航空攝影測量在道路測量工作中的應(yīng)用

　　快速有效的提取圖像的特征點(diǎn)并進(jìn)行匹配，是航空攝影測量中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是計(jì)算機(jī)視覺中的一個重要問題，至今仍未得到徹底解決。為配合某道路交通改善工程。改善道路的安全標(biāo)準(zhǔn)。 某地政府計(jì)劃全面重建某高速公路。 沿該公路所有受影響的天然斜坡，人造斜坡及擋土墻都將做詳細(xì)勘察" 并進(jìn)行有關(guān)的道路和斜坡改造工程，道路全長大約17km任務(wù)工期3個月。由于該條道路沿彎曲的海岸線而建，起伏不斷，開挖大量山坡并建造不少暗渠和橋梁，使得斜坡的坡度大，如何安全、高效地完成此次測量任務(wù)成為該項(xiàng)目的一個難點(diǎn)。

　　1、航空攝影測量的發(fā)展
　　1.1、發(fā)展歷程
　　20世紀(jì)50年代初，攝影測量工作者著手研究如何利用各種輔助數(shù)據(jù)以減少地面控制點(diǎn)，但限于當(dāng)時的技術(shù)條件未能實(shí)際應(yīng)用。到了70年代，美國GPS全球定位系統(tǒng)出現(xiàn)以后，人們開始采用載波相位差分GPS動態(tài)定位技術(shù)來確定航空攝影瞬間攝站的空間位置（即像片的3個外方位線元素），利用其進(jìn)行空中三角測量（簡稱GPS輔助空中三角測量）可使攝影測量作業(yè)大量減少地面控制點(diǎn)、縮短航測成圖周期、降低生產(chǎn)成本，引發(fā)了攝影測量一場小小的技術(shù)革命。然而，GPS輔助空中三角測量的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在大區(qū)域、中小比例尺、困難地區(qū)的航空攝影測量作業(yè)中，對于帶狀區(qū)域、城區(qū)大比例尺測圖的應(yīng)用并不具有明顯的優(yōu)勢。進(jìn)入90年代后，人們又開始研究采用GPS／INS組合系統(tǒng)（簡稱POS系統(tǒng)）來獲取航空攝影時影像的空間方位（即利用GPS確定攝站的空間位置，利用IMU慣性測量裝置獲取影像的姿態(tài)角），以直接用于航測內(nèi)業(yè)的像片定向，目的是取代攝影測量加密工序。

　　1.2、應(yīng)用展望
　　由符合規(guī)范精度要求的攝影測量加密方法獲取的影像外方位元素可以直接用于影像的定向以構(gòu)建立體模型進(jìn)行4D產(chǎn)品的生產(chǎn)，而由POS系統(tǒng)提供的影像外方位元素帶有較大的誤差，目前還難以直接用于攝影測量中提取三維空間信息。在當(dāng)今這個許多工作可以由計(jì)算機(jī)自動完成的數(shù)字攝影測量時代，3種攝影測量模式并存，航攝影像的定向手段越來越多，并且逐步擺脫了地面控制點(diǎn)的束縛，這使得攝影測量作業(yè)變得愈來愈簡單。總體看來，常規(guī)攝影測量加密是一種技術(shù)最為成熟、應(yīng)用范圍最廣的影像定向參數(shù)獲取方法，依然是攝影測量作業(yè)的主體；GPS輔助空中三角測量是一種易于操作且比較經(jīng)濟(jì)的方法，國內(nèi)制定了相應(yīng)的作業(yè)規(guī)范；POS直接傳感器定向是航空攝影測量重要的發(fā)展方向之一，技術(shù)日臻成熟。就基礎(chǔ)地理信息的獲取而言，應(yīng)充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，因地制宜，采用最佳的技術(shù)方案，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。在交通便利、地勢平坦地區(qū)的大比例尺地形測圖中應(yīng)以常規(guī)攝影測量方法為主；在困難地區(qū)、無圖區(qū)或者人員不能通達(dá)地區(qū)，可采用無地面控制GPS航空攝影測量技術(shù)來獲取基礎(chǔ)地理信息和測制國家基本圖；在正射影像圖制作、小范圍的4D產(chǎn)品更新等應(yīng)用中可采用POS航空攝影測量方法。然而，在城市大比例尺測圖、機(jī)載激光雷達(dá)、數(shù)字航空攝影等領(lǐng)域，POS系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。我們應(yīng)盡快完善POS系統(tǒng)與其他傳感器的集成技術(shù)，加大應(yīng)用試驗(yàn)力度，充分發(fā)揮多傳感器集成的航空遙感平臺的作用，為經(jīng)濟(jì)、快速的地球空間信息獲取提供技術(shù)支撐。

　　2、航空攝影測量作業(yè)要求
　　2.1、航空攝影
　　在現(xiàn)代航空攝影測量中，為了提高影像獲取的質(zhì)量，除對航攝儀加裝飛行控制系統(tǒng)（如ASCOT、CCNS4、Track Air等系統(tǒng)）外，當(dāng)采用GPS航空攝影測量時，還需要將動態(tài)GPS接收機(jī)與航攝儀固聯(lián)；當(dāng)采用DGPS／IMU航空攝影測量時，要在航攝儀上安裝POS系統(tǒng)。

　　2.2、地面控制
　　在數(shù)字攝影測量工作站中，攝影測量加密均采用理論嚴(yán)密的光束法區(qū)域網(wǎng)平差，但對不同的攝影測量模式需要采用不同地面控制方案，以獲得最佳的加密點(diǎn)坐標(biāo)和像片外方位元素。

　　2.3、內(nèi)業(yè)測繪
　　理論上講，獲得了影像精確外方位元素以后，可采取安置影像外方位元素的方法來建立可量測的立體模型（模型恢復(fù)），再采用影像匹配技術(shù)識別同名像點(diǎn)，以完成地形和地物的自動測繪。然而，現(xiàn)行的4D產(chǎn)品生產(chǎn)中，一般按照單片內(nèi)定向→像對相對定向一單模型絕對定向→立體模型測繪的流程進(jìn)行作業(yè)，僅僅是在DGPS／IMU航空攝影測量之直接對地目標(biāo)定位方法中探討如何利用POS系統(tǒng)獲取的影像定向參數(shù)進(jìn)行模型恢復(fù)的有關(guān)理論和方法。

　　3、航空攝影測量數(shù)據(jù)的獲取
　　為了消除誤差對最終數(shù)據(jù)的影響，航空攝影測量的像控點(diǎn)布設(shè)，采用平高全野外布點(diǎn)，每張像片布設(shè)6個定向點(diǎn)。由于該區(qū)域位于山坡，并且進(jìn)入困難，水準(zhǔn)測量的難度大，并且考慮到該地已經(jīng)建立了高精度的衛(wèi)星定位參考站，所以平面、高程全部采用測量完成。

　　3.1、像片控制測量
　　像片控制測量使用2臺TOPCON LEGACY-H雙頻GPS，利用GPS參考站網(wǎng)，采用靜態(tài)測量的方式進(jìn)行，觀測時間不低于30分鐘。由于該地參考站之間的距離約為10~15km這樣的分布保證用戶在10km的半徑之內(nèi)至少能找到2個參考站供測量使用，這樣的分布為測量定位提供了冗余基線，以作為獨(dú)立檢核和質(zhì)量評定。根據(jù)GPS參考站網(wǎng)的情況，我們采用了7個參考站進(jìn)行平差解算，解算最弱點(diǎn)的平面誤差為6.53cm，最弱點(diǎn)的高程誤差為5.34cm。

　　3.2、數(shù)據(jù)采集
　　數(shù)據(jù)采集使用SSK全數(shù)字攝影測量工作站，采用相同的放大倍率進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，采集使用單點(diǎn)切準(zhǔn)的方式進(jìn)行，以保證相對精度的穩(wěn)定。對于影像不清或者遮蓋的區(qū)域不進(jìn)行采集，以避免精度的不一致對整個工程的影響。

　　3.3、地面測量
　　對于用地面測量的方法檢驗(yàn)航空攝影測量的數(shù)據(jù)是否滿足要求，我們設(shè)計(jì)了兩步檢查法。第一步：采用地面測量的方法測量明顯地物點(diǎn)和道路要素中的斜坡底（頂 ）同時盡量以較大的間距采集車道標(biāo)志線的數(shù)據(jù)（實(shí)驗(yàn)區(qū)域定為50cm，采集一個點(diǎn)） 而后利用地面測量的數(shù)據(jù)與航空攝影測量的數(shù)據(jù)比對，首先檢驗(yàn)航空攝影測量的精度，再利用檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)對航空攝影測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。第二步： 利用夜間封路的時間對實(shí)驗(yàn)區(qū)段進(jìn)行全面施測，測量要求完全按照工程的要求進(jìn)行，而后與改正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的比對與分析，檢測經(jīng)過改正后的航空攝影測量數(shù)據(jù)是否符合任務(wù)的要求。

　　整個地面測量工作使用LEICA TCR1102全站儀進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)區(qū)段根據(jù)航空攝影測量的情況， 在目標(biāo)良好的區(qū)域和相對有遮蓋的區(qū)域各選擇了一段。第一步檢測投入2個地面測量組，共采集了2000多個點(diǎn)，通過比對分析發(fā)現(xiàn)如下幾個特征：
　?。?）明顯地物點(diǎn)的平面平均較差約為0.15m，最大0.24m，高程平均較差約為0.12m，最大0.21m。
　　（2）道路行車線以及斜坡底線高程的較差約為0.11m，因?yàn)槭y位置無法完全重合，距離有遠(yuǎn)近，所以未確定最大較差。
　　第二步檢測投入2個地面測量組,利用夜間封路的時間對道路要素進(jìn)行了全要素測量，斜坡要素，水系要素暫時未做測量，共進(jìn)行了1個夜晚，完成了2段總共約1.3km的道路測量，共采集大約800個道路高程點(diǎn)，通過比對發(fā)現(xiàn)如下幾個特征：
　?。?）對于道路行車線以及斜坡底線的高程平均較差，約為0.04m最大值為0.11m。
　?。?）中央隔離墩的平均較差約為0.06m最大值為0.19m。
　　（3）道路要素的總體平均誤差約為0.05m。
　　通過以上分析，我們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的效果比較理想。通過地面的檢校，整個道路要素的高程精度大約提高了一倍，可以滿足整個任務(wù)的要求，整個方法是可行的。

　　結(jié)束語
　　近年來航空攝影測量技術(shù)發(fā)展迅速，在科研與生活中應(yīng)用廣泛。其目標(biāo)是對地面進(jìn)行快速準(zhǔn)確的量測與重建，通過尋找序列圖像的同名像點(diǎn)，并依據(jù)褶火理論與公式計(jì)算空間點(diǎn)坐標(biāo)許實(shí)現(xiàn)三維重建等任務(wù)，其中特征點(diǎn)提取與匹配已是關(guān)鍵技術(shù)之一。

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