全数字摄影测量在超高压输电线路中的应用研究.pdf

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1、全 数 字 摄 影 测 量 在 超 高 压 输 电 线 路中 的 应 用 研 究 空中三角测量精度对工程的影响邹立（北京洛斯达航测技术咨询有限公司，北京!）摘要：本文简要介绍了自动空中三角测量的基本过程，并结合#$%&数字摄影测量工作站的具体工程，对自动空中三角测量的精度进行了分析。关键词：全数字摄影测量：自动空中三角测量；送电线路；正射影像中图分类号：()文献标识码：*文章编号：!+,-+).（)）!,)/,0!#$%&$()(*+,#&-&./(#,0$1$/(13&44,3$%563-,7*(3 2(8,3 93&):4$:$();$),!6(4&$%&#!,3$%]$&)1

2、6#&$()23,%$:$():$)*#6,)%,(/,3(,%123%4（!#$#%&()*+,)-(.*)/(-00)(#1-2 3%,42)#%/356789，!#$%/!，3*#%-）!=:3&%：5647&894:%$4;98:$96$?&74:8:$77 9%&94;D568C6 96$&%4:&94;A#$%&E6%$=4C49&%698$G 7G79$B 4;A8;=7$E$8 98&;B4774;%4;$;C4;$84;CD H&;&%G7$96$8$:474;I9%&94,7 8(3?:：E6%$=4C49&%698$G；&9B&94:&%&$84:&%$;C4;$84;C

3、；E$8 98&;7B4774;%4;$；8964B&C$自动空中三角测量与传统的摄影测量相比自动化程度高，速度快，可以缩短摄影测量产品的生产周期。数字摄影测量系统在完成自动空三加密后，就可以利用空三加密的成果生成各种数字摄影高精度测量产品。为数字摄影测量的应用开辟了极为广阔的前景。+,#&-&自动空三的基本流程自动空中三角测量是利用数字影像进行空中三角测量的，#$%&全字摄影测量工作站进行处理时系统根事先在影像上设定的加密点的范围内任意找一点，然后用字相关技术，进行灰度自动匹配，在相邻影像上找到该点的同名影像点并自动记录其像点坐标，经过量测必要地面控制点，最后利用这些控制点坐标和其他数据进行

4、解算，求出加密点的地面三维坐标。!J!外业准备（!）航摄和航空像片获取航摄工作一般由专业的航空摄影公司来承担，航摄成果经验收合格后可以获得较好的原始像片资料，包括底片（反转片），和量套印好的像片。（)）像控点的布设和测量像控点选取原则以距离像片边缘不少于):B，距像主点不少于/:B，一般成对布设，选/)年/月全数字摄影测量在超高压输电线路中的应用研究第!期取细小标志并易于判读。航带的开始和结尾都必须布点，每五条基线至少要布设一对控制点，以便能控制整条航带。为确保空三加密的顺利完成，还可以加测一些控制点在内业处理时作为控制点检查点。现在控制点的测量都是采用!#，因此其点位精度能达到很高，并且提高

5、了工作效率。（$）外业调绘像片调绘主要包括交叉跨越、道路、房屋、河流等，注记类型、高度、杆型、走向、名称等主要信息。这将为内业设计提供详尽的参考资料。%&内业处理()*+,+中内业流程如图%!#$#$#$：是否剔除错误点换位相关粗差探测否是换位再相关图%内业流程图正射影像图生成-./全立体模型存入解析空三结果超限成果分析成功解析空三计算加入!#控制点成功率%00 1自动影像相关内定向建 立 工 程拷入像片影像数据（%）航空像片的扫描字化全字摄影测量处理系统中自动空中三角测量首先要求影像是数字影像。现在的航摄像机所拍摄的影像都是胶片影像，因此要经过高精度扫描仪将胶片影像数字化得到数字影像。因此数

6、字影像的分辨率不仅与胶片本身的分辨率有关，还与扫描像元的大小有关。随着航摄技术的发展，也可以直接获取数字影像，以避免胶片和扫描仪对影像的影响。（）系统的数据输入输入系统的数据包括数字影像、表示每条航带和区域的影像排列数据、像机参数文件以及控制点坐标。系统进行自动量测前必须将加密区域各影像的排列情况告诉系统，以便系统在自动匹配点时有参考依据。区域影像排列数据包括像片序列、航带序列、每个模型的重叠度、航高、地面平均高、影像大小范围等。航高根据摄影数据确定，地面平均高根据外控点地面高程确定。像机参数以及控制点坐标的输入通过建立像机文件和控制点文件实现。（$）影像点的设置影像点的设置决定着加密点的点数

7、及分布。在解析空中三角测量中，一般一个模型相对定向需要 2个标准点，即每张影像有 3 个点。在自动空中三角测量中，由于具体点位是由系统自动确定，有可能造成个别点离标准点位较远，影响构网精度；又因为自动匹配成功率有限，一旦有某个点匹配不成功，或者某个标准点位缺点都不能自动完成相对定向。因此，为了提高相对定向的成功率和可靠性，提高自动匹配的成功率和空中三角测量的整体精度，故在实际中往往采用点组的方法（如图），每张影像布设 3 组点，每组若干个点。图影像点的设置这是利用自动空中三角测量的特点而采取的策略，使自动化量测的加密点远多于必需的观测量，剔除自动量测失败的点后仍有大量的连接4电力勘测总第$期点

8、，这样不仅可以提高区域网平差的内外部可靠性，更重要的是改善了最弱处的可靠性。（!）点的自动量测系统根据设置的影像点，利用影像相关技术，参照输入的像片组排列信息在相邻影像的相应位置 自动找到该点的同名点，并自动记录其各自的像坐标。实现了连接点选定与转刺、点号编定、相对定向、模型连接全自动化。这些工作特别是航带连接点的转刺往往是传统的空中三角测量中引入粗差的主要来源，如此大大提高了空三加密的精度。（）点的重新量测这是一个人工干预的过程，用来处理自动量测失败的点，同时对外控点进行量测。自动量测的成功率是不可能达到百分之百的，对于那些误差较大，量测失败的点要重新进行量测。首先在一张照片上选定一个点位，

9、然后将其相邻影像上的光标移到同名影像附近，再让系统进行自动匹配找到同名点的准确位置。如果构网精度不太好，影像质量不高，重新量测的点无法进行自动匹配，必须人工进行匹配。一般在立体下进行比较准确，但精度也不高，因此要不断重新量测提高精度。（#）整体解算整体解算采用解析空中三角测量最严密的解算理论 光束法区域网平差。初始化计算每张影像传感器模型参数的初始估值并将它们存放在影像的支持文件中，即初始化外定向参数。使用严密的几何和摄影测量约束来粗差探测找出并纠正将对联立解算的收敛性产生影响的粗差，对影响较大的点位重新进行量测或剔除，使最后的迭代结果满足阈值。根据光束法区域网平差技术更新外定向参数，不断对误

10、差较大的点位进行重测，直到满足工程的精度要求。（$）最终成果最终生成数字地面模型和正射影像，将调绘信息和选定的线路路径叠加在一起即可生成一幅信息完整的正射影像图，为工程放样提供了最详细的资料。!#$%&%上自动空三的精度分析空中三角测量的任务是解决目标点的空间定位问题，保证线路放样的精度，它作为测图工序中的预处理过程，其精度直接关系着工程的效率和质量。%&像片质量对自动空三精度的影响()*+,+上处理的数字影像是由航空像片扫描而来的，因此像片质量影响后续处理的精度。线路测量考虑的是相邻塔位间，或塔位与危险点间的相对误差及精度问题。当航线长度在!-个像对之内，就能满足线路航测的精度指标要求，但航

11、线设计又不宜过长，且要留有余地，因此一般不超过%-个像对。航摄仪主距的选择对像片的质量也有很大影响。使用长主距（长角）由高差引起的像点投影差较小，对同样高差的两个像点，其左右视差较小，因此对具有大高差的山区或高山区及楼房高耸的城建区是非常有利的，它可以缩小投影差并使左右视差符合正常立体观察的要求；而使用短焦距（宽角）的投影差和左右视差都较大，造成立体观测感到困难，并可能存在着许多摄影死角而无法看成立体。另外过大的投影差，会给像片选线带来诸多不便。所以在山区、高山区及城建区不宜采用宽角摄影。而平丘地区若采用短主距像片，则增大了投影差，阴影和左右视差，有利于像片的立体观测和判读调绘。此外摄影比例尺

12、的不同也影响着像片质量。%&%控制点的布设对自动空三精度的影响像片控制点距离像片边缘应大于&./（以下所指像幅均为%0./1%0./），距像片上的各类标志应大于 /，离开方位线的距离应大于!&./。控制点布设在通过像主点又垂直于方位线的直线上，其左右偏离应不大于&./，上下两个点间左右偏离不大于半条基线（如图 0），以便对整条航带进行控制，满足内业处理的精度要求。航线两端必须各布设一对平高控制点，航线中间也要有一定数量的控制点才能控制整条航带，进行整体平差，完成绝对定向。一般平高控制点越多平差精度越高，但外业和内业的工作量也越大，因此在保证精度的情况下布设相应量的控制点即可。根线段长度，每增加

13、 条 23允条基线时，就增布一对平高点。3允值的选取依如下：%-%年 0 月全数字摄影测量在超高压输电线路中的应用研究第 期图!控制点布设!#$%$&（#$%）!&!()!(*$（*）式中#位摄影航高；+像片基线，分别取值为,$-（平地）、&$-（丘陵）、./-（山区）和 0,-（高山区）；-1 残余上下视差中误差，取值为#$%$*2-；3 相邻控制点间的像片基线数。将-1和+的各种取值代入（*）式，计算在规定的摄影比例尺范围内的-4值，并按规定的-4精度值标志，来确定 3允值，如表*。表!计 算 各 值地形类别像片比例尺分母基线条数5 3)!/20-45-3允基线数5 3-4指标值5-平地（

14、*2)）&$%),$%!$%!&,$%!)$%!.$%/!*$%!0$%/*$%/.*$%!/$%!,$%/2*)$%!.$%/!$%/,*!$%!0$%/*$%/0*/$%!,$%/$%2$02/#$%2丘陵地（*2)）&$%)&$%!)$%!.,$%!)$%!0$%/)*$%!2$%/$%/0*$%!&$%/*)$%/)$%/&*!$%/$%/0*/$%/$%/,2/#$%2山地（*2)）*)$%/$%/0$%2)*!$%/$%/,$%20*/$%/.$%2!*2$%2$%2./!#$%0续表地形类别像片比例尺分母基线条数5 3)!/20-45-3允基线数5 3-4指标值5-高山地（)*$

15、）*$%2$%20$%0/*$%22$%0)$%.*)$%0$%0.$%.*!$%02$%.!*/$%0,$%.,/!#$%&在整个工程中线路是连接的，因此相邻航带之间有重叠度，并且应有公共像片控制点（如图/）；如果航带间重叠不够，像片控制点不公共（如图 2）时，由于像片控制点目前采用 678 量测，其平面坐标是完全可以满足精度要求的，但高程误差可能会使两条航带间的公共部分高程相差较大，而无法连接，此时控制范围在像上所裂开的垂直距离不应大于*9-，以保证其顺利连接。相邻像片上的不公共控制点应该相互转刺当检查点使用。图/公共像片控制点图 2不公共像片控制点控制点由外业人员进行选刺和整饰后，再由内

16、业人员进行转刺，因此控制点点位的选择也非常重要，直接影响到内业处理的精度。像片控制点应选在高程不易变化，影像清晰交角良好固定地物交角和影像小于$%)-的点状地物中心。一般有高程的地物选在地面点为好，如围墙角或房角，在野外量测时要测其点位高度，但在内业处理时是利用立体像对进行观测，而像片上有投影差，这样进行转刺时高程可能会有误差，而影响整体平差的精度。)%!控制点量测和刺点对自动空三精度的影响不论是传统的空中三角测量，还是现在的自动空中三角测量都必须有控制点才能进行整体平0)电力勘测总第!期差和绝对定向，在野外布设控制点后要量测其三维坐标，作为内业的起算数据，因此控制点的精度决定着空三最后的平差

17、结果，影响着整条航线的定位。!#定位技术的引入使现场获取的测点精度达到厘米级，大大提高了空三的精度。但是利用!#作业时有许多不利因素会影响其定位精度。如山高坡陡，树木较多，遮挡严重，造成可观测的卫星较正常情况下少，观测卫星的几何图形不够理想；观测时视场偏小，卫星变换频繁，部分卫星的整周模糊度难以确定等都会影响!#的作业精度。为了避免这些客观因素的影响，尽量在障碍物少，视野较为开阔的地方选取合适的时段进行观测。自动空三时要利用野外测定的控制点建立控制点文件进行平差处理，因此外业在像片上刺点后，内业处理时再利用计算机将其转绘在像片上，此时若刺点不准确，将会对平差结果产生很大影响。一般摄影比例尺是$

18、：$万，若刺点不准确，或内业处理转绘时产生偏差，则每偏$%相对实地是$&%。以荆门至荆州&()送电线路工程中七航带为例；整条航带有*个相对，控制点的布设情况如图+。图+控制点布设系统自动量测,-个加密点，经过粗差探测和整体平差后其精度是&.,/个像素。若以此时的控制点坐标为真实坐标，假设由于人为误差，将-&0 沿 1 轴正方向移动了$%，即其 1 坐标移动了$&%，2、3 坐标保持不变，经自动空三后平差精度为&./+个像素，控制点中误差按大小分布如表,。由表,可以看出误差主要分布在 1 坐标上，除-&0 的 1 中误差为负值外，其它点位 1 中误差均为正值，并且对 2、3 坐标也有一定影响。其

19、中对沿 1 轴向与其相邻的控制点-&$的影响最大。表!误 差 分 布控制点号点位误差4%123-&05+.605&.,6&.&-&$,.,05$.,*&./*-&$.*$.0$&.&-&/$.0+5&.,/5&.&-&,&.-*5&.,5&.,$-&+&.6+&.-$&.,$若 1、3 坐标保持不变，-&0 的 2 坐标沿 2轴正方向移动$%，即相对于实地 2 坐标增加$&%，平差处理后精度为&./*个像素，各控制点误差大小分布如表 0表误 差 分 布控制点号点位误差4%123-&05&./5+.$-&.6&-&/&.$,$.&*5&.0/-&$.+$./5&.0-&5$.0,$./+5&./

20、-&,&.0$.&-&.$/-&+5&.0-&.*&.,0此时误差主要分布在 2 轴方向上，且除-&0 的 2 坐标中误差为负值外，其它点位 2 坐标中误差都为正值，对 1、3 坐标也有部分影响。而沿 2 轴方向与-&0相邻的-&/较其它点位误差大。由于转绘时误差主要来源于平面误差，这里也只考虑平面误差。由上面的分析可以看出，刺点和转绘时，由于人为的误差而使控制点坐标产生偏差，对空三的精度影响是非常大的。而目前这方面所带来的误差又是无法完全避免的，因此只能尽量减少误差，提高测点精度。若空三平差的精度非常低，达到几十甚至几百个像素，则有可能是刺点或转绘时产生了重大错误，可以根据经验进行大的调整。

21、或者先利用其它控制点进行平差，再根据所给定的控制点坐标，由系统直接找到该控制点的位置，将这个位置作为控制点的正确点位，重新参与平差计算。若调整后仍无法提高其精度，则有可能是野外测得的控制点坐标是错误的，此时可将这个误差最-,&,年 0 月全数字摄影测量在超高压输电线路中的应用研究第$期大的控制点作为控制点检查点使用。!#扫描质量对自动空三精度的影响自动点量测是采用灰度匹配的方式，因此它的成功率与扫描质量有关，并直接影响到后续工作的效率。理论上扫描像元缩小一位，自动空中三角测量的精度提高$%&!%&，但事实上，扫描像元达到一定值（满足平差解算要求）后，对外控质量和影像质量比较好的区域，在获得比较

22、高的观测精度的情况下，缩小像元所能提高的精度已小到可以忽略不计。况且，扫描像元缩小一倍，影像数据量就增加到四倍，使得硬盘难以承受大区域的加密工作，降低工作效率。因此一般采用!()*像元扫描。自动点量测时若影像质量较差，成功率太低，可先人工对每张影像的对比度和亮度进行调解，再进行量测。!(内定向对自动空三精度的影响流程中内定向的精度和速度受航测像机的框标参数和框标精度的影响较大，框标精度不好，可以通过人工干预，调节校正，在一定程度上提高内定向的精度。!+加密点位置及数量对自动空三精度的影响前面已经提到了为提高相对定向的成功率和可靠性，采用“以多求可靠”的策略，以保证每个标准点位都有加密点。但是量

23、测的点太多，系统进行自动点量测所需的时间增加，人工干预的工作量也增加，这对工程作业是不利的；而且加密点超过一定数量后，解算的精度已很难再提高了。因此现有的自动空三系统一般布设!(个点左右，若影像质量不太好，还可以多布设一些点以提高自动量测的成功率。!工程实际精度比较自动空中三角测量，完成了相对定向和绝对定向，解决了点位的三维坐标，就可以生成数字地面模型和正射影像，提供最后工程放样所需的断面图和转角点的点位坐标。,-./0/中自动空三的精度可以达到%1个像素以下，控制点的平面坐标中误差小于%2*，高程坐标中误差小于%$*，完全能满足测图的需要。而内业处理最后的精度取决于工程放样的精度。以荆门至荆

24、州(%34 送电线路工程为例，从利用,-./0/进行空中三角测量后得到的字地面模型上提取的断面图，与从实际放样得到的断面图的比较。全部工程的参数如下：摄影飞机：运五摄影相机：徕卡 5671%导航系统：89:摄影材料：柯达胶卷摄影像幅：!1;*?$(!%$*；航片的航向重叠度都在+(&%&之间，倾斜角、航线弯曲度、影像清晰度、对比度等技术指标均满足规程要求。整条航带共有!$个像对，外业布设了$!个像片控制点，其分布如图。图 像片控制点分布图在,-./0/上进行自动空中三角测量，平差精度为%1(个像素。建立数字地面模型，进行优化选线，生成正射影像图和断面图。在,-./0/上测得的转角坐标与实地放样

25、得到的转角坐标相比，其平面坐标比较准确，可以忽略，高程坐标误差见表#。表高程坐标误差A*转角号B$1B$#B$(B$+B$B$2B$CDDE22#($1+#!(!C#+#真实值2#%(#C+#%(1$#+%!F%$1%#$1%!%$%#从表#和断面图可以看出，在,-./0/上经过处理后，得到的数字地面模型提取的点位坐标和断面图与实际坐标相比，它们的平面精度完全可以满足测图要求，而高程坐标误差较大。这本来就与 89:系统测点时平面精度比高程精度好有关，还有自动空中三角测量以及生成的数字地面模型 G(的精度也决定着最后的放样精度。而前面已经分析自动空中三角测量的精度是受多方面影响，共同制约着空三的

26、精度。结论（$）,-./0/全字摄影测量系统采用光束法区域网平差，这种最严密的平差法，不同航带间不进行整体平差，保证了同一直线段中的相对2!电力勘测总第11期精度。而!#定位技术取代常规测量方法，使控制点坐标的精度达到几个厘米，大大提高了绝对定向的精度，因此$%&(自动空中三角测量的精度是完全能满足工程测图的精度要求的。（)）为保证空中三角测量的精度，需要注意下述工作，即：!航空像片的质量要尽可能好，要认真验收，避免由于质量问题给工程精度造成影响；外业像片控制点的选取要清晰明了易于内业判读，标记详细，标注明确，加强校核，避免位置错误出现；#内业过程中像控点转刺、立体像对的量测是主要的人为控制因

27、素，要认真仔细，尽量减少人为误差。总之，今后各种技术的不断发展，都将大大提高自动空中三角测量的精度，为数字摄影测量展示了一幅更美好的前景。参考文献：*张祖勋，张剑清+数字摄影测量学,+武汉：武汉测绘科技大学出版社+*-.+)谢元礼，欧建中+自动空中三角测量应用初探/+测绘通报+*-0，（.）+1西北电力设计院+航测及电子计算技术在高压输电线路勘测设计中的应用/+测绘学报+*-.-+2张侗，万明忠，范光甫+全数字摄影测量系统在高压输电线路中的应用/+电力勘测+*-0（1）：*3.+4孙运涛+全数字摄影测量在超高压输电线路中应用研究 356,精度对工程的影响/+电力勘测，)77)，（*）收稿日期：

28、)77)3 7*3)1作者简介：邹立（*-07 3!#），女，湖北人，学士。会讯*由中国建筑学会工程勘察分会主持召开的第三届工程勘察总工程师经验交流会，将于)77)年 4月)2 日8).日在深圳召开。会议主题及议题：企业质量管理与质量控制；工程勘察的质量内函，外延，保证措施等；总工程师技术职责与功能的履行；转制后的总工程师职责及勘察企业的质量管理制度的制定与实施；对于政府质量管理的意见；介绍政府对工程勘察的质量管理政策及加强质量管理的重要措施；企业质量经验介绍。)中国建筑学会工程勘察分会与中国!9#协会城市信息系专委会，北京理正软件设计研究所联合主办第二届!9#在岩土工程中应用研讨会，将于)7

29、7)年 0 月 0 日 8*1 日，在湖南张家界市召开。会议主题是!9#技术在岩土工程及相关领域中的应用；议题如下：!城市工程地质地理信息系统的构建与应用；!9#技术在各类岩土工程研究与实践中的应用；#!9#技术在滑坡等地质灾害研究中的应用；$!9#技术在工程水文地质研究中的应用；%!9#技术与虚拟现实技术、遥感技术及!#技术相结合在岩土工程相关领域中的应用等。1全国建筑工程勘察科技情报网、中国建筑学会工程勘察分会共同举办岩土工程相关规范培训班，学习内容：岩土工程勘察规范；地基处理规范；地基基础设计规范；建筑抗震设计规范。上述规范均在)77*年完成修定并于)77*年底及)77)初批准发布。时间：)77)年 1 月).日 8 2月)日，地点：北京。2适普公司)77)年举办活动如下：!2 月中旬在北京主办:#9 可视化专题研讨会；4 月中旬在北京对测绘、遥感、国土等领域的用户举办专题研讨会；#-月下旬在北京举办全球用户大会，就测绘、遥感和!9#等面最新问题进行研讨。-)77)年 1 月全数字摄影测量在超高压输电线路中的应用研究第*期