数字化测绘技术在大型机场工程中的应用

摘 要：为解决传统测绘方法在应用中存在量测结果偏差大、自动化程度低等问题，以某大型机场工程项目为例，对数字化测绘技术应用进行详细研究。为满足测绘的数字化作业需求，在掌握试点工程区域概况的基础上，搭建数字化测绘平台，设计量测系统参数；通过现场踏勘、布置像控点、规划现场测绘航线来完成现场准备工作。同时，检查测绘数据，生成区域正射影像，根据现状地面与设计地面的位置关系，提取测区高程、土方量测。设计对比试验，结果表明：与传统方法相比，此次设计的测绘技术可以解决传统技术在应用中存在的问题，控制量测结果偏差。

关键词：数字化测绘技术；测绘航线；像控点；大型机场工程

中图分类号：P 20" " 文献标志码：A

在传统的机场工程建设中，测绘工作主要利用人工测量和纸质记录，这个方法不仅效率低下，而且难以保证精度。随着科技不断进步，数字化技术应运而生，为机场工程建设提供了更加高效、精准的解决方案。这项技术是一种基于计算机、网络、全球定位系统（GPS）等高科技手段的现代测绘技术[1]。与传统测绘技术相比，本文提出的方法具有精度高、速度快、自动化程度高等优点，因此在工程建设、城市规划、地质勘查等领域得到了广泛应用。

1 机场工程区域概况

为满足测绘的数字化作业需求，选择试点地区某大型机场作为试点工程，此工程所在地及其俯视直拍图如图1所示。

2023年2月，该机场项目正式开工建设，并在同年年底正式开始通航，目前，这个机场已经成为当地4E级的国际机场，机场工程的基本信息见表1[2]。

2 大型机场工程土面区域影像数据获取

2.1 现场准备

在开始获取机场土面区的影像数据前，需要搭建一个稳定、可靠的数字化测绘平台。这个步骤至关重要，它会影响后续影像数据的精度和稳定性[3]。根据相关工作的具体需求、机场土面区的特点，选择合适的数字化测绘装备（无人机），在选型过程中，需要综合考虑测绘装备的载荷能力、续航时间、飞行高度和速度等因素。对大型机场来说，可能需要选择一款具有较大载荷和较强续航能力的测绘无人机。在此基础上，安装并调试数字化测绘设备，包括安装相机、GPS定位系统、控制系统等，并保证这些设备在数字化测绘过程中能够稳定工作。因此，还需要对无人机的飞行控制系统进行调试，保证无人机能够按照预设的航线精确飞行。其中，数字化摄影、量测系统的详细参数可按照表2设计。

为避免数字化测绘装备在使用过程中存在采样数据不稳定、采样图像重叠度不规则等问题，在完成基础数据采样后，需要使用专业的设备和软件，对采样数据进行处理。

2.2 现场踏勘、布置像控点

在数字化测绘前，对现场进行踏勘是一个非常重要的环节。现场踏勘的目的是了解和掌握测绘现场的环境条件、地形地貌、交通状况等实际情况，以便更好地制定测绘方案。在此过程中，须根据测绘任务和要求，确定需要现场踏勘的范围（包括需要测绘的区域以及可能影响测绘质量的周边环境）[4]。在对机场进行实地勘察后，一般都会选择机场内相同的位置作为测绘设备起降点，起降点应选在机场四周开阔、无高遮挡物的位置。为防止测绘中对无人机造成影响，需要在作业中注意场地上是否有高压电线塔及其他地标。

在完成上述内容设计后，在测区布置像控点。

根据机场土面区的特点和测绘要求，选择合适的布点方案。通常，像控点应均匀分布在测绘区域内，以保证后期数据处理时能够准确地进行几何校正和地理参考。在完成现场踏勘后，根据收集的信息和实地考察的结果，选择合适的像控点位置。选择的点应满足以下条件。①稳定性：所选点应稳定且易于长期保存，不易受自然或人为因素影响。②可访问性：所选点应便于测量和校准，最好位于交通要道附近，方便后续工作。③代表性：所选点应能代表机场土面区的地形和地貌特征，以保证后期数据处理和分析的准确性。

在选定的像控点位置设置明显的标记，并记录每个点的坐标、高程等信息。可以使用GPS或其他测量工具进行初步定位，并在现场绘制详细的点位分布图，如图2所示。

为保证像控点的精度，需要对所选点进行校验。可以使用更高精度的测量设备或方法（例如全站仪）来核验像控点的坐标和高程，保证其满足项目要求。将所有像控点的信息整理成详细的报告和数据表格，包括点的坐标、高程、照片、位置描述等。将这些数据提交给数字化测绘团队，并将其作为后续影像数据处理和分析的基础。

2.3 规划现场数字化测绘航线

在数字化测绘中，航线规划是关键的一环，它决定了测绘的精度、效率以及数据的质量。尤其是在大型机场工程中，合理的航线规划能够保证测量数据的准确性和完整性[5]。以下是规划现场数字化测绘航线的关键步骤和考虑因素。在规划航线前，要明确测绘的目标和要求。为保证数字化测绘航线规划可以达到预期效果，可按照图3，在明确测绘区域后规划现场数字化测绘航线。

在图3中，阴影部分为机场工程土面测绘区域，阴影部分实线为规划的数字化测绘航线。

3 测绘数据检查、生成机场数字化土面测绘区域正射影像

在拍摄过程中，为避免无人机航拍获得的图像和POS数据受到气流、能见度、光照等因素干扰，应在考虑飞行器姿态发生改变的基础上，对测绘数据进行检查，提高图像的成像质量。完整性检查和全局一致性检查也是测绘数据检查的重要部分[6]。前者主要验证数据是否齐全，避免数据在采集、处理和传输过程中丢失或损坏。通过比对数据源和目标数据集的字段名称、字段类型、字段取值等来完成完整性检查。后者是为了保证数据集符合特定的规则和要求，例如坐标系统、单位、格式等。

在上述内容的基础上，可以采用差分处理的方式，对观测数据进行集中化处理，差分观测方程如公式（1）所示[7]。

式中：Δφ为测绘数据差分观测方程；t为测绘数据采样时刻；f为数据或图像采样频率；c为图像与数据在大气环境中的传播速度；λ2为卫星2到观测站的几何距离；λ1为卫星1到观测站的几何距离。将采样数据代入上述方程，根据差分观测结果对采样数据进行补偿与处理，以此完成测绘数据检查。

4 测区高程提取、土方量测

在上述内容的基础上，可采用生成机场数字化土面测绘区域正射影像的方式，对测区高程信息的提取与土方进行量测。在此过程中，引进透视变换公式，将原始影像变换到目标坐标系下，原始影像上的点经过透视变换后到达目标坐标系下的另一点，计算过程如公式（2）所示。

式中：P（x1，y1）为原始影像上的点；P'（x1，y1）为经过透视变换后到达目标坐标系下的另一个点；R1、R2、R3、R4为变换矩阵中的参数；C1、C2为透视变换系数。通过上述计算公式与已知的控制点，即可对测区目标点坐标的求解。

在测绘区域正射影像的基础上，对测区高程进行提取。在提取过程中，可以根据在影像中设定已有的弃土场范围，按照指定的高程点间距，在该区域内自动生成高程点。为保证提取的高程信息具有较高的准确性，设定3m的高程点间隔，并根据地形的复杂程度，适当增加提取点的数据，用这种方式，完成测区弃土面高程提取[8]。

5 数字化测绘技术与传统方法的对比分析

为了更直观地展示数字化测绘技术与传统方法的对比结果，对其进行对比试验。在试验过程中，参照正文中选用的案例，对两个相同面积的区域进行测绘，一个采用传统的测绘方法，另一个采用数字化测绘技术。整理的试验结果见表3。

6 结语

随着全球经济的快速发展，机场作为航空业的重要基础设施，其建设和发展受到了广泛关注。尤其一些大型机场的工程建设规模庞大、技术复杂，需要采用高精度的测绘技术来保证工程建设顺利进行。在这样的背景下，数字化测绘技术逐渐成为大型机场工程建设中的重要手段。为深化此方面内容，本文通过本次研究，得到以下结论。1）参照表3的结果可以看出，与传统测绘技术相比，在应用数字化测绘技术后，数据采集方式更加便捷、外业采集所需人数、外业测量时间更少，且能将测绘后平场面积测量结果偏差、高程测量结果偏差、挖方量测结果偏差控制在相对较小的范围。2）综合试验结果，数字化测绘技术在数据精度、数据处理速度、数据完整性、自动化程度、作业效率和数据应用范围等方面具有明显的优势。除此之外，数字化测绘技术自动化程度高，极大地减轻了人工测绘的劳动强度，提高了作业效率。

参考文献

[1]李阳靖，莫莹菲. 多元数字化技术在历史建筑测绘中的应用—以广丰区历史测绘建档项目为例[J]. 砖瓦，2023（10）：101-103.

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[3]尹曾，何湘，李柚，等. 企业数字化转型背景下网络空间资产测绘的应用与价值[J]. 信息与电脑（理论版），2023，35（9）：15-18.

[4]施仲添. 数字化改革背景下综合测绘改革的思考与实现—以杭州为例[J]. 城市勘测，2023（2）：165-168.

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