航空攝影(yǐng)測量在道路測量工作中的(de)應用(yòng)

　　快(kuài)速有效的(de)提取圖像的(de)特征點并進行匹配，是航空攝影(yǐng)測量中的(de)關鍵技術之一，也(yě)是計算(suàn)機視覺中的(de)一個(gè)重要問題，至今仍未得(de)到徹底解決。爲配合某道路交通(tōng)改善工程。改善道路的(de)安全标準。 某地政府計劃全面重建某高(gāo)速公路。 沿該公路所有受影(yǐng)響的(de)天然斜坡，人(rén)造斜坡及擋土牆都将做(zuò)詳細勘察" 并進行有關的(de)道路和(hé)斜坡改造工程，道路全長(cháng)大(dà)約17km任務工期3個(gè)月(yuè)。由于該條道路沿彎曲的(de)海岸線而建，起伏不斷，開挖大(dà)量山坡并建造不少暗渠和(hé)橋梁，使得(de)斜坡的(de)坡度大(dà)，如何安全、高(gāo)效地完成此次測量任務成爲該項目的(de)一個(gè)難點。

　　1、航空攝影(yǐng)測量的(de)發展
　　1.1、發展曆程
　　20世紀50年代初，攝影(yǐng)測量工作者著(zhe)手研究如何利用(yòng)各種輔助數據以減少地面控制點，但限于當時(shí)的(de)技術條件未能實際應用(yòng)。到了(le)70年代，美(měi)國GPS全球定位系統出現以後，人(rén)們開始采用(yòng)載波相位差分(fēn)GPS動态定位技術來(lái)确定航空攝影(yǐng)瞬間攝站的(de)空間位置（即像片的(de)3個(gè)外方位線元素），利用(yòng)其進行空中三角測量（簡稱GPS輔助空中三角測量）可(kě)使攝影(yǐng)測量作業大(dà)量減少地面控制點、縮短航測成圖周期、降低生産成本，引發了(le)攝影(yǐng)測量一場(chǎng)小小的(de)技術革命。然而，GPS輔助空中三角測量的(de)優越性主要體現在大(dà)區(qū)域、中小比例尺、困難地區(qū)的(de)航空攝影(yǐng)測量作業中，對(duì)于帶狀區(qū)域、城(chéng)區(qū)大(dà)比例尺測圖的(de)應用(yòng)并不具有明(míng)顯的(de)優勢。進入90年代後，人(rén)們又開始研究采用(yòng)GPS／INS組合系統（簡稱POS系統）來(lái)獲取航空攝影(yǐng)時(shí)影(yǐng)像的(de)空間方位（即利用(yòng)GPS确定攝站的(de)空間位置，利用(yòng)IMU慣性測量裝置獲取影(yǐng)像的(de)姿态角），以直接用(yòng)于航測内業的(de)像片定向，目的(de)是取代攝影(yǐng)測量加密工序。

　　1.2、應用(yòng)展望
　　由符合規範精度要求的(de)攝影(yǐng)測量加密方法獲取的(de)影(yǐng)像外方位元素可(kě)以直接用(yòng)于影(yǐng)像的(de)定向以構建立體模型進行4D産品的(de)生産，而由POS系統提供的(de)影(yǐng)像外方位元素帶有較大(dà)的(de)誤差，目前還(hái)難以直接用(yòng)于攝影(yǐng)測量中提取三維空間信息。在當今這(zhè)個(gè)許多(duō)工作可(kě)以由計算(suàn)機自動完成的(de)數字攝影(yǐng)測量時(shí)代，3種攝影(yǐng)測量模式并存，航攝影(yǐng)像的(de)定向手段越來(lái)越多(duō)，并且逐步擺脫了(le)地面控制點的(de)束縛，這(zhè)使得(de)攝影(yǐng)測量作業變得(de)愈來(lái)愈簡單。總體看來(lái)，常規攝影(yǐng)測量加密是一種技術最爲成熟、應用(yòng)範圍最廣的(de)影(yǐng)像定向參數獲取方法，依然是攝影(yǐng)測量作業的(de)主體；GPS輔助空中三角測量是一種易于操作且比較經濟的(de)方法，國内制定了(le)相應的(de)作業規範；POS直接傳感器定向是航空攝影(yǐng)測量重要的(de)發展方向之一，技術日臻成熟。就基礎地理(lǐ)信息的(de)獲取而言，應充分(fēn)發揮各自的(de)優勢，因地制宜，采用(yòng)最佳的(de)技術方案，以獲取最大(dà)的(de)經濟效益。在交通(tōng)便利、地勢平坦地區(qū)的(de)大(dà)比例尺地形測圖中應以常規攝影(yǐng)測量方法爲主；在困難地區(qū)、無圖區(qū)或者人(rén)員(yuán)不能通(tōng)達地區(qū)，可(kě)采用(yòng)無地面控制GPS航空攝影(yǐng)測量技術來(lái)獲取基礎地理(lǐ)信息和(hé)測制國家基本圖；在正射影(yǐng)像圖制作、小範圍的(de)4D産品更新等應用(yòng)中可(kě)采用(yòng)POS航空攝影(yǐng)測量方法。然而，在城(chéng)市大(dà)比例尺測圖、機載激光(guāng)雷達、數字航空攝影(yǐng)等領域，POS系統具有廣闊的(de)應用(yòng)前景。我們應盡快(kuài)完善POS系統與其他(tā)傳感器的(de)集成技術，加大(dà)應用(yòng)試驗力度，充分(fēn)發揮多(duō)傳感器集成的(de)航空遙感平台的(de)作用(yòng)，爲經濟、快(kuài)速的(de)地球空間信息獲取提供技術支撐。

　　2、航空攝影(yǐng)測量作業要求
　　2.1、航空攝影(yǐng)
　　在現代航空攝影(yǐng)測量中，爲了(le)提高(gāo)影(yǐng)像獲取的(de)質量，除對(duì)航攝儀加裝飛(fēi)行控制系統（如ASCOT、CCNS4、Track Air等系統）外，當采用(yòng)GPS航空攝影(yǐng)測量時(shí)，還(hái)需要将動态GPS接收機與航攝儀固聯；當采用(yòng)DGPS／IMU航空攝影(yǐng)測量時(shí)，要在航攝儀上安裝POS系統。

　　2.2、地面控制
　　在數字攝影(yǐng)測量工作站中，攝影(yǐng)測量加密均采用(yòng)理(lǐ)論嚴密的(de)光(guāng)束法區(qū)域網平差，但對(duì)不同的(de)攝影(yǐng)測量模式需要采用(yòng)不同地面控制方案，以獲得(de)最佳的(de)加密點坐(zuò)标和(hé)像片外方位元素。

　　2.3、内業測繪
　　理(lǐ)論上講，獲得(de)了(le)影(yǐng)像精确外方位元素以後，可(kě)采取安置影(yǐng)像外方位元素的(de)方法來(lái)建立可(kě)量測的(de)立體模型（模型恢複），再采用(yòng)影(yǐng)像匹配技術識别同名像點，以完成地形和(hé)地物(wù)的(de)自動測繪。然而，現行的(de)4D産品生産中，一般按照(zhào)單片内定向→像對(duì)相對(duì)定向一單模型絕對(duì)定向→立體模型測繪的(de)流程進行作業，僅僅是在DGPS／IMU航空攝影(yǐng)測量之直接對(duì)地目标定位方法中探討(tǎo)如何利用(yòng)POS系統獲取的(de)影(yǐng)像定向參數進行模型恢複的(de)有關理(lǐ)論和(hé)方法。

　　3、航空攝影(yǐng)測量數據的(de)獲取
　　爲了(le)消除誤差對(duì)最終數據的(de)影(yǐng)響，航空攝影(yǐng)測量的(de)像控點布設，采用(yòng)平高(gāo)全野外布點，每張像片布設6個(gè)定向點。由于該區(qū)域位于山坡，并且進入困難，水(shuǐ)準測量的(de)難度大(dà)，并且考慮到該地已經建立了(le)高(gāo)精度的(de)衛星定位參考站，所以平面、高(gāo)程全部采用(yòng)測量完成。

　　3.1、像片控制測量
　　像片控制測量使用(yòng)2台TOPCON LEGACY-H雙頻(pín)GPS，利用(yòng)GPS參考站網，采用(yòng)靜态測量的(de)方式進行，觀測時(shí)間不低于30分(fēn)鐘(zhōng)。由于該地參考站之間的(de)距離約爲10~15km這(zhè)樣的(de)分(fēn)布保證用(yòng)戶在10km的(de)半徑之内至少能找到2個(gè)參考站供測量使用(yòng)，這(zhè)樣的(de)分(fēn)布爲測量定位提供了(le)冗餘基線，以作爲獨立檢核和(hé)質量評定。根據GPS參考站網的(de)情況，我們采用(yòng)了(le)7個(gè)參考站進行平差解算(suàn)，解算(suàn)最弱點的(de)平面誤差爲6.53cm，最弱點的(de)高(gāo)程誤差爲5.34cm。

　　3.2、數據采集
　　數據采集使用(yòng)SSK全數字攝影(yǐng)測量工作站，采用(yòng)相同的(de)放大(dà)倍率進行數據的(de)采集，采集使用(yòng)單點切準的(de)方式進行，以保證相對(duì)精度的(de)穩定。對(duì)于影(yǐng)像不清或者遮蓋的(de)區(qū)域不進行采集，以避免精度的(de)不一緻對(duì)整個(gè)工程的(de)影(yǐng)響。

　　3.3、地面測量
　　對(duì)于用(yòng)地面測量的(de)方法檢驗航空攝影(yǐng)測量的(de)數據是否滿足要求，我們設計了(le)兩步檢查法。第一步：采用(yòng)地面測量的(de)方法測量明(míng)顯地物(wù)點和(hé)道路要素中的(de)斜坡底（頂 ）同時(shí)盡量以較大(dà)的(de)間距采集車道标志線的(de)數據（實驗區(qū)域定爲50cm，采集一個(gè)點） 而後利用(yòng)地面測量的(de)數據與航空攝影(yǐng)測量的(de)數據比對(duì)，首先檢驗航空攝影(yǐng)測量的(de)精度，再利用(yòng)檢驗的(de)數據對(duì)航空攝影(yǐng)測量的(de)數據進行改正。第二步： 利用(yòng)夜間封路的(de)時(shí)間對(duì)實驗區(qū)段進行全面施測，測量要求完全按照(zhào)工程的(de)要求進行，而後與改正後的(de)數據進行全面的(de)比對(duì)與分(fēn)析，檢測經過改正後的(de)航空攝影(yǐng)測量數據是否符合任務的(de)要求。

　　整個(gè)地面測量工作使用(yòng)LEICA TCR1102全站儀進行，實驗區(qū)段根據航空攝影(yǐng)測量的(de)情況， 在目标良好的(de)區(qū)域和(hé)相對(duì)有遮蓋的(de)區(qū)域各選擇了(le)一段。第一步檢測投入2個(gè)地面測量組，共采集了(le)2000多(duō)個(gè)點，通(tōng)過比對(duì)分(fēn)析發現如下(xià)幾個(gè)特征：
　　（1）明(míng)顯地物(wù)點的(de)平面平均較差約爲0.15m，最大(dà)0.24m，高(gāo)程平均較差約爲0.12m，最大(dà)0.21m。
　　（2）道路行車線以及斜坡底線高(gāo)程的(de)較差約爲0.11m，因爲施測位置無法完全重合，距離有遠(yuǎn)近，所以未确定最大(dà)較差。
　　第二步檢測投入2個(gè)地面測量組,利用(yòng)夜間封路的(de)時(shí)間對(duì)道路要素進行了(le)全要素測量，斜坡要素，水(shuǐ)系要素暫時(shí)未做(zuò)測量，共進行了(le)1個(gè)夜晚，完成了(le)2段總共約1.3km的(de)道路測量，共采集大(dà)約800個(gè)道路高(gāo)程點，通(tōng)過比對(duì)發現如下(xià)幾個(gè)特征：
　　（1）對(duì)于道路行車線以及斜坡底線的(de)高(gāo)程平均較差，約爲0.04m最大(dà)值爲0.11m。
　　（2）中央隔離墩的(de)平均較差約爲0.06m最大(dà)值爲0.19m。
　　（3）道路要素的(de)總體平均誤差約爲0.05m。
　　通(tōng)過以上分(fēn)析，我們認爲實驗的(de)效果比較理(lǐ)想。通(tōng)過地面的(de)檢校，整個(gè)道路要素的(de)高(gāo)程精度大(dà)約提高(gāo)了(le)一倍，可(kě)以滿足整個(gè)任務的(de)要求，整個(gè)方法是可(kě)行的(de)。

　　結束語
　　近年來(lái)航空攝影(yǐng)測量技術發展迅速，在科研與生活中應用(yòng)廣泛。其目标是對(duì)地面進行快(kuài)速準确的(de)量測與重建，通(tōng)過尋找序列圖像的(de)同名像點，并依據褶火理(lǐ)論與公式計算(suàn)空間點坐(zuò)标許實現三維重建等任務，其中特征點提取與匹配已是關鍵技術之一。

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