低空攝影測量高程數據處理探討

胡吉倫，徐 輝

(中南電力設計，湖北 武漢 430071)

1 概述

隨著我國經濟建設和測繪新技術的發展，航空攝影測量技術現已成為各行各業測繪各種比例尺地形圖的首選技術，在電力勘測設計領域，傳統航空攝影測量技術已經廣泛應用于長距離高壓輸電線路勘測設計的各個階段，但在火電廠、變電所等小面積范圍進行大比例尺地形圖測量中，由于航攝成本高、空域管制等因素，始終未能得到廣泛的應用。

隨著數碼相機技術的發展和應用，低空攝影測量技術的研究與應用已成必然趨勢，它是一種基于數字信息和數字影像技術的數據獲取手段。主要分為數碼相機檢校、外業數據獲取和內業數據處理三個步驟。相機檢校采用室外控制場檢校法;外業包括控制點聯測和影像獲取，控制點聯測可采用常規控制測量手段，影像信息采用大面陣非量測數碼相機獲取，能直接獲取大幅面數字影像，數碼相機以超輕型飛機為平臺并配以穩定裝置；內業數據處理包括數字影像零級處理和數字攝影測量工作站(以下簡稱數字工作站) 處理,其中數字工作站處理主要包括攝影測量數學解析(數字定向) 、矢量測圖及4D 產品制作等。具體流程見圖1 。

圖1 低空攝影測量流程圖

低空攝影測量采用較為簡易的航空攝影測量遙感平臺，采用普通的非量測數碼相機進行影像獲取，飛行高度低于1000m，場地限制少，適用于小范圍地形圖測量。但低空攝影測量與傳統的攝影測量相比，攝影平臺穩定性較差，采用的非量測相機鏡頭畸變較大，航攝比例尺大導致幾何變形大，事后數據處理難度大，獲取的數字影像所建模型的高程誤差較大，難以滿足大比例尺工程用圖的要求。為了確保地形圖的高程精度，需要利用野外實測高程點對航測高程數據進行修正。如何對低空攝影高程數據進行處理，滿足工程測量大比例尺用圖的要求，我們在華能正寧電廠一期地形圖測量項目中進行了有效嘗試，取得了良好的效果。

2 高程數據處理

華能正寧電廠一期項目，工程用圖測量范圍，包括廠區和灰場部分約有10個平方公里的面積，測圖比例尺1∶1000，采用無人機低空飛行攝影測量技術，使用相機為佳能450D(Canon EOS 450D Mark II (36×24 mm))，飛行高度500米，航向重疊60%，旁向重疊30%，采用武漢大學遙感院研制開發的新一代航空航天數字攝影測量處理平臺：數字攝影測量網格(Digital Photogrammetry Grid-DPGrid)進行本次的內業加密。其空三加密精度為：平面：±0.3m ，高程：±0.3m。

由于測區主要為平坦地形，按規范規定：注記點高程中誤差為±0.2m。因此，成圖精度不能滿足規范要求。

為了提高高程精度，根據空三加密結果，在正射影像圖或鑲嵌圖上設計野外高程檢查的點位，檢查點包圍整個測區，對誤差較大的模型重點檢查。在JX4數字測圖系統下生成數字地形圖(草圖)，使用紙質打印后，再到測區進行布設檢查點位的測量、野外調繪、電力線及管線等補測，計算內外業高程差值，根據差值進行區域面狀線性擬合。其具體做法是：在中南電力設計開發的《大比例尺地形圖測圖軟件》(PowerMap)中讀入JX4線劃圖，再讀入野外測量數據，在PowerMap地形圖軟件中計算野外測量數據與JX4內業測量數據的平面和高程差值，并將結果輸出。

內外業測量數據差值采用如下方法進行計算：對于平面檢核點，在PowerMap軟件中建立與航測內業點的匹配關系，利用兩個的坐標計算X坐標、Y坐標和距離差值；對于高程檢核點，需要對航測內業高程點構造三角網(TIN，德勞內三角形)，利用TIN解析實測點位的航測內業高程，將此高程與外業實測高程進行比較。依此方法對所有實測點進行統計并輸出。

本工程項目中的部分檢測數據差值見表1。

表1 部分檢測數據差值

(續表1)

計算高程中誤差為m=±0.41。

從計算結果看，地形圖高程精度不能滿足規范規定的1∶1000地形圖平地高程中誤差0.2m的要求。為此，必須對航測內業高程點進行數據處理。我們處理的方法是：對輸出的差值結果進行確認，對航測內業高程點進行區域線性擬合，再結合野外調繪及檢測數據生成1∶1000地形圖。

航測內業高程點區域線性擬合方法見圖2。

圖2 航測內業高程點區域線性擬合方法

如圖2 所示，1、2、3、4點為檢測點，dH1、dH2、dH3、dH4為對應點的高差值(外業高程-內業高程)，P1、P2分別為兩個三角形的角平分線交點，對1、2、3、4點封閉區域的高程點進行數據處理時，假定該區域內的高程誤差呈線性分布，如1、3點間測點P , 測點P投影到直線1-3的垂點為O，P點的高差值處理，以垂點O到1或3點的距離進行線性內插，修改P點的高程值，同理，修改該區域內其它高程點。

表2 世面部分檢測數據

其具體做法是：在PowerMap環境中，先讀入JX4線劃圖，再讀入野外測量數據，將野外測量數據連成三角網，對三角網圖進行編輯確認，然后進行區域線性擬合。

我們對擬合改正后的高程點進行實地再次檢測，其高程差值的絕對值均小于0.3m，統計計算高程誤差為：±0.15m。

部分檢測數據見表2。

計算檢測點高程中誤差為m=±0.15m，規范規定高程中誤差：1∶1000，平地為0.2m，滿足測量規范的要求。

3 結語

通過這次試驗，經過面狀線性擬合數據處理后的地形圖高程精度明顯提高，其高程精度滿足規范要求。這種處理方法還可以用于一般航攝成圖的高程數據處理。

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