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航測數模技術應用分析

來源:UC論文網2019-03-27 10:47

摘要:

  摘要:高速公路改擴建工程需要面對既有的道路實體,因此與高速公路新建工程有著較大的差異,這也帶來了一系列新的問題和難題,先進的數字化勘測設計技術則為這些問題和難題提供了有效的解決方案。本文作者介紹了航空攝影測量技術的概念及在公路改擴建應用實施要點,分析了數字地面模型的應用。  關鍵詞:航測;數模;應用;分析  1.航空攝影測量技術  1.1航空攝影測量  航空攝影測量是以空中攝影獲取的像片為基礎...

  摘要:高速公路改擴建工程需要面對既有的道路實體,因此與高速公路新建工程有著較大的差異,這也帶來了一系列新的問題和難題,先進的數字化勘測設計技術則為這些問題和難題提供了有效的解決方案。本文作者介紹了航空攝影測量技術的概念及在公路改擴建應用實施要點,分析了數字地面模型的應用。


  關鍵詞:航測;數模;應用;分析


  1.航空攝影測量技術


  1.1航空攝影測量


  航空攝影測量是以空中攝影獲取的像片為基礎,根據所獲航片上的構像信息,從幾何和物理方面加以分析研究,從而獲取所攝對像信息的一門學科。由于攝影獲取的信息量大,反映物體細致、客觀,真實和詳盡地記錄了攝影瞬間的地表形態,具有良好的量測精度和判讀性能,能方便地獲得被攝地區的大比例地形資料。與傳統的公路勘測設計手段相比,航測把繁重的外業工作大部分變為室內工作,節省了人力、物力,不但大幅度降低勞動強度、提高工效,而且可以保證地形圖成圖精確,特別是對人煙稀少、氣候惡劣和地形困難的地區,效果尤為明顯;由于利用航測像片可以獲得大面積與實地相似的立體模型和地形圖,有利于在大區域內進行路線多方案比選,不遺漏優秀方案;借助數字攝影測量,可直接產生被攝地區的地形三維數據,為公路測設自動化系統提供原始地形數據。


  1.2公路改擴建應用實施要點


  1.2.1準備工作。準備工作主要包括接受任務,收集資料,進行路線方案研究,航帶設計,完成航攝技術計算,編制領航圖等。a.航攝范圍的確定:由于老路改擴建工程較多利用原有道路進行改擴建,很少重新開辟新的走廊帶,因而航攝范圍基本是確定的。在局部路段,可能會有分線,也可能需要采用新的路線方案,因而需要結合實際情況,對這些地段左右加寬200m甚至更大的區域,以保證不漏測,為多方案比選創造條件。b.航攝儀、攝影比例尺與航高的確


  定:為了保證航攝資料的質量,應盡可能選擇性能先進的航攝儀,一般公路航攝首選23×23cm大像幅的航攝儀。公路攝影測量規范規定,航測高程誤差可達1/2~1倍等高距,相當于1∶2000比例地形圖上0.5m~1m(平原區)和1m~2m(山區)的高程誤差。


  由于老路改擴建的測設工作涉及到路面加寬、橋梁拼接等問題,對既有路面和構造物的高程精度要求較高,上述常規航測精度是難以滿足實際工程需要的。因此,在滿足航攝飛機的安全飛行高度、航攝范圍覆蓋公路路線方案走廊的前提下,應盡可能選用較大的攝影比例尺。在航影比例尺和航攝機選定的條件下,可以根據式1確定設計的攝影航高:


  H=m?f(1)


  式中:H為攝影航高;m為航攝比例尺分母;f為航攝機主距(即鏡頭中心至像片平面的垂直距離)。上式可以改寫成:1/m=f/H(2)


  不難看出,為了適用于老路改擴建應用,得到大比例尺的地形圖,應盡可能降低航高,使用長焦距鏡頭。


  1.2.2航帶設計。航測是沿著路線方向進行的,但是路線并不是一條直線,所以為了保證航線的直線性,需要將路線分成若干個測段,每一測段再分成若干條航帶。航帶設計,應滿足實際生產的需要。測段和航帶一旦確定,就可以根據攝影比例尺及航向、旁向重疊度的要求,確定攝影基線和航線間隔,最后得到可用于攝影工作的一系列資料。a.攝影工作:對于老路改擴建而言,攝影工作沒有特殊要求,只要滿足相關規范要求即可,最后得到的成果是航片。b.外業工作:外業工作主要是指像片的調繪和野外控制測量(GPS、RTK、電子水平儀、全站儀)。c.內業工作:常規的內業工作主要包括電算加密、立體測圖、底圖清繪整飾、曬印等。考慮老路改擴建設計的實際需要,一般要求提供可以由計算機自動識別和處理的地形數據資料。現階段已經推廣應用的數字攝影測量系統完全可以滿足實際生產的需要。


  2.數字地面模型的應用


  為了研究如何利用從攝影測量獲得的數據通過數字化計算方法來加快公路設計,美國麻省理工學院的Chaires.L.Miller教授提出了數字地面模型這一概念。從數模概念的提出至今,隨著計算機技術的飛躍發展,數模的應用越來越廣泛,在公路工程領域,它已經成為現代CAD系統的核心,是進行數字化設計的前提。


  2.1高精度構網數據的獲取


  由于航空攝影測量技術自身的限制,航測數據中路面部分的高程精度往往難以達到設計要求的精度,這就有需要采取必要的補測措施,獲取高精度的路面三維坐標。GPS-RTK+電子水準儀三維測量技術為此提供了一套可行的解決方案。RTK是指載波相位實時動態差分定位(Real-TimeKinematic),它是GPS發展的最新形式。RTK要求一臺基準站和至少一臺流動站及相配套的數據通訊鏈。基準站實時地把測站信息和所有觀測值通過數據鏈傳遞給流動站,流動站用先進的處理技術來瞬時求出流動站的三維坐標。其平面精度可以滿足設計需要,但高程精度則不能,需要采取有效的方法來彌補。高程測量中通常應用的高程系統主要有大地高程系統、正常高系統和正高系統。大地高程系統以橢球面為基準,正高系統以大地水準面為基準。正高實際上是無法嚴格確定的,為實用上的方便,通常采用前蘇聯莫洛金斯基的理論建立的正常高系統,通過計算得到正常高。計算正常高的精度,主要取決于大地高差和高程異常的精度,其中高程異常差的精度與其計算方法及其所利用的資料密切相關。GPS測量資料與水準測量資料相結合,來確定區域性大地水準面的高程是一種有效的方法。這種方法要求GPS觀測點具有水準測量資料且密度適當,分布比較均勻。利用高精度GPS定位技術精密確定觀測點的大地高程差,并根據建立的適當大地水準面數學模型,內插出計算點的高程異常或異常差,從而得出特定點的正常高。這套GPS-RTK+電子水準儀三維數據采集方案,使GPS測量的高程值能夠滿足工程需要,且效率較高,完全可以取代常規地面測量作業。


  2.2數字地面模型和數字路基模型


  數字地面模型是一個表征地形特征的、空間分布的、有規則的數字陣列,也就是將地形表面用密集的三維坐標表示的一種數學表達式。根據數模中已知數據點的分布形式并考慮到數據輸出格式及數據處理方式,可將數字地面模型大致分為規則數模、半規則數模和不規則數模三大類,現在公路CAD系統中經常使用的是不規則三角網數模。構建不規則三角網數模的各項關鍵技術,如海量數據的處理技術、考慮地形特征線等約束線的構網技術、多模型疊加技術等,已經解決并大范圍推廣應用。針對老路改擴建,數模的應用又具有特殊性。


  3.結束語


  高速公路在過去一段時間為國民經濟的迅速發展起到了積極作用,但是隨著時間的推移,這些技術指標相對較低的高速公路,其交通容量已達到飽和,再加上各種病害,使得車輛在這些高速路上難以"高速"行駛,服務水平明顯降低,不能滿足當地經濟快速發展的需要,因而有必要對其進行改擴建,使其能夠更好地為車輛提供安全、高效、快捷的服務。由于高速公路改擴建工程需要面對既有的道路實體,因此與高速公路新建工程有著較大的差異,這也帶來了一系列新的問題和難題,先進的數字化勘測設計技術則為這些問題和難題提供了有效的解決方案。


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