摘 要：為解決傳統(tǒng)測(cè)繪方法在應(yīng)用中存在量測(cè)結(jié)果偏差大、自動(dòng)化程度低等問題，以某大型機(jī)場(chǎng)工程項(xiàng)目為例，對(duì)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)研究。為滿足測(cè)繪的數(shù)字化作業(yè)需求，在掌握試點(diǎn)工程區(qū)域概況的基礎(chǔ)上，搭建數(shù)字化測(cè)繪平臺(tái)，設(shè)計(jì)量測(cè)系統(tǒng)參數(shù)；通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘、布置像控點(diǎn)、規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪航線來完成現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作。同時(shí)，檢查測(cè)繪數(shù)據(jù)，生成區(qū)域正射影像，根據(jù)現(xiàn)狀地面與設(shè)計(jì)地面的位置關(guān)系，提取測(cè)區(qū)高程、土方量測(cè)。設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)方法相比，此次設(shè)計(jì)的測(cè)繪技術(shù)可以解決傳統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題，控制量測(cè)結(jié)果偏差。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)；測(cè)繪航線；像控點(diǎn)；大型機(jī)場(chǎng)工程

中圖分類號(hào)：P 20" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在傳統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)中，測(cè)繪工作主要利用人工測(cè)量和紙質(zhì)記錄，這個(gè)方法不僅效率低下，而且難以保證精度。隨著科技不斷進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)提供了更加高效、精準(zhǔn)的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)（GPS）等高科技手段的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，本文提出的方法具有精度高、速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程建設(shè)、城市規(guī)劃、地質(zhì)勘查等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 機(jī)場(chǎng)工程區(qū)域概況

為滿足測(cè)繪的數(shù)字化作業(yè)需求，選擇試點(diǎn)地區(qū)某大型機(jī)場(chǎng)作為試點(diǎn)工程，此工程所在地及其俯視直拍圖如圖1所示。

2023年2月，該機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目正式開工建設(shè)，并在同年年底正式開始通航，目前，這個(gè)機(jī)場(chǎng)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)?E級(jí)的國際機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)工程的基本信息見表1[2]。

2 大型機(jī)場(chǎng)工程土面區(qū)域影像數(shù)據(jù)獲取

2.1 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

在開始獲取機(jī)場(chǎng)土面區(qū)的影像數(shù)據(jù)前，需要搭建一個(gè)穩(wěn)定、可靠的數(shù)字化測(cè)繪平臺(tái)。這個(gè)步驟至關(guān)重要，它會(huì)影響后續(xù)影像數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性[3]。根據(jù)相關(guān)工作的具體需求、機(jī)場(chǎng)土面區(qū)的特點(diǎn)，選擇合適的數(shù)字化測(cè)繪裝備（無人機(jī)），在選型過程中，需要綜合考慮測(cè)繪裝備的載荷能力、續(xù)航時(shí)間、飛行高度和速度等因素。對(duì)大型機(jī)場(chǎng)來說，可能需要選擇一款具有較大載荷和較強(qiáng)續(xù)航能力的測(cè)繪無人機(jī)。在此基礎(chǔ)上，安裝并調(diào)試數(shù)字化測(cè)繪設(shè)備，包括安裝相機(jī)、GPS定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，并保證這些設(shè)備在數(shù)字化測(cè)繪過程中能夠穩(wěn)定工作。因此，還需要對(duì)無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，保證無人機(jī)能夠按照預(yù)設(shè)的航線精確飛行。其中，數(shù)字化攝影、量測(cè)系統(tǒng)的詳細(xì)參數(shù)可按照表2設(shè)計(jì)。

為避免數(shù)字化測(cè)繪裝備在使用過程中存在采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、采樣圖像重疊度不規(guī)則等問題，在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采樣后，需要使用專業(yè)的設(shè)備和軟件，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘、布置像控點(diǎn)

在數(shù)字化測(cè)繪前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘的目的是了解和掌握測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件、地形地貌、交通狀況等實(shí)際情況，以便更好地制定測(cè)繪方案。在此過程中，須根據(jù)測(cè)繪任務(wù)和要求，確定需要現(xiàn)場(chǎng)踏勘的范圍（包括需要測(cè)繪的區(qū)域以及可能影響測(cè)繪質(zhì)量的周邊環(huán)境）[4]。在對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察后，一般都會(huì)選擇機(jī)場(chǎng)內(nèi)相同的位置作為測(cè)繪設(shè)備起降點(diǎn)，起降點(diǎn)應(yīng)選在機(jī)場(chǎng)四周開闊、無高遮擋物的位置。為防止測(cè)繪中對(duì)無人機(jī)造成影響，需要在作業(yè)中注意場(chǎng)地上是否有高壓電線塔及其他地標(biāo)。

在完成上述內(nèi)容設(shè)計(jì)后，在測(cè)區(qū)布置像控點(diǎn)。

根據(jù)機(jī)場(chǎng)土面區(qū)的特點(diǎn)和測(cè)繪要求，選擇合適的布點(diǎn)方案。通常，像控點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測(cè)繪區(qū)域內(nèi)，以保證后期數(shù)據(jù)處理時(shí)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行幾何校正和地理參考。在完成現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，根據(jù)收集的信息和實(shí)地考察的結(jié)果，選擇合適的像控點(diǎn)位置。選擇的點(diǎn)應(yīng)滿足以下條件。①穩(wěn)定性：所選點(diǎn)應(yīng)穩(wěn)定且易于長期保存，不易受自然或人為因素影響。②可訪問性：所選點(diǎn)應(yīng)便于測(cè)量和校準(zhǔn)，最好位于交通要道附近，方便后續(xù)工作。③代表性：所選點(diǎn)應(yīng)能代表機(jī)場(chǎng)土面區(qū)的地形和地貌特征，以保證后期數(shù)據(jù)處理和分析的準(zhǔn)確性。

在選定的像控點(diǎn)位置設(shè)置明顯的標(biāo)記，并記錄每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程等信息。可以使用GPS或其他測(cè)量工具進(jìn)行初步定位，并在現(xiàn)場(chǎng)繪制詳細(xì)的點(diǎn)位分布圖，如圖2所示。

為保證像控點(diǎn)的精度，需要對(duì)所選點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)?？梢允褂酶呔鹊臏y(cè)量設(shè)備或方法（例如全站儀）來核驗(yàn)像控點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，保證其滿足項(xiàng)目要求。將所有像控點(diǎn)的信息整理成詳細(xì)的報(bào)告和數(shù)據(jù)表格，包括點(diǎn)的坐標(biāo)、高程、照片、位置描述等。將這些數(shù)據(jù)提交給數(shù)字化測(cè)繪團(tuán)隊(duì)，并將其作為后續(xù)影像數(shù)據(jù)處理和分析的基礎(chǔ)。

2.3 規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化測(cè)繪航線

在數(shù)字化測(cè)繪中，航線規(guī)劃是關(guān)鍵的一環(huán)，它決定了測(cè)繪的精度、效率以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量。尤其是在大型機(jī)場(chǎng)工程中，合理的航線規(guī)劃能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性[5]。以下是規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化測(cè)繪航線的關(guān)鍵步驟和考慮因素。在規(guī)劃航線前，要明確測(cè)繪的目標(biāo)和要求。為保證數(shù)字化測(cè)繪航線規(guī)劃可以達(dá)到預(yù)期效果，可按照?qǐng)D3，在明確測(cè)繪區(qū)域后規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化測(cè)繪航線。

在圖3中，陰影部分為機(jī)場(chǎng)工程土面測(cè)繪區(qū)域，陰影部分實(shí)線為規(guī)劃的數(shù)字化測(cè)繪航線。

3 測(cè)繪數(shù)據(jù)檢查、生成機(jī)場(chǎng)數(shù)字化土面測(cè)繪區(qū)域正射影像

在拍攝過程中，為避免無人機(jī)航拍獲得的圖像和POS數(shù)據(jù)受到氣流、能見度、光照等因素干擾，應(yīng)在考慮飛行器姿態(tài)發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，提高圖像的成像質(zhì)量。完整性檢查和全局一致性檢查也是測(cè)繪數(shù)據(jù)檢查的重要部分[6]。前者主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否齊全，避免數(shù)據(jù)在采集、處理和傳輸過程中丟失或損壞。通過比對(duì)數(shù)據(jù)源和目標(biāo)數(shù)據(jù)集的字段名稱、字段類型、字段取值等來完成完整性檢查。后者是為了保證數(shù)據(jù)集符合特定的規(guī)則和要求，例如坐標(biāo)系統(tǒng)、單位、格式等。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，可以采用差分處理的方式，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化處理，差分觀測(cè)方程如公式（1）所示[7]。

式中：Δφ為測(cè)繪數(shù)據(jù)差分觀測(cè)方程；t為測(cè)繪數(shù)據(jù)采樣時(shí)刻；f為數(shù)據(jù)或圖像采樣頻率；c為圖像與數(shù)據(jù)在大氣環(huán)境中的傳播速度；λ2為衛(wèi)星2到觀測(cè)站的幾何距離；λ1為衛(wèi)星1到觀測(cè)站的幾何距離。將采樣數(shù)據(jù)代入上述方程，根據(jù)差分觀測(cè)結(jié)果對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償與處理，以此完成測(cè)繪數(shù)據(jù)檢查。

4 測(cè)區(qū)高程提取、土方量測(cè)

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，可采用生成機(jī)場(chǎng)數(shù)字化土面測(cè)繪區(qū)域正射影像的方式，對(duì)測(cè)區(qū)高程信息的提取與土方進(jìn)行量測(cè)。在此過程中，引進(jìn)透視變換公式，將原始影像變換到目標(biāo)坐標(biāo)系下，原始影像上的點(diǎn)經(jīng)過透視變換后到達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)系下的另一點(diǎn)，計(jì)算過程如公式（2）所示。

式中：P（x1，y1）為原始影像上的點(diǎn)；P'（x1，y1）為經(jīng)過透視變換后到達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)系下的另一個(gè)點(diǎn)；R1、R2、R3、R4為變換矩陣中的參數(shù)；C1、C2為透視變換系數(shù)。通過上述計(jì)算公式與已知的控制點(diǎn)，即可對(duì)測(cè)區(qū)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)的求解。

在測(cè)繪區(qū)域正射影像的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)區(qū)高程進(jìn)行提取。在提取過程中，可以根據(jù)在影像中設(shè)定已有的棄土場(chǎng)范圍，按照指定的高程點(diǎn)間距，在該區(qū)域內(nèi)自動(dòng)生成高程點(diǎn)。為保證提取的高程信息具有較高的準(zhǔn)確性，設(shè)定3m的高程點(diǎn)間隔，并根據(jù)地形的復(fù)雜程度，適當(dāng)增加提取點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用這種方式，完成測(cè)區(qū)棄土面高程提取[8]。

5 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)與傳統(tǒng)方法的對(duì)比分析

為了更直觀地展示數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)與傳統(tǒng)方法的對(duì)比結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，參照正文中選用的案例，對(duì)兩個(gè)相同面積的區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪，一個(gè)采用傳統(tǒng)的測(cè)繪方法，另一個(gè)采用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)。整理的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

6 結(jié)語

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)作為航空業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)和發(fā)展受到了廣泛關(guān)注。尤其一些大型機(jī)場(chǎng)的工程建設(shè)規(guī)模龐大、技術(shù)復(fù)雜，需要采用高精度的測(cè)繪技術(shù)來保證工程建設(shè)順利進(jìn)行。在這樣的背景下，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)逐漸成為大型機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)中的重要手段。為深化此方面內(nèi)容，本文通過本次研究，得到以下結(jié)論。1）參照表3的結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，在應(yīng)用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)后，數(shù)據(jù)采集方式更加便捷、外業(yè)采集所需人數(shù)、外業(yè)測(cè)量時(shí)間更少，且能將測(cè)繪后平場(chǎng)面積測(cè)量結(jié)果偏差、高程測(cè)量結(jié)果偏差、挖方量測(cè)結(jié)果偏差控制在相對(duì)較小的范圍。2）綜合試驗(yàn)結(jié)果，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)完整性、自動(dòng)化程度、作業(yè)效率和數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。除此之外，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)自動(dòng)化程度高，極大地減輕了人工測(cè)繪的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。

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