孙 恺，肖 磊，杜 冲

（山东省国土测绘院，山东 济南 250013）

摄影测量是指运用摄影机和胶片组合测量目标物的大小、形态和三维空间位置的技术。其历史可以追溯到很远，自1839年摄影术被发明之后开始，摄影测量距今已有170多年的历史。刚开始采用的是解析摄影测量，其效率和精确度都不是很理想，但之后出现的数字摄影测量则完全改变了人们对于摄影测量的看法，对传统的测量测绘方式是一种颠覆。而航空摄影在地形测绘中是实时的数字摄影测量，在形式上具有领先时代的意义。

1 用于测绘地形的概况

在实际的地形测绘工程中，测量工作者不可避免的会碰到很复杂的山地地形，一般情况下这样进行传统测量的成本会很高，而且测量精度会受到人工、天气、自然地质环境的影响，对于测量的精确度影响会比较大。若是恰巧碰到雨季，淤泥和泥石流的风险也让传统人工测绘望而却步。而采用航空摄影测绘则可以完全避免这种情况，首先，对于山地的测量采用的是全方位的三维立体数字摄影测量技术，由无人机和固定摄像头进行拍摄，可以由工作人员在后台进行控制，完成复杂的测绘工作。

例如，在有暴雨天气的复杂山脉，要测绘山脉具体一个角落的地形概况，这时候就可以采用航空摄影的方式。如下图所示，无人机可以固定数码相机，采用物联网技术与地面联络站保持信息同步传输，飞行器采用交互式飞行路径，对于山脉的每一个面进行不同角度的拍摄，最终将所拍摄到的照片文件整合到一起，用图像和3D绘图处理软件进行整合处理，得到该地区的地形三维立体图。一般的地形测绘可能要用到matlab和CAD等图像处理软件，再根据实际拍摄的照片提取地域特征进行仿真模拟，设置一定的阈值，从而制作出常见的地形图的形式。以测绘地形为目标的航空摄影往往取用竖直摄影方式，一般情况下摄影机在曝光的瞬间物镜主光轴需要保持时刻铅直。而事实上，由于飞机的平稳性和摄影技能的局限性，数码相机的主光轴在曝光时总会有微小的倾斜，按规定要求像片倾角应小于两到三个角度，这种摄影方式被业内称为竖直摄影（如图1）。

图1 测绘地形结构图

2 野外调绘及修补工作

由于光照、河流、雨季、生态等各种环境因素的影响，在大致了解区域地形之后，对野外进行调绘和修补工作一直是地形测绘工作中一个亟待解决的问题。野外地形复杂，而且多保护动植物，人为的进行地形勘测和修正非常耗时间，而且容易造成生态环境的破坏，对于最终的图像准确度影响很大。这就要考虑是否可以采用无人机或者载人飞机进行航空拍摄。航空拍摄采用无人机是考虑到气候天气不适合载人飞机出行，容易造成风险的情况，而在天气比较晴朗，而所测量的地貌并非很崎岖的山路时，考虑到测量的精确度，最好还是采用载人飞机，测绘工作人员可以更加准确的做出实时判断，这是远程控制不具备的。

例如，在对一片海拔较低的山麓进行测绘时，由于无人机航拍的局限性，很多摄像效果不好的底片不能提供准确的地形数据，这时可以采用载人飞机进行野外调绘和修补工作。考虑到本试验区人工地物较少的特点，为提高生产效率，采用先内业后外业的成图方法成图。野外调绘要将原来的概况地形图为测绘底图，利用RTK、全站仪、圈尺等工具进行房檐改正、地名调注，新设隐蔽地物，备注地物和采集丢漏的地物，纠正内业采集错误的地物，并对成果图结果进行全面核查、修改和精度检验。根据光照区域随太阳移动而发生变化这一原理，载人飞机需要及时更改测量方向，在正常情况下，三天时间可以完成直径五十里范围内的山脉地形勘误。如下图所示，由于山体连贯，两边山体的在不同时间拍摄的效果也是不同的，靠近河流的一侧树木比较繁茂，仍需采用载人飞机进行航空拍摄，从而能够从三维的角度勾绘出山体具体的地形走向。航空摄影技术在民用测绘工作中的应用受到很多限制，其主要利用的是航空摄影稳定性强、准确度高的特点。航空摄影测量技术一般情况下应用在航天飞机和卫星的研究中，航空摄影测量技术信息的精确度高、可以共享、实时性强特点。在测量中一般会使用优质数码相机进行摄影，航空摄影测量技术在测量工程的测量技术中具有优越性（如图2）。

图2 航空摄影测量工程图

3 空中三角测量

在使用航空数码摄像器材进行地形测量的过程中，往往采用的不是专家和工作人员手动进行调整修改，而是采用摄影装置的自动化的计算与生成。这里的空中三角测量，指的是经过人工选择连接点以完成相对定向、模型连接、航带连接，连接点和像控点的点位需反复调试，使其满足比例和精度的要求，在大比例尺下，很多细枝末节的地方都需要纳入测绘系统之中，这用常规的巡回式拍摄方法显然不能实现要求，空中三角测量的优越性也体现在这个地方。

例如，在对如图所示的复杂山体进行地形测绘时，所用到的比例是非常大的，图示上方的悬梁主要起支撑作用，防止投影器脱落，而投影器的作用是对山体各个方向进行光照采集，根据反射过来的光线强度和色彩，运用大量数据分析，得到最可能的地形概况，最后再通过具体实地测绘，得到更加精确的结果。在空中三角测量的硬件实现上，要借助物联网和嵌入式的相关零件，构建一个具有声光电传感器的传感装置，以便与相应的软件进行联机，可以远程操控无人机。测绘器的主要功能便是实现山地或其他地貌空间几何模型的构建。空中三角测量需要非常高的飞行稳定性，对飞机平衡要求极高，在一些狭隘的山口由于会有较大的风，这时采取三角测绘具有一定的风险性，因此这种航空摄影的方式需要视具体情况使用。信息修正工作也需要用到空中三角测量，在上述步骤之后，只是对地形图的概况有了一定的了解，绘制出的立体图缺少很多细节的补充，线条在大比例尺的地图上过于平滑，无法确定具体小比例尺区域的地形情况，这时可以采用空中三角测量的空中摄影方式（如图3），对所勘测绘制区域进行进一步的补充修正。

图3 三角测量的空中摄影方式

4 现代航空摄影技术的优势

低空数码航空摄影在各种地形测绘领域都具有很广泛的应用，而与之对应的传统测绘方式，在人力、物力以及工程进度方面则有所不及。传统的航空摄影技术在对工程的具体监管上也有一定的延时性，不能保证每一片区域的测量都按照计划执行。对外部环境依赖过大，导致测量体系无法完成流水一体化作业，会严重影响测绘进度，这也是为什么传统的测绘要花费大量人力物力而且工程进度还很慢。而现代航空摄影具有原始航空摄影不具备的优势。

例如，现代航空摄影技术以全数字式的航空摄影测量理论为基础，在工作效率和实时精确度方面有了卓越的提升效果，增加了地形测绘的可靠性。在进行实地测绘工作时，航空摄影所用到的数码相机可以自动调节感光度ISO、光圈、快门等等，在阴雨天气或者夜晚通过相关调整，也可以采集到比较清晰的测量影像。因此利用数字摄影测量技术进行地形工程的测绘，不仅可以减少工作时间，提高工作的整体效率，还可以减少依此测绘所用成本。目前现代航空亟待解决的首要问题是基建工作没有做好，在很多偏远山区的测绘工作没有实现现代化，没有设备方面的支持很难实现高效率的大比例尺地形测绘。迷你型飞机在云平台的控制下，可以实现更加细腻的调位控制，有效避免了空中摄影可能导致的碰撞和平衡控制问题。测绘人员可以对具体不同的山脉采取不同的航空摄影形式，不再局限于单一的选择，例如可以在需要精测的地区派遣工作人员前往实地勘测补正，而在比较危险高耸的山壁区域则全部采用无人机远程对接，在测绘难度较大而常人难以攀登的地方则可以采用载人飞机航空拍摄的折衷方案。

5 总结

综上所述，在现代航空摄影技术的加入下，大比例尺地形测绘工作发生了翻天覆地的变化，主要用于构建测绘地形概况，以及对相片等资料的控制，还可以实现空中三角测量，野外调绘及修补工作。相较常规的地形测绘工程，航空摄影技术的优势不言而喻，在内业采编和修改时，采用JC4、CEOWAY等软件进行整理操作，最后再根据实际情况用CAD软件进行最后汇编。本文主要阐述了航空摄影在大比例尺地形测绘中的应用，旨在为复杂地域的地形测绘有所帮助。