航空攝影測量技術在水利工程測量中的應用

方玉球

一、概述

全數字攝影測量技術經過20多年的發展，已進入實用化階段，目前我國有相當一部分測繪單位陸續引進了全數字攝影測量系統,并逐步形成生產能力。安徽省水利水電勘測設計院于2005年引進全數字攝影測量系統，至今已完成了多項大型工程地形圖測量。本文以青弋江分洪道工程地形圖測量為實例，淺談航空攝影測量技術在水利工程測量中的應用。

二、工程要求及航測影像資料概況

青弋江分洪道工程位于安徽省蕪湖市境內，工程呈帶狀分布，長約80km，寬約3km。要求測量1∶2000帶狀地形圖，在工程樞紐地方測量1∶1000工點圖。測區為平原圩區，房屋樹木較多，河流水塘密集，宜于冬季拍攝。2008年12月采用UltraCamX航攝相機在測區上空由南向北和由西北向東南兩個方向分13條航線拍攝了547張1∶16000彩色航片。像幅尺寸為193mm×295mm，地面分辨率為0.12m，航片影像清晰，地物地貌易分辨。航片航向重疊絕大部分大于60%，旁向重疊大于30%。

三、像片控制點內業布置和外業采集刺繪

在此次工程地形圖測量中，測量單位事先在航片上共布設了189個像控點。在像控點布設方案上采用沿飛機航向方向間隔3～4條基線布設1個平高點，沿旁向間隔1條基線布設1個平高點。而像控點布設在航向3片重疊范圍內；若上下相鄰航線公用,則還布設在旁向6片或5片重疊范圍內。布設的所有像控點距像片邊緣都大于1.5cm，且像控點選在旁向重疊中線附近，當離開方位線距離小于4.5cm時，則上下相鄰航線都分別布點。當旁向重疊過小，上下相鄰航線的像控點不能公用時，也分別布點。若遇到像主點、標準點位落水，但落水范圍的大小和位置不影響模型連接時，可視為正常布點；否則應進行全野外布點。當所有像控點都在內業布置好后再進行外業采集和刺繪。

由于事先已在航區內做好了14個C級GPS控制點，并都接測了四等水準。根據已有控制資料，把WGS-84坐標系與測區內的大地坐標系進行坐標轉換，轉換參數采用七參數內業點校正，經外業檢查，其精度滿足航測像控點精度要求。并采用S86型RTK來采集像控點平面坐標和高程。根據內業布設的像控點與野外實地查看位置相比較，選擇明確辨認的位置來刺點。刺點誤差和刺孔直徑都不大于0.1mm。像控點一般選在高程變化較小、近于直角且又水平的線狀地物的交點或地物拐角上，如道路交叉點、圍墻或平臺的拐角點等，只有少數點位刺在平房頂拐角上。所有像控點在現場繪制了點位略圖。為便于在內業處理時方便辨別所刺點位，還用數碼相機現場拍照刺點位置。像控點點位刺孔都由第二人在實地進行全面檢查。

四、自動空中三角測量、數字地形圖測繪及其外業調繪

在空中三角測量中，選用的是VirtuoZo-AAT空三平差軟件來進行。自動空三量測（AATM）模塊除半自動量測控制點及調點之外，其他所有作業（包括選取加密點、加密點轉點、相對定向、模型連接等）都可自動完成。采用PAT-B光束法平差程序進行區域網整體平差。因為航片是用UCX數碼相機拍攝的，不需要進行內定向操作。模型連接較差（選用解析測圖儀聯機空中三角測量加密模式）均符合下列公式要求：

式中：ΔS——平面位置較差（m）；

ΔZ——高程較差（m）；

f——航攝儀焦距（mm）；

m——像片比例尺分母；

b——像片基線長度（mm）。

在航片的調點過程中由于進行人工干預比較多，人為因素程度比較大，該過程進行的質量控制結果如表1。

而加密點相對于最近的像控點在圖上的中誤差，平面均小于0.40mm，高程均小于0.24 m。平差過程中選取均勻分布像控點，而對于控制點不符值都及時到外業進行復測檢查。

在數字地形圖測繪中，VirtuoZo全數字攝影測量系統是利用計算機代替解析測圖儀，用數字影像代替模擬像片，用數字光標代替光學光標，直接在計算機上按解析測圖儀的作業方法進行數字測圖。地形圖高程采用全注記。地形圖等高距為0.5m，測繪的等高線是用測標切準模型描繪。對地形、地物要素進行采集時，測標中心準確切準地形地表、地物外輪廓，地物平面位置圖誤差小于±0.6mm，高程注記點的高程誤差小于±0.14m，圖幅等高線高程誤差小于±0.17m。

在數字地形圖測繪完后及時進行了外業調繪。先從VirtuoZo中生成DXF格式的不帶符號數字線劃圖進行內業初步編輯，套合正射影像圖打印輸出白紙圖，再進行野外調繪。外業調繪采用南方S86型GPS-RTK1+2作業模式。外業調繪、補測和檢查同步進行。在野外調繪圖時，以實地為準，配合正射影像圖來現場修改線劃圖。補繪航內漏測無影像、無法定性及難以準確判讀的地物，如高壓線桿（電壓數）、通訊線、各種地下管道、地下光纜等，以及線路、管道、水工建筑物參數、行政區劃界線等。在外業調繪過程中,現場采集了2000多個明顯地物的平面坐標和高程點與地形圖上繪制點進行比較：平面坐標的平均較差約為0.15m，最大較差為0.3m，而有70%的高程點較差小于0.1m,有5%的高程點較差大于0.3m，有的甚至達到0.6m。分析原因是：大部分是由于在內業制圖過程中切取點位不合理造成的，少數點切取到地面植被上。當外業調繪圖完后，從VirtuoZo中生成DXF格式的不帶符號數字線劃圖，結合野外調繪圖進行符號化編輯，分幅接邊并進行圖廓整飾。最后采用南方cass6.1制圖軟件進行地形圖編輯。

表1 質量控制表

五、經驗和體會

1.就航測地形圖精度來看，平面位置成圖精度比較高，可以滿足大比例尺成圖的要求，但是高程精度相對比較差，主要是切取高程點時選取位置不合理，分不清地面地物及其他一些原因造成的。但隨著3S技術的不斷發展，航測的高程精度將可以滿足各種大比例尺成圖的要求。

2.當前的水利工程制圖工作主要還是通過外業人員在野外直接采集坐標點進行繪制。而數字攝影測量只要內業測圖,外業調繪，可減少大量野外工作，提高勞動效率，減少勞動強度。同時可以將大量的外業測量工作移到室內完成，成圖速度快且成本低，不受氣候和季節的限制。

3.對于小面積地區地形測量，當前還是常規測量占有優勢。但對于大面積水利工程建設地形測量，如山區水庫庫區、河流及其大型水利樞紐工程等，航空攝影測量技術就能發揮它的絕對優勢