低空直升機航空攝影在數(shù)字城市中的應用

王丙濤 鄭 斌

(江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013)

·測量·

低空直升機航空攝影在數(shù)字城市中的應用

王丙濤 鄭 斌

(江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013)

結(jié)合具體工程實例，闡述了直升機平臺的選擇理由，并詳細介紹了航空攝影和空中三角測量的技術(shù)實施情況，對低空直升機航空攝影在數(shù)字城市中的應用有重要的現(xiàn)實意義。

數(shù)字城市，直升機，航空攝影，三角測量

1 項目概況

數(shù)字連云港基礎地理數(shù)據(jù)大比例尺成圖區(qū)域位于前云臺山、后云臺山的山腳下，這里有江蘇省最高峰——玉女峰，海拔625 m，航攝區(qū)域靠山濱海，落差較大，形狀不規(guī)則。航攝地面分辨率設計值為0.05 m，如果采用UCXP-wa航空攝影儀(焦距為70 mm)，航高僅為500 m左右，采用正常的固定翼飛機在山腳下進行航空攝影，具有較大的難度和風險，而且起飛場地有限制；若采用無人機低空遙感飛行平臺，其本身重量較輕，飛行時受氣流影響所產(chǎn)生的自身不穩(wěn)定性以及有效載荷小，需攜帶非專業(yè)航空相機，從而造成影像有效面積小，旋偏角和比例尺差異較大[1]，航線穩(wěn)定性欠佳，操控難度較大，因此本區(qū)域航空攝影選用有人駕駛直升機為平臺，無需機場，直接車載起飛，從而更好地控制飛行路線，安全系數(shù)較高。連云港市主城區(qū)航空攝影，采用羅賓遜R44直升機為平臺，天寶IQ180數(shù)字航空攝影儀進行攝影，采集了255 km20.05 m分辨率真彩色影像。低空直升機航空攝影是江蘇省內(nèi)大區(qū)域測繪生產(chǎn)和數(shù)字城市建設項目的首次應用，項目組針對性地設計了后續(xù)的空中三角測量和影像糾正的技術(shù)方案，填補了江蘇測繪的一項空白。

2 項目實施

2.1 航攝分區(qū)與航線敷設

按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定[2]，攝區(qū)地形高差不得大于1/6相對航高，本次航攝比例尺1∶9 620，相對航高495 m，絕對航高為505 m，攝區(qū)絕大部分為臨海平原，攝區(qū)地形符合航攝規(guī)范對地形高差的要求，但根據(jù)攝區(qū)的形狀和直升機特點，為提高航攝效率，將攝區(qū)分為2塊，實際航攝面積分別為47.2 km2和207.8 km2，合計255.0 km2。1區(qū)航線為東西向敷設，避開南側(cè)的山區(qū)，2區(qū)航線沿山體走勢近南北向敷設，避開東側(cè)的山區(qū)。

2.2 航空攝影技術(shù)基本參數(shù)

本項目選用羅賓遜 R44直升機攜帶天寶IQ180數(shù)字航空攝影儀于2013年10月開始實施，領(lǐng)航采用高性能導航GPS，無需使用機場，采用車載起飛。航攝劃分為2個區(qū)，共計飛行5個架次，全部為有效架次。羅賓遜 R44直升機產(chǎn)地美國，總重1 090 kg，自重635 kg，最大載荷370 kg，標準載油量140 L，副油箱載油量83 L，動力為萊康明Q-540活塞發(fā)動機，260馬力，巡航速度約210 km/h，75%馬力，最大航程(無儲備動力)約645 km，懸停升限為1 951 m，海平面爬升率超過305 m/min，最大升限4 270 m。天寶IQ180航攝儀相機主距為51.454 mm，影像分辨率為5.2 μm，像幅大小為7 760像素×10 328像素，像片物理尺寸為4.035 2 cm×5.370 56 cm。航空攝影技術(shù)基本參數(shù)詳見表1。

表1 航空攝影技術(shù)基本參數(shù)表

2.3 像片控制測量

1)像片控制點布設。為了克服直升機平臺的不穩(wěn)定性，以及山坡氣流的影響，經(jīng)過多次試驗，并參考國家標準GB/T 7931—2008,1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[3]和《數(shù)字連云港地理空間框架建設基礎地理信息建設及完善技術(shù)設計書》的規(guī)定要求，項目組針對性地設計了相應的像片控制點布設方案：a.區(qū)域網(wǎng)之間的像片控制點都盡量選擇在上、下航線重疊的中間，保證不少于5片重疊，使相鄰區(qū)域網(wǎng)間控制點盡量共享，除航線首末點外，測區(qū)周邊像片控制點均選在三片重疊處；b.航向相鄰控制點間的跨度為8條基線，不超過12條基線為一個區(qū)域網(wǎng)，區(qū)域網(wǎng)的區(qū)域單元大小采用4條航線；c.測區(qū)像片控制點均布設為平高點；d.在不穩(wěn)定的區(qū)域增加布設控制點。

2)像片控制點聯(lián)測。本測區(qū)的像片控制點坐標聯(lián)測，采用Leica公司生產(chǎn)的3臺ATX1230+GNSS型GPS雙頻接收機、1臺ATX1230 GG型GPS雙頻接收機和1臺GS10型GPS雙頻接收機，均采用JSCORS提供的網(wǎng)絡RTK作業(yè)方式進行。1∶1 000像片作業(yè)共觀測像片控制點858個，每個像片控制點均獨立觀測兩次(除P2058，P2135，P2359三個點在信號不好的情況下觀測四次)，每次觀測10個歷元，觀測時每個點平面收斂值小于3 cm，高程收斂值小于5 cm。

3)像片控制點成果解算。所有像片控制點、檢測點的2000國家大地坐標系、中央子午線為120°的成果均采用江蘇省C級GPS網(wǎng)WGS84坐標系到2000國家大地坐標系的七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型進行坐標轉(zhuǎn)換得到，利用江蘇省最新似大地水準面成果計算1985國家高程基準的高程。像片控制作業(yè)兩次觀測的平面較差中誤差為±2.6 cm，高程較差為±4.0 cm，滿足設計要求。

2.4 空中三角測量

1)生產(chǎn)情況概述。連云港市1∶1 000空中三角測量子項目按攝區(qū)分為兩部分完成，其中1區(qū)采用了北京四維公司的自動空中三角測量系統(tǒng)Geolord-AT軟件運用光束法進行整體平差，完成了包括濱海新區(qū)在內(nèi)的4個空三加密分區(qū)的生產(chǎn)；2區(qū)采用了武漢適普公司的自動空中三角測量(VirtuozoAAT)軟件及光束法平差軟件PAT-B來實施空三加密作業(yè)，完成了11個空三加密分區(qū)的生產(chǎn)。

2)生產(chǎn)流程及技術(shù)執(zhí)行情況。本測區(qū)航攝獲取的影像數(shù)據(jù)總體質(zhì)量良好。但是，由于測區(qū)形狀的不規(guī)則，造成許多相鄰航線非同期飛行，因此數(shù)據(jù)時相有差異。同時，選用直升機作為航攝平臺，航攝時航線的穩(wěn)定性欠佳，以及山坡氣流的影響，導致相鄰像片的外方位元素差值(旋偏角、傾斜角、航線彎曲度、航高保持等)比較大，給后續(xù)的空中三角測量增加了不少難度，對空三加密中影像特征匹配的成功率和準確性產(chǎn)生了一定的影響?？杖用懿捎冒胱詣幼鳂I(yè)方式，在每張像片主點上下標準點位上選取人工點，并將測區(qū)的外業(yè)像控點按照控制片上的刺點位置量測在區(qū)域網(wǎng)的相應像片上，相對定向由程序自動匹配完成，經(jīng)過多項式整體平差/光束法整體平差計算出加密點的大地坐標。測區(qū)總共使用項目部外業(yè)像片控制測量小組施測的總計858個平高控制點作為空中三角測量的像片控制點，經(jīng)與立體模型復核，數(shù)據(jù)整體質(zhì)量良好，但是由于空三加密實際作業(yè)生產(chǎn)需要，需外業(yè)補測像片控制點，野外像控和補調(diào)的工作量比常規(guī)攝影測量大。為了保證空三加密成果精度，本次作業(yè)對分區(qū)之間增加重疊區(qū)域，嚴格按照國家規(guī)范進行空三計算中各殘差、限差等指標的控制，提高檢查力度，加大質(zhì)量控制手段。最后的空三計算殘差報告和

空三精度均符合要求。具體流程如圖1所示。

3)區(qū)域網(wǎng)加密精度報告。經(jīng)區(qū)域網(wǎng)光束法整體平差和區(qū)域網(wǎng)接邊，航攝1區(qū)4個加密分區(qū)定向點平面中誤差最大值0.069<0.30，高程中誤差最大值0.040<0.20，平面最大殘差值0.244<0.50，高程最大殘差值0.162<0.28；航攝2區(qū)11個加密分區(qū)平面中誤差最大值0.082<0.30，高程中誤差最大值0.094<0.20，平面最大殘差值0.279<0.30，高程最大殘差值0.246<0.28，滿足規(guī)范[5]和設計書要求，可供下道工序使用。加密精度詳見表2,表3。

表2 連云港市1∶1 000區(qū)域網(wǎng)加密精度報告(航攝1區(qū))

表3 連云港市1∶1 000區(qū)域網(wǎng)加密精度報告(航攝2區(qū))

3 結(jié)語

后續(xù)生產(chǎn)的DOM，DLG和DEM等產(chǎn)品，經(jīng)過檢測其成果均符合規(guī)范要求。本文在分析了直升機平臺的選擇理由后，對航空攝影和空中三角測量的技術(shù)實施情況做了詳細介紹，以期為低空直升機航空攝影在數(shù)字城市中的應用提供借鑒意義。

[1] 竹林村,胡開全.幾種低空遙感系統(tǒng)對比分析[J].城市勘測,2009(3):65-67.

[2] GB/T 19294—2003，航空攝影技術(shù)設計規(guī)范[S].

[3] GB/T 7931—2008，1∶500,1∶1000,1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].

[4] GB/T 7930—2008，1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[5] GB/T 23236—2009，數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范[S].

[6] GB/T 27920.1—2011，數(shù)字航空攝影規(guī)范第1部分：框幅式數(shù)字航空攝影[S].

Low-altitude helicopter aerial photography in digital cities

Wang Bingtao Zheng Bin

(JiangsuProvinceSurveying&MappingEngineeringInstitute,Nanjing210013,China)

Combining with the specific project example, this paper elaborated the selection reasons of helicopter platform, and introduced in detail the technology implementation situation of aerial photography and aerial triangulation had important practical significance to the application of low altitude helicopter aerial photography in digital city.

digital city, helicopter, aerial photography, triangulation

2015-01-22

王丙濤(1978- )，男，碩士，工程師; 鄭 斌(1979- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)10-0203-02

TU198

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