王丙濤 鄭 斌

(江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013)

·測(cè)量·

低空直升機(jī)航空攝影在數(shù)字城市中的應(yīng)用

王丙濤 鄭 斌

(江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013)

結(jié)合具體工程實(shí)例，闡述了直升機(jī)平臺(tái)的選擇理由，并詳細(xì)介紹了航空攝影和空中三角測(cè)量的技術(shù)實(shí)施情況，對(duì)低空直升機(jī)航空攝影在數(shù)字城市中的應(yīng)用有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

數(shù)字城市，直升機(jī)，航空攝影，三角測(cè)量

1 項(xiàng)目概況

數(shù)字連云港基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)大比例尺成圖區(qū)域位于前云臺(tái)山、后云臺(tái)山的山腳下，這里有江蘇省最高峰——玉女峰，海拔625 m，航攝區(qū)域靠山濱海，落差較大，形狀不規(guī)則。航攝地面分辨率設(shè)計(jì)值為0.05 m，如果采用UCXP-wa航空攝影儀(焦距為70 mm)，航高僅為500 m左右，采用正常的固定翼飛機(jī)在山腳下進(jìn)行航空攝影，具有較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)，而且起飛場(chǎng)地有限制；若采用無(wú)人機(jī)低空遙感飛行平臺(tái)，其本身重量較輕，飛行時(shí)受氣流影響所產(chǎn)生的自身不穩(wěn)定性以及有效載荷小，需攜帶非專業(yè)航空相機(jī)，從而造成影像有效面積小，旋偏角和比例尺差異較大[1]，航線穩(wěn)定性欠佳，操控難度較大，因此本區(qū)域航空攝影選用有人駕駛直升機(jī)為平臺(tái)，無(wú)需機(jī)場(chǎng)，直接車載起飛，從而更好地控制飛行路線，安全系數(shù)較高。連云港市主城區(qū)航空攝影，采用羅賓遜R44直升機(jī)為平臺(tái)，天寶IQ180數(shù)字航空攝影儀進(jìn)行攝影，采集了255 km20.05 m分辨率真彩色影像。低空直升機(jī)航空攝影是江蘇省內(nèi)大區(qū)域測(cè)繪生產(chǎn)和數(shù)字城市建設(shè)項(xiàng)目的首次應(yīng)用，項(xiàng)目組針對(duì)性地設(shè)計(jì)了后續(xù)的空中三角測(cè)量和影像糾正的技術(shù)方案，填補(bǔ)了江蘇測(cè)繪的一項(xiàng)空白。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 航攝分區(qū)與航線敷設(shè)

按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定[2]，攝區(qū)地形高差不得大于1/6相對(duì)航高，本次航攝比例尺1∶9 620，相對(duì)航高495 m，絕對(duì)航高為505 m，攝區(qū)絕大部分為臨海平原，攝區(qū)地形符合航攝規(guī)范對(duì)地形高差的要求，但根據(jù)攝區(qū)的形狀和直升機(jī)特點(diǎn)，為提高航攝效率，將攝區(qū)分為2塊，實(shí)際航攝面積分別為47.2 km2和207.8 km2，合計(jì)255.0 km2。1區(qū)航線為東西向敷設(shè)，避開(kāi)南側(cè)的山區(qū)，2區(qū)航線沿山體走勢(shì)近南北向敷設(shè)，避開(kāi)東側(cè)的山區(qū)。

2.2 航空攝影技術(shù)基本參數(shù)

本項(xiàng)目選用羅賓遜 R44直升機(jī)攜帶天寶IQ180數(shù)字航空攝影儀于2013年10月開(kāi)始實(shí)施，領(lǐng)航采用高性能導(dǎo)航GPS，無(wú)需使用機(jī)場(chǎng)，采用車載起飛。航攝劃分為2個(gè)區(qū)，共計(jì)飛行5個(gè)架次，全部為有效架次。羅賓遜 R44直升機(jī)產(chǎn)地美國(guó)，總重1 090 kg，自重635 kg，最大載荷370 kg，標(biāo)準(zhǔn)載油量140 L，副油箱載油量83 L，動(dòng)力為萊康明Q-540活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，260馬力，巡航速度約210 km/h，75%馬力，最大航程(無(wú)儲(chǔ)備動(dòng)力)約645 km，懸停升限為1 951 m，海平面爬升率超過(guò)305 m/min，最大升限4 270 m。天寶IQ180航攝儀相機(jī)主距為51.454 mm，影像分辨率為5.2 μm，像幅大小為7 760像素×10 328像素，像片物理尺寸為4.035 2 cm×5.370 56 cm。航空攝影技術(shù)基本參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 航空攝影技術(shù)基本參數(shù)表

2.3 像片控制測(cè)量

1)像片控制點(diǎn)布設(shè)。為了克服直升機(jī)平臺(tái)的不穩(wěn)定性，以及山坡氣流的影響，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，并參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7931—2008,1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范[3]和《數(shù)字連云港地理空間框架建設(shè)基礎(chǔ)地理信息建設(shè)及完善技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》的規(guī)定要求，項(xiàng)目組針對(duì)性地設(shè)計(jì)了相應(yīng)的像片控制點(diǎn)布設(shè)方案：a.區(qū)域網(wǎng)之間的像片控制點(diǎn)都盡量選擇在上、下航線重疊的中間，保證不少于5片重疊，使相鄰區(qū)域網(wǎng)間控制點(diǎn)盡量共享，除航線首末點(diǎn)外，測(cè)區(qū)周邊像片控制點(diǎn)均選在三片重疊處；b.航向相鄰控制點(diǎn)間的跨度為8條基線，不超過(guò)12條基線為一個(gè)區(qū)域網(wǎng)，區(qū)域網(wǎng)的區(qū)域單元大小采用4條航線；c.測(cè)區(qū)像片控制點(diǎn)均布設(shè)為平高點(diǎn)；d.在不穩(wěn)定的區(qū)域增加布設(shè)控制點(diǎn)。

2)像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。本測(cè)區(qū)的像片控制點(diǎn)坐標(biāo)聯(lián)測(cè)，采用Leica公司生產(chǎn)的3臺(tái)ATX1230+GNSS型GPS雙頻接收機(jī)、1臺(tái)ATX1230 GG型GPS雙頻接收機(jī)和1臺(tái)GS10型GPS雙頻接收機(jī)，均采用JSCORS提供的網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方式進(jìn)行。1∶1 000像片作業(yè)共觀測(cè)像片控制點(diǎn)858個(gè)，每個(gè)像片控制點(diǎn)均獨(dú)立觀測(cè)兩次(除P2058，P2135，P2359三個(gè)點(diǎn)在信號(hào)不好的情況下觀測(cè)四次)，每次觀測(cè)10個(gè)歷元，觀測(cè)時(shí)每個(gè)點(diǎn)平面收斂值小于3 cm，高程收斂值小于5 cm。

3)像片控制點(diǎn)成果解算。所有像片控制點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系、中央子午線為120°的成果均采用江蘇省C級(jí)GPS網(wǎng)WGS84坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到，利用江蘇省最新似大地水準(zhǔn)面成果計(jì)算1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的高程。像片控制作業(yè)兩次觀測(cè)的平面較差中誤差為±2.6 cm，高程較差為±4.0 cm，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 空中三角測(cè)量

1)生產(chǎn)情況概述。連云港市1∶1 000空中三角測(cè)量子項(xiàng)目按攝區(qū)分為兩部分完成，其中1區(qū)采用了北京四維公司的自動(dòng)空中三角測(cè)量系統(tǒng)Geolord-AT軟件運(yùn)用光束法進(jìn)行整體平差，完成了包括濱海新區(qū)在內(nèi)的4個(gè)空三加密分區(qū)的生產(chǎn)；2區(qū)采用了武漢適普公司的自動(dòng)空中三角測(cè)量(VirtuozoAAT)軟件及光束法平差軟件PAT-B來(lái)實(shí)施空三加密作業(yè)，完成了11個(gè)空三加密分區(qū)的生產(chǎn)。

2)生產(chǎn)流程及技術(shù)執(zhí)行情況。本測(cè)區(qū)航攝獲取的影像數(shù)據(jù)總體質(zhì)量良好。但是，由于測(cè)區(qū)形狀的不規(guī)則，造成許多相鄰航線非同期飛行，因此數(shù)據(jù)時(shí)相有差異。同時(shí)，選用直升機(jī)作為航攝平臺(tái)，航攝時(shí)航線的穩(wěn)定性欠佳，以及山坡氣流的影響，導(dǎo)致相鄰像片的外方位元素差值(旋偏角、傾斜角、航線彎曲度、航高保持等)比較大，給后續(xù)的空中三角測(cè)量增加了不少難度，對(duì)空三加密中影像特征匹配的成功率和準(zhǔn)確性產(chǎn)生了一定的影響。空三加密采用半自動(dòng)作業(yè)方式，在每張像片主點(diǎn)上下標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位上選取人工點(diǎn)，并將測(cè)區(qū)的外業(yè)像控點(diǎn)按照控制片上的刺點(diǎn)位置量測(cè)在區(qū)域網(wǎng)的相應(yīng)像片上，相對(duì)定向由程序自動(dòng)匹配完成，經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式整體平差/光束法整體平差計(jì)算出加密點(diǎn)的大地坐標(biāo)。測(cè)區(qū)總共使用項(xiàng)目部外業(yè)像片控制測(cè)量小組施測(cè)的總計(jì)858個(gè)平高控制點(diǎn)作為空中三角測(cè)量的像片控制點(diǎn)，經(jīng)與立體模型復(fù)核，數(shù)據(jù)整體質(zhì)量良好，但是由于空三加密實(shí)際作業(yè)生產(chǎn)需要，需外業(yè)補(bǔ)測(cè)像片控制點(diǎn)，野外像控和補(bǔ)調(diào)的工作量比常規(guī)攝影測(cè)量大。為了保證空三加密成果精度，本次作業(yè)對(duì)分區(qū)之間增加重疊區(qū)域，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范進(jìn)行空三計(jì)算中各殘差、限差等指標(biāo)的控制，提高檢查力度，加大質(zhì)量控制手段。最后的空三計(jì)算殘差報(bào)告和

空三精度均符合要求。具體流程如圖1所示。

3)區(qū)域網(wǎng)加密精度報(bào)告。經(jīng)區(qū)域網(wǎng)光束法整體平差和區(qū)域網(wǎng)接邊，航攝1區(qū)4個(gè)加密分區(qū)定向點(diǎn)平面中誤差最大值0.069<0.30，高程中誤差最大值0.040<0.20，平面最大殘差值0.244<0.50，高程最大殘差值0.162<0.28；航攝2區(qū)11個(gè)加密分區(qū)平面中誤差最大值0.082<0.30，高程中誤差最大值0.094<0.20，平面最大殘差值0.279<0.30，高程最大殘差值0.246<0.28，滿足規(guī)范[5]和設(shè)計(jì)書(shū)要求，可供下道工序使用。加密精度詳見(jiàn)表2,表3。

表2 連云港市1∶1 000區(qū)域網(wǎng)加密精度報(bào)告(航攝1區(qū))

表3 連云港市1∶1 000區(qū)域網(wǎng)加密精度報(bào)告(航攝2區(qū))

3 結(jié)語(yǔ)

后續(xù)生產(chǎn)的DOM，DLG和DEM等產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)檢測(cè)其成果均符合規(guī)范要求。本文在分析了直升機(jī)平臺(tái)的選擇理由后，對(duì)航空攝影和空中三角測(cè)量的技術(shù)實(shí)施情況做了詳細(xì)介紹，以期為低空直升機(jī)航空攝影在數(shù)字城市中的應(yīng)用提供借鑒意義。

[1] 竹林村,胡開(kāi)全.幾種低空遙感系統(tǒng)對(duì)比分析[J].城市勘測(cè),2009(3):65-67.

[2] GB/T 19294—2003，航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB/T 7931—2008，1∶500,1∶1000,1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范[S].

[4] GB/T 7930—2008，1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[5] GB/T 23236—2009，數(shù)字航空攝影測(cè)量 空中三角測(cè)量規(guī)范[S].

[6] GB/T 27920.1—2011，數(shù)字航空攝影規(guī)范第1部分：框幅式數(shù)字航空攝影[S].

Low-altitude helicopter aerial photography in digital cities

Wang Bingtao Zheng Bin

(JiangsuProvinceSurveying&MappingEngineeringInstitute,Nanjing210013,China)

Combining with the specific project example, this paper elaborated the selection reasons of helicopter platform, and introduced in detail the technology implementation situation of aerial photography and aerial triangulation had important practical significance to the application of low altitude helicopter aerial photography in digital city.

digital city, helicopter, aerial photography, triangulation

2015-01-22

王丙濤(1978- )，男，碩士，工程師; 鄭 斌(1979- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)10-0203-02

TU198

A