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1、目 录1 绪论12 工程概述23 已有测量成果分析设计依据33.1 航摄设计资料准备33.1.1 航摄仪的技术指标33.1.2 测区已有地形图资料33.1.3 甲方航摄任务书33.1.4 848054不同坐标系的处理方法43.2 地面控制网设计依据43.2.1 起算基准43.2.2 作业标准44 航线设计54.1 设计基本容54.2设计基本依据54.3 航飞设计的四个独立参数54.4 设计方法64.5 设计结果74.5.1设计参数74.5.2 航线设计方案85 地面控制测量95.1控制点布设95.1.1 控制点标志设计95.1.2 控制点野外布设105.2地面控制测量125.2.1航摄地面控制
2、测量容125.2.2 主测区控制测量135.2.3 加密区控制测量186 GPS空三加密与地面控制测量的关系197 结论21参考文献22致谢231 绪 论随着1909年威尔伯顿特拍摄的第一航空像片的出现,航空摄影测量学在两次世界大战的刺激下,迅速发展成为一门成熟的学科。目前,我国已经建立起了完备的航空摄影测量理论体系,并在中小比例尺地形图的应用上取得了不错的成绩。如今,国民经济的发展势头强劲,各行各业蒸蒸日上,特别是城市规划、国土资源利用、环境治理和地理信息系统建设等,均需要大比例尺数字图、影像图等产品,作为其应用需要的基础数据。从国家标准上划分,大比例尺是指l：500、l：1000、1：20
3、00三种比例尺。过去由于摄影测量设备落后、技术力量薄弱,摄影测量的产品比例尺均小于1：2000,直到九十年代初期,伴随着测绘相关技术,如计算机数据计算、影像相关处理等,特别是解析摄影测量仪器的出现,使得摄影测量从模拟时代进入了解析阶段,改变了传统的摄影测量模拟产品的单一状况。到了九十年代后期,全数字摄影测量工作站的问世,彻底实现了摄影测量的全数字产品,满足了国民经济各行业对于较大比例尺数字产品的需求。大比例尺航空摄影与中、小比例尺航空摄影相比,它具有飞行难度大、对技术的需求密集、对设备的先进性和配套性要求严格、对气象和空域的依赖性强等特点, 这些特点形成了大比例尺航空摄影技术的诸多难题。对于大
4、比例航测成图,地面控制测量不仅是航测成图的必要环节,而且对于提高航测成图精度具有十分重要的意义。因此,对航测成图的关键环节航线设计和地面控制测量的研究变得十分迫切。传统的空中三角测量总是采用航空摄影、野外测量分布于特定位置上的地面控制点、量测光学硬拷贝像片获取像点坐标并以地面控制点为基准进行最小二乘平差以确定地面目标的空间位置的作业模式。这种作业模式,周期长,成本高,自动化程度低。尤其是野外控制测量,施工环境差,作业员背负仪器,跋山涉水逐点进行,其工作之艰苦、劳动强度之大不言而喻。GPS辅助空中三角测量技术的出现,不仅改变了过去先航摄,接着外业像控测量,最后业空三加密的工作流程,而且提高了精度
5、,减少了作业的工序,提高了作业效率,为最终实现数字摄影测量的自动化生产奠定了坚实的基础。这样,在进行大比例尺地形图航测时,只需少量甚至不需要地面控制点,就能完成成图任务。所以,近年来对于大比例尺航空摄影地面控制方案实施的研究十分缺乏。本文结合作者在市新城区GPS空三加密试验的实践,对航线设计、地面控制网的设计、施测进行了系统的阐述。研究的主要方面有：1航线设计参数包括航高H、航向地面幅宽W、旁向地面幅宽L、基线长B、航线间隔D、测区大小等及航线设计方案的确定；2地面控制点标志设计及野外布设方案；3地面控制网的设计、GPS外业观测、数据处理及解算等；4GPS空三加密与地面控制测量的关系。2 工程
6、概述市新城区大比例尺航空摄影试验,是我校参与的由中国测绘科学研究院组织的国家863科技重点项目高精度轻小型航空遥感系统核心技术及产品2008AA211300的一部分。本科研项目的总体目标是：从我国高分辨率对地观测系统发展对高精度轻小型航空遥感技术的迫切需求出发,结合大比例尺测绘、重大自然灾害应急响应等现实需求,突破轻小型航空遥感载荷、高精度POS及稳定平台等核心技术,研制高精度轻型四组合宽角数字相机、轻小型机载激光雷达LIDAR、高精度与小型化 POS及惯性稳定平台、轻小型航空遥感高效快速数据处理系统等具有自主知识产权的四类核心产品,构建新型、具有自主知识产权、满足1：500测图精度要求的轻小
7、型航空遥感系统,并结合大比例尺测绘、减灾与应急遥感监测、森林精准计测等需求,开展应用示,推动我国高精度轻小型航空遥感产业化发展。项目研究的主要容是：1高精度轻小型航空遥感集成应用系统。2高精度POS与惯性稳定平台关键技术及两类核心产品。3高精度轻型组合宽角数字测绘相机及数据预处理系统。4轻小型机载激光雷达系统技术。5高精度轻小型航空遥感系统典型示应用。 根据据项目要求和测区环境,本次试验具体情况如下：1试验容：利用中科院研制的JX4全数字摄影测量系统,完成新城区试验场的1：500和1:1000大比例尺航测成图,验证五头相机航测立体影像成图技术,以及进行鲁山检校场对飞行参数的校正对比。2测区位置
8、：试验主测区位于市新城区,地理坐标为东经1130811312,北纬33463348,约12.61平方公里。加密区位于主测区部,东西、南北各1km的矩形区域。3测区气候状况：施测期间天气状况良好,多为晴天,雨天较少；气温一般为10C25C,最大风速为21m/s。4施测时间：地面控制测量为20XX4月5日20XX5月11日。3 已有测量成果分析设计依据3.1 航摄设计资料准备3.1.1 航摄仪的技术指标 本试验采用四维远见公司的SWDC数字航空相机,具体指标如表3.1： 表3.1 SWDC相关技术指标 焦距50mm/80mm畸变差2像元物理尺寸6.8m拼接后虚拟影像像元数14.5K10K/14K1
9、1K像元角弧度1/73531/11764辐射分辨率8/12bit真彩色旁向视场角2y9159航向视场角2y7449数据存储器数码伴侣100G/CF卡 32G5一次飞行可拍摄影像数量3000空中更换数据伴侣可加倍最短曝光间隔4秒快门方式,曝光时间中心镜间快门:1/320,1/500,1/800光圈最大3.5感光度ISO50/100/200/4003.1.2 测区已有地形图资料利用测区1:5万地形图资料可进行以下准备工作：1计算测区概略平均海拔。在测区选定一定数量的高点和一定数量的低点,可计算出该区域的平均海拔,用以确定航摄飞行的绝对航高；2如果有条件,将测区地形图扫描数字化后作为航线设计的地图。
10、利用大型测量型扫描仪将纸质地形图转化为数字栅格图DRG,作为航线设计的地图,将使设计直观化,并给坐标数据采集提供方便。3.1.3 甲方航摄任务书根据甲方任务书可了解测区航摄概况和具体航摄要求包括天气信息、测区围、地区类别、航摄设计要求等,从而进行航摄设计。3.1.4 848054不同坐标系的处理方法 现有地形图资料一般采用的是54或80坐标系,而航空摄影只能使用84系经纬度进行控制,当进行大比例尺航摄时就存在不同坐标系之间的转换问题。 1当进行1:5000成图比例尺航摄时,可以不考虑不同坐标系坐标之间的差异,因为84系与80或54系相同的经纬度点在地面上相差最大不到100m,小比例尺航飞完全可
11、以忽略不计,直接将图上的80或54经纬度理解为84经纬度进行航摄设计与曝光控制；2当进行大于1:2000成图比例尺航摄时,分为两种情况：一种情况是地面不布设标志控制点采用刺点进行空三加密,且又不要求按图幅中线飞行,此时只需将测区围外扩100m,然后按照与小比例尺相同的方法进行处理；另一种情况是地面需要布设标志控制点或者要求按照图幅中线飞行,此时,应考虑不同坐标系之间的转换,即将航摄设计54或80系下的坐标数据转换为WGS84系下的坐标数据。不同坐标系之间的坐标转换需提供当地的坐标转换7个参数,或提供测区一定数量的已知点,先进行参数解算,再进行坐标转换。3.2 地面控制网设计依据3.2.1 起算
12、基准平面坐标系统采用WGS-84坐标系;3.2.2 作业标准1全球定位系统GPS测量规GB/T18314-20012全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-974 航线设计4.1 设计基本容航高H,航向地面幅宽W,旁向地面幅宽L,基线长B,航线间隔D,测区大小。4.2设计基本依据 1确定GSD 所使用的数码相机以及摄区的基本情况确定之后,整个航摄设计的出发点只有一个,那就是GSD。GSD即为数码相机CCD一个像元对应的地面尺寸,或理解为数字影像对地面的采样间隔。确定GSD的方法有三种：一是由甲方在合同中指明；二是采用航摄比例尺确定,但须等效为胶片的扫描像元21微米来计算。例如：要求航摄比例尺为
13、1:3500时,GSD应为350021微米,即为73cm；三是由成图比例尺根据经验来确定。例如：1:500为68cm,1:1000为10cm,1:2000为20cm,1:5000为40cm,1:1万为73cm；特种成图比例尺GSD应有所调整,例如1:500地籍界址点测量时,应采用45cm的GSD；1m等高距1:1万成图时GSD应采取40cm;1:5万成图时,因航高太高而飞行困难,实际一般飞100cm或者更大的GSD。2选择相机焦距根据具体的航摄实际如飞行高度、成果用途、精度要求等选择合适的焦距。3选择像对类型根据相机相幅类型,飞行时一般有两种像对方式：窄像对飞行方式和宽像对飞行方式。为了提高飞
14、行效率,绝大部分飞行都采用窄像对飞行,只有在下面两种情况下才考虑宽像对：第一,当基线过短导致曝光时间间隔小于4秒时,此时应选择宽像对；第二,在水利部门要求超高高程精度时,采用宽像对飞行。4.3 航飞设计的四个独立参数任何一台数码相机航摄设计时均需四个独立参数,它们是：焦距f50mm或80mm；CCD感光的最小单元尺寸6.8或9；CCD影像行数M；每行有多少个像元N也称之为列数。表4.1 SWDC相机的四个独立参数表相机类型H1/H2H3CCD尺寸96.8焦距f50mm80mm50mm80mm影像行数M11500K11000K15000K14500K影像列数N8000K8500K10000K11000K说明：上述表格均为窄像对飞行时的参数,当进行宽像对飞行时,只需将影像行列数对调。4.4 设计方法1计算平均海拔高程=高点均值+低点均值/22相对航高H=f*/；飞行高度=平均海拔高程+H3基线长B=*N*1-航向重叠度4航向间隔D=*M*1-旁向重叠度5单像片覆盖的地面面积=M*N*6单像对地面覆盖面积：S=M*N*1-航向重叠度*7每幅图的像对数=图幅面积/S8摄区最高点的最小重叠度估算整个摄区的航向重叠度应不
