航空摄影测量技术在水利工程测量中的应用

于景杰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

航空测绘是一种以飞行器为测量载体的测绘手段，目的是通过拍摄获得的数据，进而绘制大地坐标。自20世纪80年代起，GPS技术开始应用于航空摄影测量，这项技术能有效减少地面控制点，在忽略三角测量的基础上实现直接定向测图，简化了工作工序，进而缩短了周期，降低了成本。这项测量系统正逐渐应用于国际上众多的航空摄影项目中，航空摄影测量与遥感技术相互之间配合，进一步促进了我国测绘行业的完善和发展。

1 航空测绘在我国的发展历程

早在20世纪初期，北洋大学曾用摄影经纬仪进行过测量。1931年8月，国民党政府为了测绘了我国一些地区的地形图成立了专业的航测队。新中国成立以后，航空测绘在水利、林业等部门的推广下得到了飞速的发展。20世纪90年代以前，各省市制作1∶10000和1∶5000的地形图，然后用得出的数据组成地形数据库。21世纪发展到了三维城市电子地图的制作。这些工作为建设为构建数字国家做了良好的铺垫。同时，近年来我国为了经济和社会的需要启用了西部测图计划。

2 航空摄影测量技术和GPS测量技术

2.1 航空摄影测量技术

航空摄影测量(aerial photogrammetry)立体测图的基本原理是投影过程的几何反转。航空摄影测量指是在飞机上用航摄仪器连续拍摄地面的地理图像，结合地面控制点的测量坐标完成相关测量数据。

2.2 GPSRTK动态测量技术

GPS实时动态测量技术简称RTK，基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置用空间距离后方交会的方法，来确定待测点的位置。RTK采用了载波相位动态实时差分方法，能够得到厘米级定位的测量精度方法。具体作业方法:在基准站上设置一台GPS接收机，工作过程中接收机会及时将坐标、高程、坐标等地理信息加以转换，以参数形式输入相应的控制流动站。基准站和流动站将彼此接收到的卫星信号，控制手簿会及时处理这些数据。同时，系统会将实测精度与预设精度加以区分比较，将测得的坐标、高程及精度同时记录进手簿。

2.3 测绘地形图的一般作业技术

2.3.1 外业像控点的测量

1)基准站的选择。流动站与基准站之间距离的增大，将会延长初始化的时间，甚至影响到测量的精度。所以在工作中，设置流动站与基准站之间的距离要＜10 km。另外，设置基准站时要考虑到地形、地势、以及地理景观对测量数据的影响甚至干扰，可以采取提高架设基准站天线的高度，从而缓解众多方面的影响。

2)基准站的校准。基准站的校准工作有2种不同的方式:①在已知点设置基准站，采用已有的静态数据，直接获取该点的坐标，并及时将控制点的坐标输入GPS手簿，与此同时，将在各个流动站上所采集的地理坐标数据进行转换成对应的地理参数;②取随意摆放基准站的方式，采集流动站控制点上测量所得的地理坐标。

2.4 航空摄影测量

航空摄影时一切工作的基础，在此期间拍摄获取的像片在后期成图成图过程中用着重要的意义，所以必须严格要求航空像片的质量，严格规范航空摄影过程中的飞行行为。

航空时飞行质量主要有以下5点要求:

1)像片的倾斜角。通过水准器影象中气泡判断倾斜角，一般情况下，像片倾斜角应＜3 b。若发现可疑，及时用摄影测量方法进行抽查。

2)航摄比例尺与航高。航摄的比例尺在有倾斜，地形起伏情况下是一个复杂的问题。选定航摄机和航摄比例尺后，在作航摄计划时，应按预定航高 H飞行，其差异小于5%，同一航线内的各个摄影站的航高在要控制偏差在50 m以内。

3)像片重叠度。为使达到后期制作的要求，拍摄所得的像片要达到一定的数量，并且图像之间应有一定程度的重叠，这样才能使像片覆盖整个测区。航向重叠一般规定为60% ，且≥53%，≤75%;旁向重叠规定为30%，≥15%，≤50% 。重叠度小于最小限定值时，要增加飞行测量的航班，但测量也不要过于频繁。

4)航线弯曲度。后期摄像图片加工处理时，要求航线的图像的弯曲度＜3%。

5)像片旋转角。在同方向像片边框与相邻像片主点的连线之间会存在一个夹角，这个夹角叫做像片旋偏角，一般≤6 b。

2.5 航空摄像过程中的外业作业和内业作业

2.5.1 外业工作

1)像片控制点联测。像片控制点一般是航摄前在地面上布设的标志点，也可选用像片上的明显地物点(如道路交叉点等)，用普通测量方法测定其平面坐标和高程。

2)像片调绘。像片调绘是图像判读、调查和绘注等工作的总称，在像片上通过判读，用规定的地形图符号绘注地物、地貌等要素，测绘没有影像的和新增的重要地物，注记通过调查所得的地名等。

3)调绘片。通过像片调绘所得到的像片称为调绘片，调绘工作可分为室内、野外和两者相结合3种方法。

4)综合法测图。主要是在单张像片或像片图上用平板仪测绘等高线。

2.5.2 内业工作

对测图控制点要进行严格的加密。在地势平坦的地区，通常状况下采用辐射三角测量法，而建立空中三角网法一般会应用在丘陵地和山地等地势条件下。航空摄影测量的实质，是将地面的中心投影图像变换为正射投影图像，可以采取图解法、模拟法和解析法等多种途径来解决。

3 航空摄影技术应用中应注意的问题

3.1 埋石和选点

选点工作要按照设计图纸的要求来做，为了准确定位，选择埋石地点时应该注意以下事项:①选择埋石的点位置要考虑交通的方便，以利于以后的作业操作和安放设备;②选择的位置要视野广阔，避开大范围水域或高大建筑物，高度角15°以上的空中无障碍物;③考虑到后续工作的需要，选点工作要谨慎而细心。

3.2 检校场的布设方式

国际工程中，不同企业有不同的检校场布设方案。根据我国的现状，航测高度和摄区高度要保持在相同水平，如果采取直接定向法，摄区高度和飞行检校场时的高度必须一致。

3.3 确定摄影比例和航高

为了达到要去的地形图比例和实现精确度要求，测量各个阶段要求尽量选择性能较高的仪器。同时还要设计选择合适的航摄比。在综合考虑被测地区的地形条件，选择使用使用仪器时，要严格遵循《1∶500，1∶1000，1∶2000 大比例尺地形图航空摄影规范》的国家标准，选择合适的航摄比例尺和成图比例尺。

4 航空摄影技术应用的经验和体会

1)测量成图精度比较高。但是，如果切取高程点时选取位置不合理就会造成高程精度较差的影响。3S技术的发展和应用，使航测的高程精度达到了新的高度和水平。

2)目前，数字摄影测量只是应用于内业测图，外业调绘。通过数字摄影测量技术，可减少大野外工作，提高劳动效率。同时大量工作可以转移到室内完成，成图速度快、效率高。

3)在测量大面积的水利工程如山区水库库区地形、河流及其大型水利枢纽工程等的地形地貌时，航空摄影测量技术有着绝对优势。

［1］国家测绘总局.航测、制图技术设计经验交流会论文集［J］.测绘通报，1980.

［2］袁修孝.GPS辅助空中三角测量及其质量控制［M］.武汉:武汉大学，1999.

［3］朱肇光，孙护，崔炳光，等.摄影测量学［M］.北京:测绘出版社出版，2002.

［4］高井祥.数字测图原理与方法［M］.北京:中国矿业大学出版社，2001.