航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用與分析

1、 航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用與分析 【摘要】與傳統(tǒng)的地形測(cè)繪技術(shù)相比，使用航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行水利工程地形測(cè)繪可以高效、準(zhǔn)確、快速的完成地形測(cè)繪操作。本文將對(duì)航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析?！娟P(guān)鍵詞】航空攝影測(cè)量；水利工程；地形測(cè)繪一、前言隨著科技的快速發(fā)展，航空攝影測(cè)量技術(shù)被普遍的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，尤其在水利工程地形測(cè)繪中，更是應(yīng)用廣泛。航空攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)量技術(shù)靈活，測(cè)量速度高、效率快的特點(diǎn)，對(duì)水利工程地形測(cè)繪的發(fā)展具有重要的意義。二、航空攝影測(cè)量概念根據(jù)美國(guó)攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)ARPRS的定義，攝影測(cè)量為一門(mén)通過(guò)記錄、量測(cè)、判釋像片影像或輻射電磁波的形態(tài)或其他

2、現(xiàn)象，以獲得物體及環(huán)境之可靠信息的藝術(shù)、科學(xué)及技術(shù)。由于相關(guān)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，攝影測(cè)量已成為地圖編繪與地形圖制作最準(zhǔn)確及行之有效的方法。早期攝影測(cè)量主要應(yīng)用于測(cè)制地形圖、編輯地圖；之后則應(yīng)用于地面控制加密及運(yùn)輸路線、管線設(shè)計(jì)規(guī)劃、都市更新計(jì)劃等。另外，在地質(zhì)、土壤、森林、區(qū)域規(guī)劃等非工程方面亦有廣泛的應(yīng)用。航片按照用途分一般有兩種：一為量測(cè)攝影測(cè)量，主要包括像點(diǎn)的精密量測(cè)，求取像點(diǎn)間的距離、角度、面積、高程及物體形狀和大小等信息；一為判釋攝影測(cè)量，是利用像片上所提供的信息來(lái)了解土地利用、自然生態(tài)等情況。三、航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展以及測(cè)量應(yīng)用優(yōu)勢(shì)隨著攝影技術(shù)的發(fā)展以及進(jìn)步，在地形測(cè)繪應(yīng)用中，越來(lái)

3、越多的引入數(shù)碼航空攝像機(jī)進(jìn)行地形測(cè)量應(yīng)用。如今，使用航空攝影進(jìn)行地形測(cè)繪應(yīng)用中，不僅攝像機(jī)使用數(shù)碼攝像機(jī)，克服過(guò)去膠片攝像機(jī)在測(cè)量應(yīng)用中的局限，而且在使用航空攝影進(jìn)行地形測(cè)繪應(yīng)用中也越來(lái)越多的引入一些現(xiàn)代通訊以及定位技術(shù)等，一般經(jīng)常會(huì)與GPS差分定位以及慣性導(dǎo)航等現(xiàn)代通訊技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，使航空攝影地形測(cè)量的應(yīng)用具有更大的測(cè)量應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)代航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用中不僅可以克服傳統(tǒng)航空測(cè)量技術(shù)受機(jī)場(chǎng)以及天氣情況的影響與局限作用，而且在進(jìn)行地形測(cè)量應(yīng)用中具有低成本以及大范圍測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。使用低空數(shù)碼航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪中，低空數(shù)碼航空測(cè)量技術(shù)主要是通過(guò)數(shù)字?jǐn)z影為基礎(chǔ)進(jìn)行航空攝影測(cè)量的，

4、具有快速、經(jīng)濟(jì)以及簡(jiǎn)單等特征以及優(yōu)勢(shì)，而且由于高質(zhì)量的數(shù)碼相機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)一些嚴(yán)峻天氣條件下的攝影記錄，對(duì)于地形測(cè)量的效率以及周期等都有一定的保障。四、航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用1、材料與方法航測(cè)地形圖是利用航攝影像數(shù)據(jù)資料，通過(guò)外業(yè)像控測(cè)量及內(nèi)業(yè)空三加密測(cè)量，求解相片的相對(duì)定向元素和絕對(duì)定向元素后，建立空間立體模型并將其納入到地面坐標(biāo)系中進(jìn)行立體量測(cè)而成圖。因此，應(yīng)重點(diǎn)分析航攝儀的選擇、航攝比例尺的確定、外業(yè)像控測(cè)量、內(nèi)業(yè)空三加密測(cè)量精度及立體測(cè)量精度對(duì)航測(cè)地形圖的精度影響，從而合理選擇航測(cè)技術(shù)方案來(lái)確保水利工程設(shè)計(jì)對(duì)航測(cè)工程地形圖的精度要求。2、結(jié)果與分析首先，從分辨率及高程精度

5、兩個(gè)方面，分析航攝儀及攝影比例尺的選擇。航攝比例尺與地面分辨率的關(guān)系如下式：M為航攝比例尺分母；GSD為地面分辨率單位：cm；為航攝儀像元大小單位：m。如航攝儀參數(shù)如表1：以1：10000測(cè)圖為例，SL197-2013水利水電工程測(cè)量規(guī)范對(duì)于航攝地面分辨率及航攝比例尺只給定了選用范圍，地面分辨率為2080cm，航攝比例尺分母為1000040000。但具體選定航攝比例尺及地面分辨率時(shí)，還應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求來(lái)確定。如任務(wù)要求1：10000測(cè)圖基本等高距為1.0mm時(shí)，依據(jù)SL1972013水利水電工程測(cè)量規(guī)范的要求，等高線高程中誤差應(yīng)小于0.35m，地面分辨率為0.06mm10000=60cm。如采用

6、傳統(tǒng)像機(jī)，當(dāng)?shù)孛娣直媛嗜?0cm時(shí)，將表1中的像機(jī)參數(shù)像元的值及焦距f代入式（1）求得航攝比例尺分母M及相對(duì)航高H分別為：將相對(duì)航高H的值4560m及表1中的參數(shù)帶入（2）式估算得高程中誤差h為1.24m，顯然不能滿足高程精度0.35m的要求。若要滿足高程精度0.35m的要求，將h=0.35m帶入（2）式，可得：H=1288m，M=H/f=8473。所以采用傳統(tǒng)像機(jī)時(shí)，只有航攝比例尺分母達(dá)到8473時(shí)，才能既滿足平面精度要求，又滿足高程精度要求。所以，航攝比例尺的選擇應(yīng)兼顧平面位置精度及高程精度兩個(gè)方面來(lái)確定。如采用數(shù)碼航攝儀UCE時(shí)，地面分辨率取60cm，將表1中的像機(jī)參數(shù)像元的值及焦距f代

7、入式（1）求得航攝比例尺分母及相對(duì)航高分別為：即采用數(shù)碼像機(jī)時(shí)，只有航攝比例尺分母達(dá)到28000時(shí)，才能同時(shí)滿足平面精度及高程精度要求。另從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，若采用傳統(tǒng)像機(jī)且航攝比例尺分母為8473，航向重疊為60%時(shí)，一個(gè)立體模型航向覆蓋長(zhǎng)度為：2300.68473=1169m而采用數(shù)碼航攝儀且航攝比例尺分母為28000，航向重疊為60%時(shí)，一個(gè)立體模型航向覆蓋長(zhǎng)度為：1040.628000=1747m因此，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮選擇數(shù)碼航攝儀是更加合理的選擇。數(shù)字航攝儀是將影像信息直接以影像數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)，適用于全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少了像片影像掃描誤差及人工作業(yè)誤差的影響，對(duì)提高地形

8、圖測(cè)繪精度最為有利。經(jīng)以上分析，當(dāng)航測(cè)地形圖比例尺為1：10000且高程中誤差為0.35m時(shí)，應(yīng)選擇數(shù)碼航攝儀，航攝比例尺分母應(yīng)選擇28000是最合理的技術(shù)方案。當(dāng)測(cè)繪大比例尺地形圖時(shí)，由于平面精度相對(duì)要求較高，對(duì)于航攝儀及航攝比例尺的選擇，還應(yīng)通過(guò)以上方法的分析來(lái)合理確定。其次，在航測(cè)外業(yè)控制測(cè)量中，像控點(diǎn)的布設(shè)密度也是影響高程精度的主要因素之一，像控點(diǎn)布設(shè)密度對(duì)地形圖高程中誤差的影響可按下式估算：（3）S為相鄰像控點(diǎn)間距離根據(jù)任務(wù)中高程中誤差mh的要求，由公式（3）可估算出n并確定相鄰像控點(diǎn)間距離S。由公式（3）和（4）可知，當(dāng)像片平均基線長(zhǎng)b已知時(shí)，相鄰像控點(diǎn)間的基線數(shù)n愈小，則外業(yè)像控

9、點(diǎn)間距S愈小，其高程中誤差愈小，但外業(yè)像控測(cè)量的作業(yè)量就會(huì)增加。因此，外業(yè)像控點(diǎn)間距應(yīng)綜合考慮地形圖高程精度、經(jīng)濟(jì)效益及作業(yè)效率等要求合理選取。當(dāng)?shù)匦纹教够蚋叱叹纫筝^高時(shí)，還應(yīng)采用全野外布點(diǎn)方案。水利水電工程測(cè)繪中，一般都要在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)工程測(cè)量平面及高程控制網(wǎng)，航攝前可在控制點(diǎn)上布設(shè)標(biāo)志，來(lái)提高空三測(cè)量精度及航測(cè)地形圖的高程精度。第三，立體量測(cè)也是影響航測(cè)地形圖精度的主要因素之一，立體測(cè)圖是在空間立體模型上進(jìn)行的，由于人的視覺(jué)感知在水平方向及垂直方向上存在的差異，使得平面測(cè)量誤差易于控制，而在垂直方向的誤差控制較困難?？赏ㄟ^(guò)增大基高比來(lái)夸大垂直方向視覺(jué)感知，來(lái)提高高程測(cè)繪精度。還可將模型比例尺放大2倍或更大一些，以達(dá)到立體觀測(cè)最佳，提高模型的切測(cè)精度。航空攝影測(cè)量是從二維對(duì)地觀測(cè)影像提取三維地表空間信息的一門(mén)科學(xué)與技術(shù)，是獲取人類(lèi)賴以生存的地球空間信息的重要手段之一。航空攝影測(cè)量幾何定位即利用遙感影像來(lái)確定地面目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，是遙感影像目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，關(guān)鍵在于快速而且正確地恢復(fù)影像獲取時(shí)的空間方位。長(zhǎng)期以來(lái)，這一目標(biāo)是通過(guò)空中三角測(cè)量，并借助大量合理分布的地面控制點(diǎn)來(lái)間接實(shí)現(xiàn)的。五、結(jié)束語(yǔ)綜上所述，利用航空攝像測(cè)量的技術(shù)，完成大比例尺的地形測(cè)繪工作，不但能夠準(zhǔn)確、高效、快速的完成