GPS辅助航空摄影测量在水利水电工程中的应用

孔维旺

摘要：随着现代科技的发展，各种高科技测绘产品和测绘技术已应用于各类测绘工程，为测绘事业的发展做出巨大贡献。遥感测绘技术就是其中之一，尤其以航空摄影测量（以下简称“航测”）技术最为突出。水利水电工程多在峡谷水域开展，且对工期要求越来越紧张，传统测量技术已很难满足水利水电工程设计阶段地形图测绘需求，航测技术就可以完美的解决此难题，本论述通过航测技术在《古尔图河山区河段规划建设工程》中的应用为例，论述航测的现实意义。关键词：航空摄影测量;水利水电工程;古尔图河;GPS辅助空中三角测量

中图分类号：P231.2             文献标志码：A

1航空摄影测量的定义及发展意义

1.1航空摄影测量

航空摄影测量是利用航空平台搭载摄影仪，从空中对地表进行摄影，按照测区范围、设计比例尺和重叠度形成地表影像的技术，简称航测。航测工作的实施一般包含航测计划制订、飞行申请、空中摄影、影像处理、立体采集、地形图编绘、质量检查。

航测工作开展前，首先，依据“规范”编写项目技术设计书;其次，制订航测计划，根据测图范围、地形地貌等，确定航测分区、航测基准面以及航线敷设方式。

为了测绘地形图以及获取地面信息的需要，空中摄影要按航测计划的要求进行，并确保获得完整的立体覆盖和航测影像的质量。

1.2航空摄影测量发展的意义

随着测绘事业的发展和需求，大比例尺航测成图技术的应用在测绘工程中得到快速的推广和应用，在工程建设和城市规划及重大设施的设计与建设中起到了积极作用。航测技术已逐步取代传统测量方法，成为现代测绘的主流技术，对测绘行业的发展具有重要意义。

2航测技术的应用

2.1测区自然地理概况

为保障《古尔图河山区河段规划建设工程》设计需求，开展“古尔图河山区河段数字航空摄影测量”任务，项目位于古尔图镇西南约20 km，距离乌苏市约90 km 的准噶尔盆地南缘。本项目涉及河段山高沟深，河床断面接近“V”型，地形及其复杂，测绘难度极大，常规测量手段无法实施，为保证本项目按期完成，采用航测技术。

2.2航空摄影

2.2.1作业流程

（1）根据测图范围划分航区

本工程测图范围为沿古尔图新渠首上游的河道，长约23 km，测绘范围为此段河道中泓线两侧各1 km 范围内的地形图。根据河道的走向，划分了6个航摄分区。依据分区地形起伏、飞行安全条件等确定分区基准面高度，以分区内具代表性的高点平均高程与低点平均高程之和的1/2求得。

本测区呈带状分布，宽度为2 km，每个航区设计1条航线即可满足测图需求，航线设计参数计算见表1所列，航线设计示意图如图1所示。

（2）航摄仪的选择

由于该测区地形为高山地，高差较大，采用同一主距（82.2 mm）的 SWDC-4数字航摄仪完成此次航摄任务。SWDC相关技术指标见表2所列。

（3）飞行质量

飞行质量按以下原则执行：

像片重叠度：航向重叠度应大于53%，且其相邻像对的航向重叠度大于58%，旁向重叠度大于13%，且不得连续出现。

像片旋偏角：1∶2000测图旋偏角最大为15°，在同一航线上连续达到最大旋偏角的像片数应小于三片，在一个摄区内最大旋偏角的数量不得大于像片总数的4%。

航线弯曲度：应小于1%。

航高：同一航线上相邻像片的航高差应小于30 m，最大航高与最小航高之差应小于50 m。

（4）影像质量

在保证足够曝光量的情况下，为了减小像点位移、镜头渐晕的影响，提高影像的信噪比，应综合考虑航摄时的气象条件、航高等因素，选择最佳的曝光参数。一般情况下，可以按照下述顺序进行设置：足够短的曝光时间满足像点位移限制;适当缩小光圈以减小渐晕和增加景深。

2.2.2地面分辨率（GSD）的确定

为满足古尔图河山区河段1∶2000比例尺地形图测量的精度要求，确定地面分辨率为0.17 m。

2.2.3实施方案

本次数字航空摄影采用基于GPS辅助空中三角测量技术的摄影方案，GPS辅助空中三角测量流程如图2所示。

（1）定位系統

航摄定位系统，配置Trimble 5700 GPS、高性能稳定计算机。飞机机舱顶部安装GPS天线，前置放大器和天线电缆连接后安置在机舱内，并与机舱内的 GPS 接收机进行连接。

（2）航摄飞行

为了保证 GPS数据的质量，在航摄飞行中尽量保持飞机姿态的平稳，转弯半径要大，飞机倾斜角不得大于5°，以防止GPS信号失锁。

（3）影像数据处理

影像数据处理主要包括畸变差改正、匀光处理、影像拼接、匀色处理等，通过处理得到SWDC-4数字航摄仪航测成果，作为后续内业航测数字化成图的基础数据。

畸变差改正：依据像机检校结果，利用畸变差改正软件，进行畸变差改正，得到无畸变差的航摄影像。

匀光处理：由于光照不均匀等原因，像片通常存在渐晕、色差等多种形式影像灰阶不均，应用 DUX匀光软件可对其进行消除。

影像拼接：应用虚拟中心投影影像拼接软件，把成对的上下两个或四象限位置的四个同名曝光点的影像拼接成一个虚拟中心投影影像，以满足数字摄影测量系统的采集要求。

匀色处理：为了保持整个摄区影像色彩的协调一致，影像拼接完成后，需对摄区内影像进行匀色处理。采用 Photoshop 软件的曲线调整方式调整单帧影像的颜色、亮度等参数，以航带为单位，按相邻影像重叠区域进行色彩一致性调整。

（4）摄站点坐标解算

机载Trimble 5700 GPS采集的原始观测数据为T01文件，通过软件转换为dat文件。

通过GPS概略处理，能够将GPS原始观测dat文件转换为统一数据格式（Rinex）的O文件和N文件，并分离出触发事件（Event）TXT 文件，为 GPS 数据精处理（PPP解算）和Mark点内插做数据准备。

应用Trip 软件，采用精密单点定位技术进行 GPS 数据处理，得到摄站点坐标文件。

2.3像片控制测量

2.3.1像控点的布设及选刺

像控点采用每隔12～15条基線布设一对平高点，野外控制点应以判点为主，刺点为辅，平高控制点的实地判点精度为图上0.1 mm，点位目标应选在地面高程变化较小，影像清晰的明显地物上，宜选在交角良好的细小线状地物交点、明显地物折角顶点。

2.3.2像控点的测量精度

1∶2000地形图像片平高控制点相对于邻近基础控制点的平面位置中误差不得超过相应比例尺地形图地物点平面位置中误差的1/5。高程中误差不的超过相应等级地形图基本等高距的1/10。

2.3.3像控点的平面、高程测量

平面和高程测量主要采用单基准站 RTK 测量、 GPS静态测量技术施测。

山体陡峻、沟谷纵横人员行进困难处可采用交会法实测，山地、高山地交会边长不应大于图上800 mm （即：1.6 km）;前方交会应采用3组图形计算，3组点位坐标较差不应超过图上±0.3 mm（即：±0.6 m），高程较差不应超过图上±0.5 mm（即：±1.0 m）。各交会点的交会角不应小于30°或大于150°，交会起算点不能在一条直线附近。

2.4航测内业

2.4.1作业方法及基本要求

（1）空中三角测量采用Geolord—AT 自动空中三角测量软件进行量测并整体平差，空三作业各项限差按“航内规范”规定执行。

（2）定向限差要求见表3所列。

2.4.2数字线划图（DLG）数据生产

（1）技术路线与作业流程

采用全数字摄影测量工作站JX4-G进行立体测图数据的采集;采用Cmap地形图编辑软件进行DLG采集数据要素的图形编辑。数字线划图（DLG）数据生产流程如图3所示。

（2）地物要素的表示与取舍

地物要素表示与取舍应以满足用图需要为前提，以要素重要程度，图面载负量，以及保持实地特征、兼顾地域特点为原则。表示与取舍应符合“图式”的有关规定。

（3）数据采集基本要求

立体模型的测图范围不应超出该模型测图定向点连线外1 cm，且离像片边缘不小于1.5 cm。自由图边的图上应测出图廓外1 cm。立体测图对能够准确判读的地物、地貌要素，应全部采集，对不能准确判读的要素（包括隐蔽地区、阴影部分和小的独立地物）应尽量采集，并做出标记，由调绘确认。

（4）线划图（DLG）内业后期编辑作业

图形编辑采用 CMAP地图编辑软件，其图件文件为DWG格式。图形编辑在航测内业采集数据源及外业调绘的各类信息的基础上进行。各种注记的大小、层、色、线宽按相应要求进行。在编辑过程中，要做到符号规范、地物、地貌关系恰当、合理，各要素的关系协调。

（5）立体量测数据其他要求

内业成图过程中如果立体模型存在变形和视差，会导致测图时模型与模型接边处等高线接边差较大。凡遇上述情况时在认真检查模型定向的基础上以模型控制点连线定义作业区范围，按规范的要求严禁超描作业并对模型与模型接边处等高线接边差较大处进行过渡，测图时，曲线绘制按周围地势整体考虑，即忽略变形处。

地物一般采用判读法测绘，地物的性质、数量以调绘为准，位置形状以模型为准，避免出现错漏、位移、变形。如遇调绘片与模型严重不符时，由外业有关人员确认后，内业可根据外业意见测绘地物、地貌。

（6）图形数据编辑

依照要素选取原则对数据进行编辑，做到不失真、主次有别、层次分明，要素不得重复数字化，全面检查和修改各类定位错误、遗漏、拓扑错误、图层错误、属性错误、要素关系错误、几何图形问题等错、漏现象。

2.5地形图数学精度检测

对地形图分幅图按比例抽样进行外业检测。测区范围内检测图幅均匀分布，检测点每幅图内20～50点，外业检测采用RTK技术进行，形成外业检测点三维坐标数据文件，作精度统计。因本测区规则地物极为稀少，平面精度检测条件不足，只对高程精度进行检测，经检测地形图图幅内等高线高程中误差为：±0.7 m ，小于规范限差±2.0 m 的要求，由精度可以看出地形图数学精度良好，成果可靠，最后输出地形图提供设计人员使用。

3结束语

本论述是基于航空摄影测量技术，在古尔图河山区河段规划建设工程中地形图的测绘工作中的应用，论述航空摄影测量技术的特点及现实应用。

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