施，领航采用高性能导航GPS，无需使用机场，采用车载起飞。航摄划分为2个区，共计飞行5个架次，全部为有效架次。罗宾逊 R44直升机产地美国，总重1 090 kg，自重635 kg，最大载荷370 kg，标准载油量140 L，副油箱载油量83 L，动力为莱康明Q-540活塞发动机，260马力，巡航速度约210 km/h，75%马力，最大航程(无储备动力)约645 km，悬停升限为1 951 m，海平面爬升率超过305 m/min，最大升限4 270 m。天宝IQ180航摄仪相机主距为51.454 mm，影像分辨率为5.2 μm，像幅大小为7 760像素×10 328像素，像片物理尺寸为4.035 2 cm×5.370 56 cm。航空摄影技术基本参数详见表1。

表1 航空摄影技术基本参数表

2.3 像片控制测量

1)像片控制点布设。为了克服直升机平台的不稳定性，以及山坡气流的影响，经过多次试验，并参考国家标准GB/T 7931—2008,1∶500，1∶1000，1∶2000地形图航空摄影测量外业规范[3]和《数字连云港地理空间框架建设基础地理信息建设及完善技术设计书》的规定要求，项目组针对性地设计了相应的像片控制点布设方案：a.区域网之间的像片控制点都尽量选择在上、下航线重叠的中间，保证不少于5片重叠，使相邻区域网间控制点尽量共享，除航线首末点外，测区周边像片控制点均选在三片重叠处；b.航向相邻控制点间的跨度为8条基线，不超过12条基线为一个区域网，区域网的区域单元大小采用4条航线；c.测区像片控制点均布设为平高点；d.在不稳定的区域增加布设控制点。

2)像片控制点联测。本测区的像片控制点坐标联测，采用Leica公司生产的3台ATX1230+GNSS型GPS双频接收机、1台ATX1230 GG型GPS双频接收机和1台GS10型GPS双频接收机，均采用JSCORS提供的网络RTK作业方式进行。1∶1 000像片作业共观测像片控制点858个，每个像片控制点均独立观测两次(除P2058，P2135，P2359三个点在信号不好的情况下观测四次)，每次观测10个历元，观测时每个点平面收敛值小于3 cm，高程收敛值小于5 cm。

3)像片控制点成果解算。所有像片控制点、检测点的2000国家大地坐标系、中央子午线为120°的成果均采用江苏省C级GPS网WGS84坐标系到2000国家大地坐标系的七参数转换模型进行坐标转换得到，利用江苏省最新似大地水准面成果计算1985国家高程基准的高程。像片控制作业两次观测的平面较差中误差为±2.6 cm，高程较差为±4.0 cm，满足设计要求。

2.4 空中三角测量

1)生产情况概述。连云港市1∶1 000空中三角测量子项目按摄区分为两部分完成，其中1区采用了北京四维公司的自动空中三角测量系统Geolord-AT软件运用光束法进行整体平差，完成了包括滨海新区在内的4个空三加密分区的生产；2区采用了武汉适普公司的自动空中三角测量(VirtuozoAAT)软件及光束法平差软件PAT-B来实施空三加密作业，完成了11个空三加密分区的生产。

2)生产流程及技术执行情况。本测区航摄获取的影像数据总体质量良好。但是，由于测区形状的不规则，造成许多相邻航线非同期飞行，因此数据时相有差异。同时，选用直升机作为航摄平台，航摄时航线的稳定性欠佳，以及山坡气流的影响，导致相邻像片的外方位元素差值(旋偏角、倾斜角、航线弯曲度、航高保持等)比较大，给后续的空中三角测量增加了不少难度，对空三加密中影像特征匹配的成功率和准确性产生了一定的影响。空三加密采用半自动作业方式，在每张像片主点上下标准点位上选取人工点，并将测区的外业像控点按照控制片上的刺点位置量测在区域网的相应像片上，相对定向由程序自动匹配完成，经过多项式整体平差/光束法整体平差计算出加密点的大地坐标。测区总共使用项目部外业像片控制测量小组施测的总计858个平高控制点作为空中三角测量的像片控制点，经与立体模型复核，数据整体质量良好，但是由于空三加密实际作业生产需要，需外业补测像片控制点，野外像控和补调的工作量比常规摄影测量大。为了保证空三加密成果精度，本次作业对分区之间增加重叠区域，严格按照国家规范进行空三计算中各残差、限差等指标的控制，提高检查力度，加大质量控制手段。最后的空三计算残差报告和

空三精度均符合要求。具体流程如图1所示。

3)区域网加密精度报告。经区域网光束法整体平差和区域网接边，航摄1区4个加密分区定向点平面中误差最大值0.069<0.30，高程中误差最大值0.040<0.20，平面最大残差值0.244<0.50，高程最大残差值0.162<0.28；航摄2区11个加密分区平面中误差最大值0.082<0.30，高程中误差最大值0.094<0.20，平面最大残差值0.279<0.30，高程最大残差值0.246<0.28，满足规范[5]和设计书要求，可供下道工序使用。加密精度详见表2,表3。

表2 连云港市1∶1 000区域网加密精度报告(航摄1区)

表3 连云港市1∶1 000区域网加密精度报告(航摄2区)

3 结语

后续生产的DOM，DLG和DEM等产品，经过检测其成果均符合规范要求。本文在分析了直升机平台的选择理由后，对航空摄影和空中三角测量的技术实施情况做了详细介绍，以期为低空直升机航空摄影在数字城市中的应用提供借鉴意义。

[1] 竹林村,胡开全.几种低空遥感系统对比分析[J].城市勘测,2009(3):65-67.

[2] GB/T 19294—2003，航空摄影技术设计规范[S].

[3] GB/T 7931—2008，1∶500,1∶1000,1∶2000地形图航空摄影测量外业规范[S].

[4] GB/T 7930—2008，1∶500，1∶1000，1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S].

[5] GB/T 23236—2009，数字航空摄影测量 空中三角测量规范[S].

[6] GB/T 27920.1—2011，数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影[S].

Low-altitude helicopter aerial photography in digital cities

Wang Bingtao Zheng Bin

(JiangsuProvinceSurveying&MappingEngineeringInstitute,Nanjing210013,China)

Combining with the specific project example, this paper elaborated the selection reasons of helicopter platform, and introduced in detail the technology implementation situation of aerial photography and aerial triangulation had important practical significance to the application of low altitude helicopter aerial photography in digital city.

digital city, helicopter, aerial photography, triangulation

2015-01-22

王丙涛(1978- )，男，硕士，工程师; 郑 斌(1979- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)10-0203-02

TU198

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