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【摘 要】与传统的地形测绘技术相比，使用航空摄影测量技术进行水利工程地形测绘可以高效、准确、快速的完成地形测绘操作。本文将对航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用问题进行分析。
【关键词】航空摄影测量；水利工程；地形测绘
一、前言
随着科技的快速发展，航空摄影测量技术被普遍的应用在各个领域，尤其在水利工程地形测绘中，更是应用广泛。航空摄影测量技术的测量技术灵活，测量速度高、效率快的特点，对水利工程地形测绘的发展具有重要的意义。
二、航空摄影测量概念
根据美国摄影测量与遥感学会ARPRS的定义，摄影测量为一门通过记录、量测、判释像片影像或辐射电磁波的形态或其他现象，以获得物体及环境之可靠信息的艺术、科学及技术。由于相关软硬件技术的进步，摄影测量已成为地图编绘与地形图制作最准确及行之有效的方法。
早期摄影测量主要应用于测制地形图、编辑地图；之后则应用于地面控制加密及运输路线、管线设计规划、都市更新计划等。另外，在地质、土壤、森林、区域规划等非工程方面亦有广泛的应用。
航片按照用途分一般有两种：一为量测摄影测量，主要包括像点的精密量测，求取像点间的距离、角度、面积、高程及物体形状和大小等信息；一为判释摄影测量，是利用像片上所提供的信息来了解土地利用、自然生态等情况。
三、航空摄影测量技术的发展以及测量应用优势
随着摄影技术的发展以及进步，在地形测绘应用中，越来越多的引入数码航空摄像机进行地形测量应用。如今，使用航空摄影进行地形测绘应用中，不仅摄像机使用数码摄像机，克服过去胶片摄像机在测量应用中的局限，而且在使用航空摄影进行地形测绘应用中也越来越多的引入一些现代通讯以及定位技术等，一般经常会与GPS差分定位以及惯性导航等现代通讯技术进行结合应用，使航空摄影地形测量的应用具有更大的测量应用优势。现代航空摄影测量技术进行测量应用中不仅可以克服传统航空测量技术受机场以及天气情况的影响与局限作用，而且在进行地形测量应用中具有低成本以及大范围测量的优势。使用低空数码航空摄影测量技术进行地形测绘中，低空数码航空测量技术主要是通过数字摄影为基础进行航空摄影测量的，具有快速、经济以及简单等特征以及优势，而且由于高质量的数码相机还能够实现一些严峻天气条件下的摄影记录，对于地形测量的效率以及周期等都有一定的保障。
四、航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用
1、材料与方法
航测地形图是利用航摄影像数据资料，通过外业像控测量及内业空三加密测量，求解相片的相对定向元素和绝对定向元素后，建立空间立体模型并将其纳入到地面坐标系中进行立体量测而成图。因此，应重点分析航摄仪的选择、航摄比例尺的确定、外业像控测量、内业空三加密测量精度及立体测量精度对航测地形图的精度影响，从而合理选择航测技术方案来确保水利工程设计对航测工程地形图的精度要求。
2、结果与分析
首先，从分辨率及高程精度两个方面，分析航摄仪及摄影比例尺的选择。
航摄比例尺与地面分辨率的关系如下式：
M为航摄比例尺分母；GSD为地面分辨率单位：cm；Ｒ为航摄仪像元大小单位：μm。
如航摄仪参数如表1：
以1：10000测图为例，SL197-2013《水利水电工程测量规范》对于航摄地面分辨率及航摄比例尺只给定了选用范围，地面分辨率为20～80cm，航摄比例尺分母为10000～40000。但具体选定航摄比例尺及地面分辨率时，还应根据任务要求来确定。如任务要求1：10000测图基本等高距为1.0mm时，依据SL197－2013《水利水电工程测量规范》的要求，等高线高程中误差应小于±0.35m，地面分辨率为0.06mm×10000=60cm。
如采用传统像机，当地面分辨率取60cm时，将表1中的像机参数像元Ｒ的值及焦距f代入式（1）求得航摄比例尺分母M及相对航高H分别为：
将相对航高H的值4560m及表1中的参数带入（2）式估算得高程中误差△h为±1.24m，显然不能满足高程精度±0.35m的要求。
若要满足高程精度±0.35m的要求，将△h=0.35m带入（2）式，可得：
H=1288m，M=H/f=8473。
所以采用传统像机时，只有航摄比例尺分母达到8473时，才能既满足平面精度要求，又满足高程精度要求。所以，航摄比例尺的选择应兼顾平面位置精度及高程精度两个方面来确定。
如采用数码航摄仪UCE时，地面分辨率取60cm，将表1中的像机参数像元Ｒ的值及焦距f代入式（1）求得航摄比例尺分母及相对航高分别为：
即采用数码像机时，只有航摄比例尺分母达到28000时，才能同时满足平面精度及高程精度要求。
另从经济效益方面考虑，若采用传统像机且航摄比例尺分母为8473，航向重叠为60%时，一个立体模型航向覆盖长度为：
230×0.6×8473=1169m
而采用数码航摄仪且航摄比例尺分母为28000，航向重叠为60%时，一个立体模型航向覆盖长度为：
104×0.6×28000=1747m
因此，从经济效益方面考虑选择数码航摄仪是更加合理的选择。数字航摄仪是将影像信息直接以影像数据来存储，适用于全数字摄影测量系统进行数据处理，减少了像片影像扫描误差及人工作业误差的影响，对提高地形图测绘精度最为有利。
经以上分析，当航测地形图比例尺为1：10000且高程中误差为±0.35m时，应选择数码航摄仪，航摄比例尺分母应选择28000是最合理的技术方案。当测绘大比例尺地形图时，由于平面精度相对要求较高，对于航摄仪及航摄比例尺的选择，还应通过以上方法的分析来合理确定。
其次，在航测外业控制测量中，像控点的布设密度也是影响高程精度的主要因素之一，像控点布设密度对地形图高程中误差的影响可按下式估算：
（3）
S为相邻像控点间距离
根据任务中高程中误差mh的要求，由公式（3）可估算出n并确定相邻像控点间距离S。由公式（3）和（4）可知，当像片平均基线长b已知时，相邻像控点间的基线数n愈小，则外业像控点间距S愈小，其高程中误差愈小，但外业像控测量的作业量就会增加。因此，外业像控点间距应综合考虑地形图高程精度、经济效益及作业效率等要求合理选取。当地形平坦或高程精度要求较高时，还应采用全野外布点方案。水利水电工程测绘中，一般都要在测区内布设工程测量平面及高程控制网，航摄前可在控制点上布设标志，来提高空三测量精度及航测地形图的高程精度。
第三，立体量测也是影响航测地形图精度的主要因素之一，立体测图是在空间立体模型上进行的，由于人的视觉感知在水平方向及垂直方向上存在的差异，使得平面测量误差易于控制，而在垂直方向的误差控制较困难。可通过增大基高比来夸大垂直方向视觉感知，来提高高程测绘精度。还可将模型比例尺放大2倍或更大一些，以达到立体观测最佳，提高模型的切测精度。
航空摄影测量是从二维对地观测影像提取三维地表空间信息的一门科学与技术，是获取人类赖以生存的地球空间信息的重要手段之一。航空摄影测量几何定位即利用遥感影像来确定地面目标点的空间位置，是遥感影像目标识别的基础。要实现目标定位，关键在于快速而且正确地恢复影像获取时的空间方位。长期以来，这一目标是通过空中三角测量，并借助大量合理分布的地面控制点来间接实现的。
五、结束语
综上所述，利用航空摄像测量的技术，完成大比例尺的地形测绘工作，不但能够准确、高效、快速的完成地形测绘的工作，而且和传统的地形测绘技术进行比较，在一定程度上，也降低测绘成本。
参考文献：
[1]孙永旺.无人机航空摄影测量技术在核电厂址测量中的应用[J].城市建设理论研究，2014（1）：56-57.
[2]唐健林.小型数码航空摄影在大比例尺地形测绘中的应用[J].人民长江，2015（9）：17-19.
论文作者:段宁,程连芬,刘振
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9期
论文发表时间:2016/9/8
标签：测量论文; 比例尺论文; 高程论文; 地形论文; 精度论文; 航空论文; 地形图论文; 《低碳地产》2016年9期论文;