攝影測量技術(shù)在河道斷面測量中的應(yīng)用

張立剛

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

0 引 言

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，攝影測量已經(jīng)開啟了“云貼近攝影測量”的新發(fā)展階段。河道斷面測量工程是攝影測量技術(shù)在水利工程建設(shè)中的的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一[1-2]。采用攝影測量方法測繪河道斷面主要包括斷面區(qū)域的像片控制測量、空中三角測量、斷面點(diǎn)測繪、斷面區(qū)域影像圖制作及斷面點(diǎn)入庫等工作[3]。

1 影像資料收集

項(xiàng)目數(shù)據(jù)源包括衛(wèi)星遙感影像和航空攝影影像。測區(qū)內(nèi)現(xiàn)有2013-2014年獲取的Pleiades衛(wèi)星立體影像，包括全色和多光譜，全色影像分辨率為0.5m，多光譜包含R、G、B、NR四個(gè)波段，分辨率為2m；新獲取2017年WorldView衛(wèi)星立體影像，包括全色和多光譜，全色影像分辨率為0.5m，多光譜包含R、G、B、NR四個(gè)波段，分辨率為2m；以及2012年航攝影像作為補(bǔ)充。數(shù)據(jù)源使用原則包括兩個(gè)方面：一是優(yōu)先使用衛(wèi)星影像作為數(shù)據(jù)源，在衛(wèi)星影像未覆蓋區(qū)域，用航空影像作為補(bǔ)充；二是制作斷面區(qū)域影像圖時(shí)對于衛(wèi)星影像處于豐水期的利用航攝影像進(jìn)行補(bǔ)充。

2 斷面點(diǎn)采集

2.1 技術(shù)流程

利用數(shù)字?jǐn)z影測量的方法開展斷面點(diǎn)測繪，將工藝流程分為衛(wèi)星影像區(qū)域處理流程和航攝影像區(qū)域處理流程——衛(wèi)星影像區(qū)域：在新獲取的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)與已有的衛(wèi)星影像重疊區(qū)域內(nèi)，利用已有的衛(wèi)星影像成果恢復(fù)立體，在重疊區(qū)域內(nèi)讀取影像同名點(diǎn)作為控制點(diǎn)，作為新獲取的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的控制資料，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，獲得新區(qū)域的衛(wèi)星影像成果，最終利用該成果恢復(fù)立體，在立體環(huán)境下測量斷面點(diǎn)。航空影像區(qū)域：分析航空影像區(qū)域特點(diǎn)，按像控點(diǎn)布設(shè)要求預(yù)選像片控制點(diǎn)，進(jìn)行像片控制測量；利用像片控制測量成果、航空影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，得到空中三角測量成果，利用空三成果恢復(fù)立體，在立體中按要求采集斷面點(diǎn)。此外，對于某些像片控制測量困難區(qū)域，可采用在已有衛(wèi)星立體影像上讀取控制點(diǎn)作為空中三角測量的控制點(diǎn)成果。處理流程如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

空中三角測量精度直接影響后續(xù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)質(zhì)量的好壞。項(xiàng)目空中三角測量關(guān)鍵技術(shù)包括已有空三成果恢復(fù)及新獲取影像與已有空三成果聯(lián)合平差，其中，2017年新獲取的WorldView衛(wèi)星影像面積較小，影像范圍內(nèi)控制不足，不能單獨(dú)進(jìn)項(xiàng)空三加密作業(yè)，采用與已有的Plieades衛(wèi)星影像聯(lián)合平差的方式，得到平差后的衛(wèi)星軌道參數(shù)*.rpc文件，進(jìn)行斷面成果生產(chǎn)。在空中三角測量過程中，衛(wèi)星影像像片控制點(diǎn)、連接點(diǎn)的點(diǎn)位量測精度應(yīng)不超過影像上1個(gè)像素，個(gè)別困難點(diǎn)不超過1.5個(gè)像素；航攝影像兩節(jié)點(diǎn)上下視差中誤差不超過1/3像素，最大殘差不超過2/3像素，特殊困難資料或地區(qū)可放寬0.5倍。

圖1 處理流程

3 斷面區(qū)域影像圖制作

利用數(shù)字?jǐn)z影測量的方法開展斷面區(qū)域影像圖制作。斷面區(qū)域影像圖制作包括DEM匹配和DOM制作兩個(gè)步驟。以整合后的空三成果為基礎(chǔ)，利用立體像對自動(dòng)匹配生成DEM數(shù)據(jù)，全色影像通過該DEM糾正生成整景全色成果，多光譜影像通過該DEM和整景全色成果配準(zhǔn)糾正生成整景多光譜成果。對多光譜和全色成果進(jìn)行融合處理，最后進(jìn)行色彩調(diào)整、鑲嵌拼接成圖。航攝影像區(qū)域斷面影像圖制作同理。斷面區(qū)域DOM影像應(yīng)連續(xù)完整、清晰易讀、反差適中和色調(diào)均勻，分辨率和平面精度符合要求，避免重影、模糊或紋理斷裂等現(xiàn)象。處理流程如圖2所示。

4 精度要求及成果應(yīng)用檢驗(yàn)

4.1 技術(shù)指標(biāo)

斷面點(diǎn)測繪及斷面區(qū)域影像圖制作的各項(xiàng)精度指標(biāo)應(yīng)按1：10000比例尺相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)及制圖規(guī)范要求，斷面點(diǎn)測繪技術(shù)指標(biāo)——航攝影像在一側(cè)有控制點(diǎn)的情況下，另一側(cè)的高程精度在1.0-2.0m，距離像控點(diǎn)越遠(yuǎn)精度越低，平面精度在3.0m以內(nèi)；衛(wèi)星影像在一側(cè)布設(shè)控制點(diǎn)的情況下，高程精度在0.7m左右，平面精度在2.0m左右；異軌立體影像高程精度在2.0-3.0m，平面精度在3.0m以內(nèi)。超過控制區(qū)域20km以外的區(qū)域，高程精度在3.0-4.0m，平面精度在5.0m左右。斷面區(qū)域影像圖制作技術(shù)指標(biāo)——DOM影像圖數(shù)據(jù)上明顯地物點(diǎn)相對于附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差為平地/丘陵地5.0m，山地7.5m，規(guī)定中誤差的兩倍為其最大誤差。

圖2 處理流程

4.2 成果分析

項(xiàng)目共涉及95個(gè)斷面的高程精度檢測，根據(jù)檢測報(bào)告，斷面高程中誤差最小為±0.025m，最大為±1.313m。外業(yè)布設(shè)斷面測量檢測點(diǎn)512個(gè)，其中12個(gè)點(diǎn)落在斷面范圍外，落水及遮擋8個(gè)，位置不明顯等粗差20點(diǎn)個(gè)，實(shí)際共檢測472個(gè)點(diǎn)，根據(jù)檢測報(bào)告，高程中誤差為±0.396m，高程最大誤差為1.311m。斷面測量檢測成果均滿足項(xiàng)目成果精度要求。

5 結(jié) 語

介紹了一種利用數(shù)字?jǐn)z影測量方法開展斷面點(diǎn)測繪及斷面區(qū)域影像圖制作的基本原理、工藝流程及精度檢測方法，是航空航天影像資料聯(lián)合開展工程化服務(wù)的典型案例，為已有測繪地理信息成果在河道斷面測量項(xiàng)目中的應(yīng)用與推廣提供了有力探索與實(shí)踐。同時(shí)，本方法也為測繪地理信息成果和數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在其他類似項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用提供了一定參考與借鑒。