航空摄影测量中控制测量要点探讨

林建雄

(甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院，甘肃兰州 730020)

航空摄影测量是在航空器上安装航空摄影设备，在空中对地球表面特定区域进行摄影，最终获得相应比例尺和一定重叠度的影像数据的技术[1]。由于航空影像数据是利用航空器在高空拍摄而形成，生成的地形线极易造成地面点的偏移。同时，由于航空器在飞行过程中容易产生颠簸，导致影像的倾斜，也可造成地面点的偏移。此外，不同区域的地形地貌变化较大，会引起影像数据中所反映的地面点出现一定的偏差。大量研究资料显示：越是靠近影像边缘部位的区域，影像的投影差越大；而地形变化大的区域(高程变化大)，其投影差也越大。正是由于投影差的存在，导致地面点在影像上存在偏移，故需要通过控制点进行校正。鉴于此，本文以航空摄影测量中的控制测量方法为研究对象，简要论述控制测量要点，可为提高航空摄影测量精度提供参考。

1 航空摄影测量概况

航空摄影测量是借助航空器完成影像拍摄的测量方法。根据摄影方式的差异，航空摄影测量分垂直摄影测量和倾斜摄影测量。其中，垂直摄影测量方法是在无人机上搭载垂直方向的摄影相机进行摄影测量，该方法只能获取垂直方向的影像数据，所以在高大建筑、树木等遮挡严重区域的影像数据中存在大量的“留白”，从而降低了航空摄影测量的总体精度。随着图像融合及大数据处理技术的快速发展，在垂直摄影相机上增加了多角度、多方位的摄影相机，实现了从不同方位、角度获取测绘区影像数据的目的，使得被测量的目标体侧面纹理信息反映更加全面，有效地解决了影像数据“留白”问题，从而提高了测量精度，但同时也为图像融合处理增加了难度。

2 像片控制测量

像片控制测量是航空摄影测量的重要组成部分，是提高测量精度的主要途径，也是有效消除投影差的主要方法。像片控制测量在测绘区域实地进行，该测量成果可用于空中三角加密测量或目标测绘区域平面坐标、高程坐标的校正。其中，空中三角加密测量是以航空影像数据为基础，利用像片控制点的三维坐标建立相应的空间关系，从而获得影像数据中密集点云数据的平面位置、高程以及像片的方位等控制变量。因此，像片控制测量是航空摄影测量的基础。像控点的布点方式是影响像片控制测量精度的重要因素，其布设应结合测绘区域地形地貌而定。一般来说，布点方式包括全野外布点方式和非全野外布点方式。像片控制测量的工作流程如图1所示。

图1 像片控制测量流程示意图

3 控制测量布点方式选择

3.1 全野外布点方式

全野外布点方式：顾名思义就是所有的控制点均在野外完成，像片控制点不需要内业加密处理，其结果可直接用于空中三角加密测量或者内业地形图成图使用。此布点方式所有的控制点均在野外布设完成，虽然工作量大，但其优点是精度较高，因此全野外布点方式一般用于测量精度要求高的测绘任务中。此外，全野外布点方式的使用条件要求较高，一般宜用于视野开阔且易于联测的小面积测绘中。如某金属矿山为了获取最新的大比例尺地形图，结合矿区地形地貌变化范围等，将测绘区域划分为两个子区，其像片控制测量的布点方式均可采用全野外布点方式，其具体布点位置如图2所示。

图2 某矿山像片控制点布设示意图

3.2 非全野外布点方式

非全野外布点方式：像片控制点包括野外布设的控制点和室内加密处理的控制点。非全野外布点方式可根据航线数不同分为区域网和单航线两种类型。前者使用条件限制较少，应用广泛。

区域网布点一般在平面上按矩形布设。区域网中像片控制点的布设应根据成图比例尺、测绘区域的地形地貌进行综合考虑。当测绘区域地形地貌变化较大时，可在凸出部位布设平高点，而在低凹处布设高程点。在地形地貌变化相对较小的区域内，可适当放稀像片控制点；在地形地貌变化较大的区域，可适当加密像片控制点。通常情况下，像片控制点布设密度为2.5点/km2。

4 控制测量要点

4.1 控制点选择

像片控制点选择对航空摄影测量精度影响较大，不仅要结合测绘比例尺精度要求，还应与布点方式等紧密结合[1]。在航空摄影测量过程中应注意以下几个方面内容：①所选择的像片控制点必须是目标明确的、易于辨识的地物，如田角、房角等的拐角处(图3)；②像片控制点一般布设在距离像片边缘1～1.5 cm的范围内，可有效地降低投影差引起的偏移；③像片控制点可布设在旁向重叠度中线附近，可显著地提高影像数据的处理精度；④像片控制点一般布设在交通便利且易于保存的位置，目的是方便外业测量，并且能够实现综合利用，减少测绘成本，提高控制点的再利用率。

图3 像控点布设位置示意图

4.2 像片控制点平面坐标及高程施测

像片控制点可分为平面控制点和高程控制点两类，测量一般遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，也就是说在航空摄影测量过程中像片控制点的测量先以整体测量为主，再进行局部区域的碎部测量[2]。像片控制点的测量可通过RTK、GPS及全站仪等方式进行，为提高测量效率，可选择GPS-RTK联测方式，具有测量精度高、效率高、成本低的优势。

4.3 像片控制点整饰

像片控制点整饰是成图的基础，应注意以下几点内容：①像片控制点一般选择在交通便利、易于保存的位置，以易辨识、无争议的地物点为主；②像片控制点的刺点方式以电子刺点为主，即在航空影像图中的像片控制点位置处标注1 cm × 1cm十字丝，其十字丝的中心部位与像片控制点位置完全重合，在外围采用1 cm × 1cm的圆形框框定(图4)；③像片控制点刺点完成后以图片的形式保存，便于在后期加密测量中使用。

图4 像控点刺点示意图

4.4 像片控制点联测

像片控制点联测是在确保测量精度的基础上，方便快捷地进行测量，它主要以多种方法的联合测量为主，如RTK-GPS、CORS-RTK、GNSS-RTK等。

像片控制点在联合测量过程中应注意：①像片控制点的平面坐标或者高程应该以测绘范围内的基本控制点测量值为起算数据，并采用GPS、全站仪或者GNSS-RTK等方式进行联测，或者与就近的CORS基站等进行联测；②像片控制点联测的各项技术指标必须满足相应的测量规范要求；③像片控制点联测结束后，应及时整理联测成果，编制相应的像控点成果表以及点记录表[3]。

5 结束语

综上所述，航空摄影测量技术是以航空器为搭载平台，集成了图像融合处理技术、数据处理技术以及动态定位技术于一体的现代化测量技术，通过控制点选择、像片控制点平面坐标及高程施测、像片控制点整饰、像片控制点联测等完成测绘。该方法具有成图快、耗时短、精度高的优势，广泛应用在地籍测量、地形测量、工程测量等大范围测量任务中。随着数据处理能力的逐渐提高，该技术逐渐应用于矿区大比例尺地形图测量中，并取得了良好的效果。