高速擴容工程激光航空攝影測量的實施與質量控制重點

馬學良

摘要：隨著航空攝影測量技術在我國公路測量應用中的快速普及，尤其是在大比例地形圖中的應用更加普及，這在一定程度上促進了大比例航測成圖技術在城市測繪機構中的應用，推動了多種高新測繪技術的發展。本文以G5京昆高速廣元至綿陽段擴容工程為例，分析激光航空攝影測量技術的實施與質量控制重點，旨在減少測繪時間周期并提升影像質量水平。

關鍵詞：高速擴容激光航空攝影測量實施流程質量控制

Implementation and Quality Control of Laser Aerial Photogrammetry in High-Speed Expansion Project

MA Xueliang

（Sichuan Transportation Survey and Design Institute Co.， LTD.， Chengdu， Sichuan Province，610000 China）

Abstract： With the rapid popularization of aerial photogrammetry technology in the application of highway survey in China， especially in the application of large proportion topographic map is more popular， which to a certain extent promotes the application of large proportion aerial mapping technology in urban mapping institutions， and promotes the development of a variety of high-tech mapping technology. Taking the G5 Beijing-Kunming expressway from Guangyuan to Mianyang section expansion project as an example， this paper analyzes the implementation and quality control focus of laser aerial photogrammetry technology， aiming at reducing surveying time cycle and improving image quality level.

KeyWords：High-speed capacity expansion;Laser aerial photogrammetry;Implementation process;The quality control

1項目和地理概況

1.1 項目概況

G5京昆高速廣元至綿陽段擴容工程A2標，AK55+000～AK123+817.610主體工程建設里程約68.818公里，特大橋5943米/5座，大、中橋14594米/24座，小橋230米/10座;長隧道3600米/3座，中隧道1826米/3座，特長隧道7302米/2座，短隧道400米/1座;設互通式立交7座，其中一般互通7處。橋隧比48.6%，建安費94.661億元，設備費1.129億元。測繪分院負責本項目地形圖航測、控制測量、中樁放線、橫斷面復檢等測量工作。

1.2 自然地理概況

項目地處四川盆地東北部丘陵與低山過渡帶，近盆地邊緣，主要為低山、丘陵地貌，間有河流堆積階地。地表水體為涪江、嘉陵江水系。季候類型為亞熱帶濕潤氣候，其特征為：降雨量大，氣候溫和，光照充足，四季節氣明顯，具有暖冬特點，一年中屬秋季雨水綿綿，汛期較為集中。此次的擴容工程項目處于揚子準地臺西北部川北古中坳陷低緩構造區，屬于新華夏排名第3位的沉積地帶的川北臺凹構造體系。項目的東南方向與川中古隆重的平緩地帶相臨，西南方面與川中新坳陷低陡地帶相接，向向與龍門山臺緣褶皺凹陷帶毗連。該地段的巖層分布具有一定的沉積韻特點，砂巖顏色為紫紅參雜灰綠泥巖且有互層現象，由于受到盆地結構的侵蝕和風化剝蝕，該地區的巖石、泥巖土質較為疏松，大部分砂巖地區被侵蝕轉化為懸巖狀。

2航空攝影的實施的流程

2.1 航攝前的準備工作

現場需要組織好飛機組、攝影組相關人員待命，只要天氣條件具備，立即安排這些工作人員進行設備試飛及試拍攝，將拍攝影像及時進行處理和分析，為后面正式的航空拍攝做好準備。

2.2 航空攝影的實施

準備工作做好后，工作人員在現場等待適合航拍的條件出現，在等待過程中同時對航拍使用的各類硬件進行現場檢查與維護，以保證航拍設備狀態的為最佳狀態，等到天氣條件符合航拍時，將各條航線的無人機放飛后進入正式航拍，盡可能在氣候條件相似或是選擇同一架次的飛機執行航拍工作。

2.3 質量控制與檢查

對航拍資料的質量控制和檢查主要包括兩個方面的內容：

（1）飛行質量控制：航拍的硬件選擇高性能的硬件來確保飛行質量的控制。

（2）攝影質量控制

此次進行航拍的天氣條件要求天氣為晴朗或是少云天氣，能見度必須高于2000米，在進行航拍時要求各飛行架次的氣象條件要相似。由于霧氣天氣對航拍數據有很大影響，所以在進行航拍時盡量避開有霧天氣。

對于最終提交的航拍影像資料必須要求影片攝取像素清晰，通過影像可以準確辨認出被拍地貌地物，能夠提供精準地物輪廓的繪出圖，相鄰地界的地物色影像基本一致，拍攝出來的圖像色調和效果也能夠達到基本均勻和一致。

3 航飛數據采集流程及像控點布設

3.1 航飛數據采集流程

此次數據采集使用的是中測瑞格掃描鷹HS-1600激光雷達系統，通過現場踏勘及附近控制點的位置情況最終確定起飛場地，最終完成項目數據采集。

3.3.1 GPS基站架設情況

全測區共一段，均勻選取4個GPS控制點架設基站，其中兩個個作解算點另外兩個作檢查備用點使用。各基站間相互距離不超過30公里，基站靜態觀測采樣間隔本次設定為1s，截止角為15度，并在起飛前10分鐘開機、降落后10分鐘關機。

3.3.2 航飛數據采集

航飛數據采集經過5個架次完成，有效架次5個，參數設定如下表1所示。

根據基本要求，本項目飛行高度分為修壓1100m和1300m，相對航高最小390，最大760，航間距為350m，飛行速度100km/h，照片拍攝時間間隔為3s[1]。為保證激光點云密度，掃描頻率設定為50khz。影像航向重疊度為65%-86%，旁向重疊度37%-63%，地面分辨率為0.036m-0.070m[2]。

本攝區航飛工作進展順利，所得影像完整清晰，航攝的精度指標滿足要求。最終提交的航攝所有數據均符合設計規范的要求，可提供數據處理使用。

3.2 像控點布設

像控點的布設宜提前布設，后續補充。選刺執行CH/Z ?3004-2010《低空數字航空攝影測量外業規范》;像控點的測量執行CH/T2009-2010《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》，高程采用GPS擬合高程[3]。

（1）像控點布設：飛機飛行航向以5-6條基線進行布置，旁邊方向的航向以逐條航線的方式來布置。控點布設時，要充分考慮布點成圖的范圍控制，在各個測試線內接頭處注意不要留有漏洞[4]。

（2）檢查點布設：進行檢查點布設時，嚴格按照一個區域網內布點要大于2個的要求，進行點位選擇時要滿足成圖條件，以航向及旁向區域內重疊的5-6片為范圍，以此來保證各相鄰的片區最終成圖清晰[5]。像控點宜采用十字形標志。

（3）像控點的點位和目標要求

① 像控點的位置盡量選擇地物的線狀交點處、拐角頂點及或是大于0.2mm的中心攝像點，選點的交角要求良好。針對有電桿、彎型地物或是移動地物的像控點選擇，點狀目標大于0.2mm的影像不允許選擇為像控點。

② 要選擇一些變化不明顯的地方進行控點，對于狹溝通、尖山頂或是變化急劇的斜坡這些地點不做像控點的選擇。

③ 當像控點與基準面不在同一平面時，應標注比高，量注至0.1m;當點位周圍不等高時，應標注比高量注的位置。如：接收機放在房角時，像控點的高程應是房角的高程（平面位置應是房角外角的位置），外業需注明房高到0.1m，計算時只需減掉接收機天線的高度即可。

④ 像控點刺點目標的影像必須清晰、明顯。

⑤要符合GPS觀測的基本條件：在像控點選擇時，選擇那些安裝接收設備與操作較為方面的地方，空間具備視野開闊，附近無大面積水面，也沒有遮擋的地方。

同時像控點的臨近區域不允許存在強烈干擾的衛生信號接收器等，盡量遠離有大功率無線電發身的設備，例如微波站或電視臺等，要求控點距離與這些干擾設備必須大于200米，而高壓輸電線路的控點距離必須大于50米。

⑥ 航拍影像要求要有遠景和近景資料，與最終航拍資料一起提交;同時也要符合后面空三加密工序準確量測。

4像片調繪與補測

采用綜合判讀調繪法，即先在室內進行判讀調繪，然后再進行野外檢核、調查和定性環節，最后一步在室內進行清繪整飾的一種方式[6]。由于航片的現實性較好，空三解算后可以生產DSM，加上機載激光雷達掃描點云數據的疊加，所以樹高、房屋層數、以及個別稀林里的道路可由內業判斷;線路性質、道路名稱、道路材質、村莊注記等由外業調繪。影像模糊、被影像和地物遮蓋的地物，應在外業實地補測。

調繪工作要嚴格按照“走到、看到、問到、繪準”的原則進行，不允許隨意定性或是任意標繪。

外業調繪后清繪要求選擇紅、黑、蘭、三種顏色。

紅色：用來表示道路、地類界的獨立地物或是片外的多種標注和自由圖邊線等。

黑色：用來表示地物、各種道路、橋梁、附屬設施及地貌、植被等物類的符號、地理名稱注記等。

蘭色：用水涯線、單線溝渠及寬度來注記、河流流向、干溝、水井、泉、輸水槽、水系名稱等。

5 攝影質量控制措施及重點

（1）飛行質量控制措施。

導航：機載激光雷達技術主要通過激光技術和GPS技術、慣性導航系統中的數據采集技術，以GPS導航系統為平臺，全面檢查 GPS導航儀在工作時的狀態，確保飛機飛行不會受到衛星失鎖導致GPS導航無效的現象。

（2）攝影質量控制措施。

通過飛行管理系統的相關軟件對飛行進行控制，以此確保飛行過程中的數據準確。

攝影天氣控制：嚴格掌握攝影天氣。原則上航攝必須在晴天碧空，能見度良好時進行。

曝光參數的選用：曝光參數的選擇必須結合飛行高度、當日氣象條件、太陽角度等數據來計算，確保航拍資料的質量。

（3）飛行航拍結合返回后，工作人員通過改造管理軟件，對收集的各個點數據進行技術處理，對飛行航拍的飛行質量及時評價，如果發現航線不合格要馬上安排進行補飛。對于飛行航拍的影像數據質量進行重點評價，無問題后進行妥善保存，并將這些影像資料送交到基地數據處理中心，于次日將這些影片資料和數據質量檢驗報告送交現場人員，以便及時修改作業方案。

（4）質量控制重點

誤差的來源很多，為提高數據需注意以下兩點。

①GPS同步觀測時應選在空曠地段，避開高壓線路和電磁輻射。由于測區位于峽谷中，兩邊都是高山和密集的樹林。架站點盡量選在有一定高度的地方如房頂和山坡。另外，增大采樣截止角、加裝多路徑效應抑制片都能提高觀測質量;

② 解算過程中也應對各項參數進行調整，以尋找最適合參數。解算過程中遇到的各項反應精度的圖標數據都應仔細分析多次試驗，以得到最佳數據。另外，由于測區南端高山地段高程落差較大，單條左右航跡兩端的數據誤差會增加，可適當刪除。計算出來的成果還需要到現場復核檢測精度，以確定測量數據是否合格。

參考文獻

[1]周明，邱凌云.無人機技術在線路邊坡病害巡查中的研究與應用[J].測繪地理信息，2018，43（4）：62-64.

[2]丁旭.大面積、高效率傾斜攝影解決方案[J].中國建設信息化，2018（1）：23-25.

[3]文超.無人機航攝系統的推廣及無人機航空加密攝影測量編輯技術[J].自動化與儀器儀表，2018（8）：160-163.

[4]何創國.無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用[J].西部資源，2021（1）：156-157，161.

[5]張永杰，路海鋒，王偉結，潘軍杰.免像控無人機航測技術在航道測繪中的應用[J].中國水運.航道科技，2021（1）：77-80.

[6]朱青. 無人機測量技術在地形測量及制圖方面應用分析[D].唐山：華北理工大學，2020.

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