航測外業新方法探索

宗偉麗

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

POS(Positioning and Orientation System)系統是高精度定向定位系統，集全球定位系統(GPS)與慣性導航系統(INS)于一體，可以實時獲取運動載體的空間位置和姿態信息，也就是可以獲取攝影瞬間航攝像片曝光點的空間位置和攝影主光軸空間姿態數據。在開展數碼航空攝影工作時，通過GPS載波相位差分定位，獲取航攝儀的位置參數及慣性測量單元IMU測定航攝儀的姿態參數，經GPS、IMU數據的聯合平差處理，直接獲取航空攝影瞬間航攝像片的6個外方位元素。POS系統的問世不但給傳統的航測內業帶來了革命性的變化，同時也給傳統的航測外業帶來了全新的作業方法，改變了傳統的作業模式。

1 航測外業現狀分析

像控點的選刺和航攝像片的調繪對航測外業來說是必不可少的兩道作業工序。像控點的選刺是航攝像片高精度恢復真實地理坐標的基礎，像片調繪是航測地形圖“定性”的依據，地物的正確定性對鐵路勘察設計方案的穩定性會產生影響。對于傳統的航測外業作業而言，像控點的選刺和航攝像片的調繪都是在紙質航片上進行的。

1.1 傳統像控點布設存在的問題

像控點的布設和選刺都受制于航片，從航飛數據的后處理到航攝像片的沖洗需要一定的作業周期，像控點成果不能及時的提供必然影響航測內業作業的順利開展。尤其是在鐵路航測項目中，工期緊任務重，像控點成果成為了制約航測內業作業的一個重要環節。此外，傳統的像控點布設需要人為將單張航片拼接成一個區域，以便于選點和測段接邊。

1.2 傳統航片調繪存在的問題

(1)隨著數碼航攝儀的問世及不斷發展，目前大部分項目的航飛已采用數碼航攝儀。相比于傳統航攝儀，在制作相同比例尺地形圖時數碼航攝儀的航片比例尺要小很多，不利于地物辨別。

(2)通常情況下，調繪所用航片需要沖洗一整套，而真正有效利用的航片卻是一小部分，造成了大量航片的沖洗浪費。

(3)傳統的調繪范圍和線位是通過比對相應圖紙，人為判斷，畫到單張航片上，這種方式的弊端在于調繪范圍和線位的準確性很難保證。

(4)單張航片調繪時圖幅較小，圖幅接邊較多，尤其是在跨航線的區域，圖幅接邊顯得尤為復雜。

(5)傳統的調繪需要相關人員取送資料，造成了人力、物力、財力上的浪費，也需要一定的周期，尤其是線位多變，調繪較多的區域尤為明顯。

基于傳統航測外業中存在的問題，本文研究了基于POS系統的航測外業新方法，旨在解決以上存在的問題。

2 航測外業新方法

2.1 基于Google Earth的像控點布設

基于Google Earth的像控點布設流程如圖1所示。

圖1 基于Google Earth的像控點布設流程

基于定點曝光的航線設計圖或是基于POS系統的航飛數據結合圖都具有相當準確的地理坐標，將航帶設計圖或是航飛數據結合圖導入Google Earth中，航攝像片與地面物體的對應關系一目了然，在Google Earth中通過比對判斷，在適當的位置布設像控點，并將像控點布設的成果提交給外業刺點使用。基于Google Earth的像控點布設如圖2所示。

圖2 基于Google Earth的像控點布設

這種布點方法的優點在于無需等待航飛數據的后處理和航攝像片的沖洗，縮短了作業周期，同時也避免了單張航片的拼接，直接將航飛數據導入Google Earth中，測段的位置以及測段與測段之間的關系一目了然。考慮到目前網絡的普及性，把Google Earth中布設像控點產生的文件提供給外業，還可以幫助外業生產組織管理，同時在完成現場刺點工作后，也可以導入Google Earth中進行比對檢查，避免選點錯誤。

這種布點方式的弊端在于Google Earth中影像年份參差不齊，有些區域影像不具有很強的現勢性，因此在布設像控點時要根據經驗判斷，像控點盡量避免布設在地物可能發生變化的區域。如果刺點過程中發現布設點位的地物發生變化，可以在變化地物附近現場選刺明顯地物點，采用手持GPS精確定位，繪制刺點草圖并拍攝刺點點位與周圍地物對應關系照片，便于內業判斷點位。

2.2 基于DOM的調繪片制作

基于DOM的調繪片制作流程如圖3所示。

圖3 基于DOM的調繪片制作流程圖

在航空攝影時，POS系統所獲取航攝像片的外方位元素可以直接用于GPS/IMU輔助空三，無約束平差后自動提取DEM。也可利用已有的DEM制作正射影像，通過正射影像的拼接、正射影像與調繪輔助資料的套合、正射影像的裁切以及正射影像的色調調整等快速制作調繪片提供給外業使用，基于DOM的調繪片制作如圖4所示。

圖4 基于DOM的調繪片制作

DOM應用于調繪片的制作打破了傳統紙質航片的調繪模式，解決了數碼航攝儀航飛比例尺過小，地物不易識別的問題，可以根據需要將調繪片打印成合適的比例尺，不受航攝像片比例尺的制約;打印或是沖洗時也只需處理有效范圍的數據，避免了影像整套沖洗的浪費;同時DOM裁切時可以根據需要選擇航片的尺寸，盡量處理成小帶狀圖，避免外業調繪時大量的接邊;采用帶有真實坐標的DOM與線位等輔助資料套合，省去了人為轉繪線位的麻煩;同時外業也可以根據具體情況選擇打印紙質調繪片調繪或是使用電子調繪片調繪，為外業調繪提供了更為便利的手段。

采用DOM制作調繪片也為航測中的地形圖編輯工序帶來便利條件。這種調繪片制作方法使得調繪片的形式不再是單一的紙質形式，地形圖編輯時使用電子調繪片與矢量圖相套合，使得矢量圖與地物的對應關系更加直觀，以電子調繪片為底圖可以更方便、更直觀地填充植被，標示地名等注記，無需將紙質調繪片與矢量圖做比對判斷位置，同時對其他地物也會起到一定的參考作用。

3 結束語

基于Google Earth的像控點布設和基于DOM的調繪片制作已經在項目的生產實踐中得到了應用，并產生了良好的效果，這種全新的作業方式與傳統作業方式相比優勢凸顯，是一種有效可行的作業模式，但是這種調繪方式大部分還是依賴紙質調繪片。隨著技術的進步，調繪的手段還可以進一步改進:可以利用帶有定位功能的平板電腦直接在DOM上判讀、解譯以實現電子調繪，這種電子調繪的方式有待進一步實驗研究。

［1］TB 10050—2010 鐵路工程攝影測量規范［S］

［2］GBT7931—2008 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測量外業規范［S］