宗偉麗

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

POS(Positioning and Orientation System)系統(tǒng)是高精度定向定位系統(tǒng)，集全球定位系統(tǒng)(GPS)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)于一體，可以實時獲取運動載體的空間位置和姿態(tài)信息，也就是可以獲取攝影瞬間航攝像片曝光點的空間位置和攝影主光軸空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。在開展數(shù)碼航空攝影工作時，通過GPS載波相位差分定位，獲取航攝儀的位置參數(shù)及慣性測量單元IMU測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，經(jīng)GPS、IMU數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差處理，直接獲取航空攝影瞬間航攝像片的6個外方位元素。POS系統(tǒng)的問世不但給傳統(tǒng)的航測內(nèi)業(yè)帶來了革命性的變化，同時也給傳統(tǒng)的航測外業(yè)帶來了全新的作業(yè)方法，改變了傳統(tǒng)的作業(yè)模式。

1 航測外業(yè)現(xiàn)狀分析

像控點的選刺和航攝像片的調(diào)繪對航測外業(yè)來說是必不可少的兩道作業(yè)工序。像控點的選刺是航攝像片高精度恢復(fù)真實地理坐標的基礎(chǔ)，像片調(diào)繪是航測地形圖“定性”的依據(jù)，地物的正確定性對鐵路勘察設(shè)計方案的穩(wěn)定性會產(chǎn)生影響。對于傳統(tǒng)的航測外業(yè)作業(yè)而言，像控點的選刺和航攝像片的調(diào)繪都是在紙質(zhì)航片上進行的。

1.1 傳統(tǒng)像控點布設(shè)存在的問題

像控點的布設(shè)和選刺都受制于航片，從航飛數(shù)據(jù)的后處理到航攝像片的沖洗需要一定的作業(yè)周期，像控點成果不能及時的提供必然影響航測內(nèi)業(yè)作業(yè)的順利開展。尤其是在鐵路航測項目中，工期緊任務(wù)重，像控點成果成為了制約航測內(nèi)業(yè)作業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)。此外，傳統(tǒng)的像控點布設(shè)需要人為將單張航片拼接成一個區(qū)域，以便于選點和測段接邊。

1.2 傳統(tǒng)航片調(diào)繪存在的問題

(1)隨著數(shù)碼航攝儀的問世及不斷發(fā)展，目前大部分項目的航飛已采用數(shù)碼航攝儀。相比于傳統(tǒng)航攝儀，在制作相同比例尺地形圖時數(shù)碼航攝儀的航片比例尺要小很多，不利于地物辨別。

(2)通常情況下，調(diào)繪所用航片需要沖洗一整套，而真正有效利用的航片卻是一小部分，造成了大量航片的沖洗浪費。

(3)傳統(tǒng)的調(diào)繪范圍和線位是通過比對相應(yīng)圖紙，人為判斷，畫到單張航片上，這種方式的弊端在于調(diào)繪范圍和線位的準確性很難保證。

(4)單張航片調(diào)繪時圖幅較小，圖幅接邊較多，尤其是在跨航線的區(qū)域，圖幅接邊顯得尤為復(fù)雜。

(5)傳統(tǒng)的調(diào)繪需要相關(guān)人員取送資料，造成了人力、物力、財力上的浪費，也需要一定的周期，尤其是線位多變，調(diào)繪較多的區(qū)域尤為明顯。

基于傳統(tǒng)航測外業(yè)中存在的問題，本文研究了基于POS系統(tǒng)的航測外業(yè)新方法，旨在解決以上存在的問題。

2 航測外業(yè)新方法

2.1 基于Google Earth的像控點布設(shè)

基于Google Earth的像控點布設(shè)流程如圖1所示。

圖1 基于Google Earth的像控點布設(shè)流程

基于定點曝光的航線設(shè)計圖或是基于POS系統(tǒng)的航飛數(shù)據(jù)結(jié)合圖都具有相當(dāng)準確的地理坐標，將航帶設(shè)計圖或是航飛數(shù)據(jù)結(jié)合圖導(dǎo)入Google Earth中，航攝像片與地面物體的對應(yīng)關(guān)系一目了然，在Google Earth中通過比對判斷，在適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)像控點，并將像控點布設(shè)的成果提交給外業(yè)刺點使用?；贕oogle Earth的像控點布設(shè)如圖2所示。

圖2 基于Google Earth的像控點布設(shè)

這種布點方法的優(yōu)點在于無需等待航飛數(shù)據(jù)的后處理和航攝像片的沖洗，縮短了作業(yè)周期，同時也避免了單張航片的拼接，直接將航飛數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google Earth中，測段的位置以及測段與測段之間的關(guān)系一目了然?？紤]到目前網(wǎng)絡(luò)的普及性，把Google Earth中布設(shè)像控點產(chǎn)生的文件提供給外業(yè)，還可以幫助外業(yè)生產(chǎn)組織管理，同時在完成現(xiàn)場刺點工作后，也可以導(dǎo)入Google Earth中進行比對檢查，避免選點錯誤。

這種布點方式的弊端在于Google Earth中影像年份參差不齊，有些區(qū)域影像不具有很強的現(xiàn)勢性，因此在布設(shè)像控點時要根據(jù)經(jīng)驗判斷，像控點盡量避免布設(shè)在地物可能發(fā)生變化的區(qū)域。如果刺點過程中發(fā)現(xiàn)布設(shè)點位的地物發(fā)生變化，可以在變化地物附近現(xiàn)場選刺明顯地物點，采用手持GPS精確定位，繪制刺點草圖并拍攝刺點點位與周圍地物對應(yīng)關(guān)系照片，便于內(nèi)業(yè)判斷點位。

2.2 基于DOM的調(diào)繪片制作

基于DOM的調(diào)繪片制作流程如圖3所示。

圖3 基于DOM的調(diào)繪片制作流程圖

在航空攝影時，POS系統(tǒng)所獲取航攝像片的外方位元素可以直接用于GPS/IMU輔助空三，無約束平差后自動提取DEM。也可利用已有的DEM制作正射影像，通過正射影像的拼接、正射影像與調(diào)繪輔助資料的套合、正射影像的裁切以及正射影像的色調(diào)調(diào)整等快速制作調(diào)繪片提供給外業(yè)使用，基于DOM的調(diào)繪片制作如圖4所示。

圖4 基于DOM的調(diào)繪片制作

DOM應(yīng)用于調(diào)繪片的制作打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)航片的調(diào)繪模式，解決了數(shù)碼航攝儀航飛比例尺過小，地物不易識別的問題，可以根據(jù)需要將調(diào)繪片打印成合適的比例尺，不受航攝像片比例尺的制約;打印或是沖洗時也只需處理有效范圍的數(shù)據(jù)，避免了影像整套沖洗的浪費;同時DOM裁切時可以根據(jù)需要選擇航片的尺寸，盡量處理成小帶狀圖，避免外業(yè)調(diào)繪時大量的接邊;采用帶有真實坐標的DOM與線位等輔助資料套合，省去了人為轉(zhuǎn)繪線位的麻煩;同時外業(yè)也可以根據(jù)具體情況選擇打印紙質(zhì)調(diào)繪片調(diào)繪或是使用電子調(diào)繪片調(diào)繪，為外業(yè)調(diào)繪提供了更為便利的手段。

采用DOM制作調(diào)繪片也為航測中的地形圖編輯工序帶來便利條件。這種調(diào)繪片制作方法使得調(diào)繪片的形式不再是單一的紙質(zhì)形式，地形圖編輯時使用電子調(diào)繪片與矢量圖相套合，使得矢量圖與地物的對應(yīng)關(guān)系更加直觀，以電子調(diào)繪片為底圖可以更方便、更直觀地填充植被，標示地名等注記，無需將紙質(zhì)調(diào)繪片與矢量圖做比對判斷位置，同時對其他地物也會起到一定的參考作用。

3 結(jié)束語

基于Google Earth的像控點布設(shè)和基于DOM的調(diào)繪片制作已經(jīng)在項目的生產(chǎn)實踐中得到了應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的效果，這種全新的作業(yè)方式與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比優(yōu)勢凸顯，是一種有效可行的作業(yè)模式，但是這種調(diào)繪方式大部分還是依賴紙質(zhì)調(diào)繪片。隨著技術(shù)的進步，調(diào)繪的手段還可以進一步改進:可以利用帶有定位功能的平板電腦直接在DOM上判讀、解譯以實現(xiàn)電子調(diào)繪，這種電子調(diào)繪的方式有待進一步實驗研究。

［1］TB 10050—2010 鐵路工程攝影測量規(guī)范［S］

［2］GBT7931—2008 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范［S］