航空攝影測量中控制測量要點(diǎn)探討

林建雄

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州 730020)

航空攝影測量是在航空器上安裝航空攝影設(shè)備，在空中對地球表面特定區(qū)域進(jìn)行攝影，最終獲得相應(yīng)比例尺和一定重疊度的影像數(shù)據(jù)的技術(shù)[1]。由于航空影像數(shù)據(jù)是利用航空器在高空拍攝而形成，生成的地形線極易造成地面點(diǎn)的偏移。同時(shí)，由于航空器在飛行過程中容易產(chǎn)生顛簸，導(dǎo)致影像的傾斜，也可造成地面點(diǎn)的偏移。此外，不同區(qū)域的地形地貌變化較大，會引起影像數(shù)據(jù)中所反映的地面點(diǎn)出現(xiàn)一定的偏差。大量研究資料顯示：越是靠近影像邊緣部位的區(qū)域，影像的投影差越大；而地形變化大的區(qū)域(高程變化大)，其投影差也越大。正是由于投影差的存在，導(dǎo)致地面點(diǎn)在影像上存在偏移，故需要通過控制點(diǎn)進(jìn)行校正。鑒于此，本文以航空攝影測量中的控制測量方法為研究對象，簡要論述控制測量要點(diǎn)，可為提高航空攝影測量精度提供參考。

1 航空攝影測量概況

航空攝影測量是借助航空器完成影像拍攝的測量方法。根據(jù)攝影方式的差異，航空攝影測量分垂直攝影測量和傾斜攝影測量。其中，垂直攝影測量方法是在無人機(jī)上搭載垂直方向的攝影相機(jī)進(jìn)行攝影測量，該方法只能獲取垂直方向的影像數(shù)據(jù)，所以在高大建筑、樹木等遮擋嚴(yán)重區(qū)域的影像數(shù)據(jù)中存在大量的“留白”，從而降低了航空攝影測量的總體精度。隨著圖像融合及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的快速發(fā)展，在垂直攝影相機(jī)上增加了多角度、多方位的攝影相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了從不同方位、角度獲取測繪區(qū)影像數(shù)據(jù)的目的，使得被測量的目標(biāo)體側(cè)面紋理信息反映更加全面，有效地解決了影像數(shù)據(jù)“留白”問題，從而提高了測量精度，但同時(shí)也為圖像融合處理增加了難度。

2 像片控制測量

像片控制測量是航空攝影測量的重要組成部分，是提高測量精度的主要途徑，也是有效消除投影差的主要方法。像片控制測量在測繪區(qū)域?qū)嵉剡M(jìn)行，該測量成果可用于空中三角加密測量或目標(biāo)測繪區(qū)域平面坐標(biāo)、高程坐標(biāo)的校正。其中，空中三角加密測量是以航空影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用像片控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)建立相應(yīng)的空間關(guān)系，從而獲得影像數(shù)據(jù)中密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平面位置、高程以及像片的方位等控制變量。因此，像片控制測量是航空攝影測量的基礎(chǔ)。像控點(diǎn)的布點(diǎn)方式是影響像片控制測量精度的重要因素，其布設(shè)應(yīng)結(jié)合測繪區(qū)域地形地貌而定。一般來說，布點(diǎn)方式包括全野外布點(diǎn)方式和非全野外布點(diǎn)方式。像片控制測量的工作流程如圖1所示。

圖1 像片控制測量流程示意圖

3 控制測量布點(diǎn)方式選擇

3.1 全野外布點(diǎn)方式

全野外布點(diǎn)方式：顧名思義就是所有的控制點(diǎn)均在野外完成，像片控制點(diǎn)不需要內(nèi)業(yè)加密處理，其結(jié)果可直接用于空中三角加密測量或者內(nèi)業(yè)地形圖成圖使用。此布點(diǎn)方式所有的控制點(diǎn)均在野外布設(shè)完成，雖然工作量大，但其優(yōu)點(diǎn)是精度較高，因此全野外布點(diǎn)方式一般用于測量精度要求高的測繪任務(wù)中。此外，全野外布點(diǎn)方式的使用條件要求較高，一般宜用于視野開闊且易于聯(lián)測的小面積測繪中。如某金屬礦山為了獲取最新的大比例尺地形圖，結(jié)合礦區(qū)地形地貌變化范圍等，將測繪區(qū)域劃分為兩個(gè)子區(qū)，其像片控制測量的布點(diǎn)方式均可采用全野外布點(diǎn)方式，其具體布點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 某礦山像片控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

3.2 非全野外布點(diǎn)方式

非全野外布點(diǎn)方式：像片控制點(diǎn)包括野外布設(shè)的控制點(diǎn)和室內(nèi)加密處理的控制點(diǎn)。非全野外布點(diǎn)方式可根據(jù)航線數(shù)不同分為區(qū)域網(wǎng)和單航線兩種類型。前者使用條件限制較少，應(yīng)用廣泛。

區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)一般在平面上按矩形布設(shè)。區(qū)域網(wǎng)中像片控制點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)成圖比例尺、測繪區(qū)域的地形地貌進(jìn)行綜合考慮。當(dāng)測繪區(qū)域地形地貌變化較大時(shí)，可在凸出部位布設(shè)平高點(diǎn)，而在低凹處布設(shè)高程點(diǎn)。在地形地貌變化相對較小的區(qū)域內(nèi)，可適當(dāng)放稀像片控制點(diǎn)；在地形地貌變化較大的區(qū)域，可適當(dāng)加密像片控制點(diǎn)。通常情況下，像片控制點(diǎn)布設(shè)密度為2.5點(diǎn)/km2。

4 控制測量要點(diǎn)

4.1 控制點(diǎn)選擇

像片控制點(diǎn)選擇對航空攝影測量精度影響較大，不僅要結(jié)合測繪比例尺精度要求，還應(yīng)與布點(diǎn)方式等緊密結(jié)合[1]。在航空攝影測量過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面內(nèi)容：①所選擇的像片控制點(diǎn)必須是目標(biāo)明確的、易于辨識的地物，如田角、房角等的拐角處(圖3)；②像片控制點(diǎn)一般布設(shè)在距離像片邊緣1～1.5 cm的范圍內(nèi)，可有效地降低投影差引起的偏移；③像片控制點(diǎn)可布設(shè)在旁向重疊度中線附近，可顯著地提高影像數(shù)據(jù)的處理精度；④像片控制點(diǎn)一般布設(shè)在交通便利且易于保存的位置，目的是方便外業(yè)測量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)綜合利用，減少測繪成本，提高控制點(diǎn)的再利用率。

圖3 像控點(diǎn)布設(shè)位置示意圖

4.2 像片控制點(diǎn)平面坐標(biāo)及高程施測

像片控制點(diǎn)可分為平面控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)兩類，測量一般遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，也就是說在航空攝影測量過程中像片控制點(diǎn)的測量先以整體測量為主，再進(jìn)行局部區(qū)域的碎部測量[2]。像片控制點(diǎn)的測量可通過RTK、GPS及全站儀等方式進(jìn)行，為提高測量效率，可選擇GPS-RTK聯(lián)測方式，具有測量精度高、效率高、成本低的優(yōu)勢。

4.3 像片控制點(diǎn)整飾

像片控制點(diǎn)整飾是成圖的基礎(chǔ)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①像片控制點(diǎn)一般選擇在交通便利、易于保存的位置，以易辨識、無爭議的地物點(diǎn)為主；②像片控制點(diǎn)的刺點(diǎn)方式以電子刺點(diǎn)為主，即在航空影像圖中的像片控制點(diǎn)位置處標(biāo)注1 cm × 1cm十字絲，其十字絲的中心部位與像片控制點(diǎn)位置完全重合，在外圍采用1 cm × 1cm的圓形框框定(圖4)；③像片控制點(diǎn)刺點(diǎn)完成后以圖片的形式保存，便于在后期加密測量中使用。

圖4 像控點(diǎn)刺點(diǎn)示意圖

4.4 像片控制點(diǎn)聯(lián)測

像片控制點(diǎn)聯(lián)測是在確保測量精度的基礎(chǔ)上，方便快捷地進(jìn)行測量，它主要以多種方法的聯(lián)合測量為主，如RTK-GPS、CORS-RTK、GNSS-RTK等。

像片控制點(diǎn)在聯(lián)合測量過程中應(yīng)注意：①像片控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)或者高程應(yīng)該以測繪范圍內(nèi)的基本控制點(diǎn)測量值為起算數(shù)據(jù)，并采用GPS、全站儀或者GNSS-RTK等方式進(jìn)行聯(lián)測，或者與就近的CORS基站等進(jìn)行聯(lián)測；②像片控制點(diǎn)聯(lián)測的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)必須滿足相應(yīng)的測量規(guī)范要求；③像片控制點(diǎn)聯(lián)測結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)整理聯(lián)測成果，編制相應(yīng)的像控點(diǎn)成果表以及點(diǎn)記錄表[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，航空攝影測量技術(shù)是以航空器為搭載平臺，集成了圖像融合處理技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及動態(tài)定位技術(shù)于一體的現(xiàn)代化測量技術(shù)，通過控制點(diǎn)選擇、像片控制點(diǎn)平面坐標(biāo)及高程施測、像片控制點(diǎn)整飾、像片控制點(diǎn)聯(lián)測等完成測繪。該方法具有成圖快、耗時(shí)短、精度高的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在地籍測量、地形測量、工程測量等大范圍測量任務(wù)中。隨著數(shù)據(jù)處理能力的逐漸提高，該技術(shù)逐漸應(yīng)用于礦區(qū)大比例尺地形圖測量中，并取得了良好的效果。