徐明明
(安徽創(chuàng)匯土木工程有限公司,安徽蚌埠 233000)
在水利工程測(cè)繪的過程中,有很多工作的精度非常高,因此非常復(fù)雜,用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)量消耗的時(shí)間非常多,同時(shí)還需要大量的人員一起進(jìn)行工作。這是采用航空測(cè)量技術(shù)就可以簡(jiǎn)化工作,使這一項(xiàng)工作的整體難度大幅降低。通過使用飛機(jī)作為測(cè)量架,簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)量過程,并且由于測(cè)量難度低并且測(cè)量時(shí)間短,因此大大降低了測(cè)量成本。
20世紀(jì)中國(guó)就成立了專業(yè)的航空測(cè)量團(tuán)隊(duì),它最初是由當(dāng)時(shí)的國(guó)民黨政府建立的,用于獲取中國(guó)各個(gè)部門的地形圖[1]。1949年以后,由于中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,它開始在各個(gè)方面增加投資。由于其良好的應(yīng)用效果,航空測(cè)繪在水利工程和其他調(diào)查中發(fā)展迅速。在1990年之前,各國(guó)甚至繪制了兩比例的地形圖。一個(gè)是1:5000,另一個(gè)是1:10000,然后將測(cè)得的數(shù)據(jù)與地形圖進(jìn)行比較以獲得數(shù)據(jù),從而形成地形數(shù)據(jù)庫。到目前為止,原始地形圖已發(fā)展為當(dāng)前的三維城市電子地圖。這些技術(shù)的發(fā)展幫助了中國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新,并進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。例如,在Western Mapping Project中使用攝影技術(shù)就是一個(gè)非常明顯的例子。
大量的工程地形測(cè)繪結(jié)果表明,通過航空攝影測(cè)量,可以避免衛(wèi)星遙感技術(shù)易受外界氣候變化,地形和其他測(cè)繪因素的影響[2]。這一問題航空攝影技術(shù)就可以對(duì)其進(jìn)行解決。工作人員可以隨時(shí)設(shè)置特定的拍攝路線,這大大縮短了測(cè)量周期,并確保了水利工程設(shè)計(jì),施工,運(yùn)行和維護(hù)管理中地形圖數(shù)據(jù)的及時(shí)性要求。圖像控制點(diǎn)的布局是航空攝影測(cè)量的先決條件,布局效果直接決定測(cè)量的準(zhǔn)確性和質(zhì)量[3]。
RTK是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的縮寫。具體來說就是可以獲得更高精度的定位方法,具體方法如下:基站在工作過程中需要設(shè)置一個(gè)GPS接收器來轉(zhuǎn)換高度,坐標(biāo)等地理信息,并以參數(shù)形式輸入流動(dòng)站的相位控制。衛(wèi)星信號(hào)將在基站和流動(dòng)站之間傳輸,因此控制手冊(cè)可以及時(shí)處理數(shù)據(jù)。另外,把預(yù)定好的時(shí)間與實(shí)際進(jìn)行比較,再通過系統(tǒng)的測(cè)量,可以改進(jìn)所得到的時(shí)間表。測(cè)量的高度,坐標(biāo)和進(jìn)度必須同時(shí)記錄在手冊(cè)中。其工作原理是在測(cè)量被測(cè)位置時(shí),有必要根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)位置進(jìn)行空間切割。
在航空攝影測(cè)量的過程中主要采用無人機(jī)技術(shù),大量的無人機(jī)構(gòu)成飛行網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行測(cè)量。合理、科學(xué)、規(guī)范的路由網(wǎng)絡(luò)可以大大縮短測(cè)量周期,提高測(cè)量精度。必須確保路徑末端的上下控制點(diǎn)以相同的方式排列,然后使用主點(diǎn)將上下控制點(diǎn)設(shè)置在同一條直線上。根據(jù)道路水利工程地形調(diào)查區(qū)的設(shè)計(jì)要求,應(yīng)保證重疊部分不少于80%,水平重疊部分不少于70%。
圖像控制點(diǎn)的布局完成后,將使用航空攝影測(cè)量技術(shù)來測(cè)量水利工程淹沒的被測(cè)物體的高度。淹沒調(diào)查的準(zhǔn)確性是水利工程地形圖調(diào)查的核心環(huán)節(jié),對(duì)調(diào)節(jié)水庫的正常儲(chǔ)水量具有重要影響[4]。因此,高程測(cè)量的誤差需要控制在±10cm之內(nèi)。如果水利工程的坡度較小,則高程測(cè)量的誤差應(yīng)控制在±30cm之內(nèi)。如果水利工程位于丘陵地區(qū),則高層的測(cè)量誤差應(yīng)控制在±50cm之內(nèi)。在水利工程庫區(qū)的調(diào)查中,需要對(duì)1:2000地形圖進(jìn)行全面而系統(tǒng)的調(diào)查。通過這種測(cè)量方法,可以滿足水利工程淹沒調(diào)查的具體要求。在對(duì)庫區(qū)進(jìn)行地形圖測(cè)量的過程中,可以使用航空攝影測(cè)量的組合方法。對(duì)測(cè)量精度的要求是:誤差小于±20cm,并且仰角誤差也小于±20cm。水利工程地形圖基站的標(biāo)定是水利工程地形圖的重中之重。標(biāo)定站標(biāo)定的準(zhǔn)確性,不僅會(huì)影響航空攝影測(cè)量的精度和效率,而且還會(huì)帶來很多未來數(shù)據(jù)分析和處理上的矛盾。在特定的校準(zhǔn)過程中,可以使用以下兩種方法。①通過靜態(tài)數(shù)據(jù)獲取參考站某一點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù),并將航空攝影測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)輸入手冊(cè),以獲取水利工程的地形測(cè)量數(shù)據(jù)。然后,通過流動(dòng)站收集控制點(diǎn)的坐標(biāo),并將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地形圖數(shù)據(jù),從而為繪制地形圖提供數(shù)據(jù)支持;②調(diào)查和繪制水利工程中的一些特殊區(qū)域。如果找不到合適的控制點(diǎn)來布置參考站,則可以將參考站布置在該區(qū)域中相對(duì)平坦的位置。簡(jiǎn)而言之,它是一個(gè)虛擬參考站,它使用基站在設(shè)定點(diǎn)處收集數(shù)據(jù)。
在選擇基站時(shí),應(yīng)該選擇一個(gè)離流動(dòng)站較近的地方?;九c流動(dòng)站之間的距離過于遙遠(yuǎn),就會(huì)導(dǎo)致這種測(cè)量方法的初始化延長(zhǎng),最終影響到測(cè)量結(jié)果。
目前基站的校準(zhǔn)方法主要有兩種,第一種就是收取已有的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)來得出坐標(biāo),之后直接在手冊(cè)中輸入坐標(biāo),然后來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析,并將每個(gè)流動(dòng)站上收集的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)替換為相應(yīng)的地理參數(shù)。此方法適用于具有已知點(diǎn)的基站。收集在流動(dòng)站控制點(diǎn)測(cè)量的地理坐標(biāo)。該方法主要適用于隨機(jī)放置參考站的方法。為了使航空勘測(cè)具有一定的意義,對(duì)航空飛行質(zhì)量的要求主要包括以下幾點(diǎn):照片的傾斜角度不能超過3°。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,必須立即檢查攝影測(cè)量方法。為了用照片覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域,當(dāng)重疊程度小于最小限制時(shí),適當(dāng)增加飛行距離以執(zhí)行飛行測(cè)量。在后處理中處理攝像機(jī)圖像時(shí),必須控制路線圖像的曲率不超過3%。照片的旋轉(zhuǎn)角度不能超過6°,這是相框的框架與相鄰照片在同一方向上的停滯點(diǎn)之間的角度。
航空攝影測(cè)量的主要目的是通過正交投影圖像顯示地面中心投影圖像。有很多使用的方法,例如:分析方法、模擬方法等。執(zhí)行內(nèi)部工作時(shí),必須嚴(yán)格加密映射控制點(diǎn)。常規(guī)的輻射三角剖分方法適用于平坦的地形,而丘陵和山脈等地形三角剖分方法的應(yīng)用是建立一種空中三角剖分方法。在野外作業(yè)時(shí),請(qǐng)注意以下幾個(gè)方面:對(duì)光控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量時(shí),可以通過常規(guī)測(cè)量方法確定平面坐標(biāo)和標(biāo)記點(diǎn)的高程。地形,要素和其他元素由指定的地形圖符號(hào)繪制和注釋。未照相的和新添加的更重要的功能必須標(biāo)記為在調(diào)查中獲得的地名。在測(cè)量和繪畫時(shí),可以使用三種方法:室內(nèi)、室外或兩者結(jié)合。
3.3.1傳感器錯(cuò)誤和處理
為了確保無人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,通常需要在無人機(jī)中攜帶無線傳輸模塊。但是,無人機(jī)的負(fù)荷較小,只能安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器模塊以延長(zhǎng)電池壽命,與現(xiàn)有設(shè)備相比,通信傳輸效果減弱。在數(shù)據(jù)傳輸過程中,可能會(huì)發(fā)生某些錯(cuò)誤,并且圖像數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)失真。為了解決這些問題,必須選擇最新的通信設(shè)備,盡管價(jià)格昂貴,但可以同時(shí)考慮小尺寸和高精度。另一種方法是增加無人機(jī)內(nèi)置存儲(chǔ)模塊的容量并臨時(shí)收集所收集的圖像數(shù)據(jù)。無人機(jī)航測(cè)完成后,將其保存到存儲(chǔ)設(shè)備并直接導(dǎo)出圖像數(shù)據(jù)。這樣,無需傳感器的壓縮處理就可以保證圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
3.3.2無人機(jī)平臺(tái)的處理
在空中勘測(cè)期間,由于無人機(jī)在拍攝過程中被風(fēng)搖晃,在飛行過程中偏離預(yù)定路徑,或者拍攝角度不理想,導(dǎo)致圖像數(shù)據(jù)模糊并且分辨率很差。在這種情況下,采取的措施之一是選擇無風(fēng),晴朗天氣的航測(cè)工作,以避免外部因素對(duì)無人機(jī)航測(cè)工作的影響。第二項(xiàng)測(cè)量是結(jié)合使用智能導(dǎo)航和手動(dòng)控制模式來支持無人機(jī)飛行以獲得更準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)。第三種方式是安裝空中POS和GPS定位,以支持空中3次測(cè)量,并達(dá)到提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的目的。
隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,它將在航空攝影測(cè)量領(lǐng)域提供更大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外,無論是水管理工程測(cè)量,地籍測(cè)量與制圖,救災(zāi)等活動(dòng),對(duì)無人機(jī)航空發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性和信息反饋的及時(shí)性都有很高的要求,無人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)必須不斷創(chuàng)新和完善。未來主流發(fā)展趨勢(shì)主要有兩個(gè)方面:①提高智能水平,目前仍然有許多當(dāng)前對(duì)航空勘測(cè)無效的數(shù)據(jù),或者有很多重疊的圖像數(shù)據(jù)而圖像模糊。隨著無人機(jī)的智能水平進(jìn)一步提高,可以自動(dòng)調(diào)整曝光補(bǔ)償和拍攝角度以獲得更清晰的圖像數(shù)據(jù);②無人機(jī)和設(shè)備(通信模塊、照相設(shè)備等)的小型化,這增加了航行時(shí)間并完成了更多的空中勘測(cè)工作,使其適合于大型水利項(xiàng)目的勘測(cè)。
總而言之,根據(jù)目前該技術(shù)的發(fā)展情況來看,航空攝影測(cè)量進(jìn)行水利工程測(cè)繪中有著很重要的應(yīng)用,不僅可以提高水利工程地形測(cè)繪的精度,同時(shí)也可以減少工作量,目前我國(guó)的航空技術(shù)在不斷發(fā)展,水利測(cè)量技術(shù)也在不斷進(jìn)步,分辨率越來越高,及時(shí)性越來越好。這樣就使得水利進(jìn)行測(cè)繪的過程中得到的測(cè)量結(jié)果越來越符合實(shí)際情況,這對(duì)于水利工程的整體設(shè)計(jì)以及維護(hù)有很大的幫助,有利于我國(guó)水利工程的持續(xù)健康發(fā)展,通過研究這一技術(shù)我們可以發(fā)現(xiàn),在未來隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,這一技術(shù)可應(yīng)用的范圍一定會(huì)越來越廣,使更多行業(yè)實(shí)現(xiàn)進(jìn)步。