黄河规划设计

浅谈航测法高速公路地形图测量设计

陈元申薛倩 (测绘信息工程院)[摘要] 近年来高速公路建设蓬勃发展，高速公路的设计工作需要大比例尺的地形图，航空摄影法测地形图经济高效，普遍被大家采用，公路带状地形图的设计有其自身的特点，本文着重对航带设计、航高确定、像控点布设及像片扫描分辨率的确定等几个关键问题进行探讨。[关键词] 高速公路航空摄影像片控制点扫描分辨率交通的便利与否，直接影响着经济的发展。近年来，随着经济的发展，各地交通的落后现状和快速发展的经济的矛盾日益尖锐。各地都认识到便利的交通对经济的巨大推动作用，都在大力发展高速公路建设。高速公路的设计工作，往往需要大比例尺的地形图。可以采用野外全解析数字测量、白纸测图、航空摄影测量。航空摄影测量高效经济，精度均匀，普遍被大家采用。公路地形图与一般的地形图有所不同，一般为沿路线的500米宽的带状，在测绘地形图的同时，一般要沿公路每隔300米～500米埋设一施工控制点，因此在航带设计、像片控制点设计和内业量测时应充分考虑公路带状地形图和一般地形图的异同。1 航空摄影设计公路航空摄影是以路线走向为导向，连续布设若干个首尾相接的航摄分区覆盖全部路线方案走廊的带状摄影。摄影宽度一般以路线方案线为中心，两侧各超出方案线500米或两侧各超出测图范围300米。各航摄分区的设置宜首选单航带摄影；当路线弯曲过大或遇到需要加大摄影宽度的地段时，可布设多航带摄影。航摄分区划分好后，应确定航摄比例尺和航空摄影仪焦距，这要综合考虑成图精度、安全航高、和经济效益等多方面的因素。航摄比例尺一方面要考虑成图的平面及高程的精度要求，另一方面应考虑测图的经济效益，因此，在首先满足成图精度条件下，应尽量使像片比例尺小于成图比例尺，即采用放大成图。一般常规放大成图的倍率为1-5倍，非常规放大成图的倍率为5倍以上，最大不得超过8倍。在航空摄影之前，必须首先估算所选择的像片比例尺能否满足成图比例尺的平面和高程精度.经过估算并确认能满足成图比例尺的平面及高程精度,这样才能确定航空像片比例尺。粗略的估算方法如下，如果采用较为精确的估算方法，则可按成图过程中各项量测误差对成图总精度的影响来估算。高程精度：平地、丘陵地：mh≈H/3000(fk=88mm) 山地： mh≈H/2000(fk=200mm) 高山地： mh≈H/1400(fk=200mm) 平面精度： ms≈0.14k(内业加密像片控制点) ms≈0.10k(全野外布点)式中：H-相对航高 K-放大倍数在确定像片比例尺后，还应根据地形类别选择相适应的航空摄影仪焦距，一般如平地、丘陵地及地面坡度平缓的山地，可采用像场角大的短焦距摄影仪，比较陡峻的山地则应采用中长焦距的摄影仪。然后我们可以计算航空摄影时的相对航高，即：H=fk·M，并应核对摄区的地面高差是否小于，否则应重新选择像片比例尺或航摄仪的焦距。在确定像片摄影比例尺和航摄机焦距后，所求得的相对航高应对摄区内地形制高点的高程作比较，使相对高差满足安全航高的要求，如果不满足要求，则应重新选择航摄仪的焦距或像片比例尺，安全航高的规定值见表1。根据以上分析和我们的经验，平地或丘陵地公路地形图一般选用1/12000的航摄比例尺，88mm的摄影仪焦距，山地一般选用1/12000的航摄比例尺，152mm的摄影仪焦距，这样既能满足成图精度要求和安全航高的要求，又经济合理。2 像片控制点的设计像片摄影完成后，要进行像片控制点的布设，像片控制点的布设分为全野外布点、单航带布点和航带区域网布点。当航带数为两条以上时，宜采用航带区域网布点，否则采用单航带区域网布点或全野外布点。是否采用航带区域网布点及区域网首末端点的间隔基线数按下式估算，将成图时允许加密点的精度分别代入下式，以反求航带段端点间基线数。式中 Ms——加密点的平面中误差，m； Mz——加密点的高程中误差，m； H——相对航高，m； b——像片基线长度，mm； mq——视差量测的单位数中误差，mm； n——航向相邻控制点间的基线数。 f——摄影主距，mm。高速公路在施测地形图时，大部分都要求测设施工控制点，一般为每隔300米～500米埋设一个施工控制点，如果航摄比例尺为1：12000，每个像对就有3个施工控制点，这些点大部分都在比较平坦的地方，且在测图范围内，完全可以作为高程像片控制点使用，来减少像片控制点的测量工作，根据我们的经验，可以减少一半像片控制点，例如，我们在安微沿江、铜汤高速公路设计中，采用1：12000航摄比例尺，152mm摄影仪焦距，测1：2000比例尺地形图，基本等高距为1米，按估算公式，需全野外布设像控点。但我们采用双模型法布点，把施工控制点作为高程控制点，一起进行像片控制点加密。结果完全满足测图精度要求。像片控制点测量中另一个比较重要的问题是坐标系统的选择，由于公路坐标变形不能超过62.5px/Km，因此必须选择合适的投影带中央子午线。投影变形与离开中央子午线的距离和测区平均高程有关，每公里的投影变形量K可按下面公式计算： K=K1+K2 Ks=Ym2·106/(2R2) Kh=-H·103/R式中:Ym 为边或坐标增量距中央子午线的距离(横坐标)，以Km为单位； R 为地球曲率半径，以Km为单位； H为高出大地水准面的平均高程，以m为单位。先计算出测区平均高程所引起的每公里变形量Kh，根据每公里的变形限差，反求出测区离开中央子午线的距离，再根据测区的平均经度，确定投影带中央子午线位置。3 内业量测的设计航测内业工作主要有，像片扫描、内定向、相对定向、绝对定向、立体量测及地形图编辑等。这部分工作和一般航测成图没有太大的差别，只是在地物取舍、表示的侧重点不同。下面分别作简要叙述。全数字化摄影测量系统成图像片扫描分辨率的大小对产品质量的好坏是密切相关的, 当前全数字化成图用作像片扫描的原始资料是航摄底片,航摄底片分辨率的大小决定选择最佳像片扫描分辨率的范围。在目前航摄底片所达到的综合分辨率情况下,像片扫描分辨率较好的选择范围为0.015mm-0.020mm。还应考虑满足成图精度必须达到的扫描分辩率，航测成图首先要保证绝对定向高程与平面的精度,一般在像-图放大倍率不大的情况下,满足高程绝对定向精度应放在首位,像片扫描分辨率可用下式来确定,即：式中: R扫为像片扫描分辨率, h注为高程注记点的高程中误差,b为像片基线长度,H为相对航高。内定向、相对定向、绝对定向及立体量测和一般的航空摄影测量基本相同，大家比较熟悉，在此不再赘述。4 结语以上是我对航测法高速公路地形图测量设计中几个关键问题的粗浅认识，希望能对不太了解航测的人有一点帮助。有不对的地方，欢迎朋友们批评指正。参考文献1 交通部第二公路勘察设计院《公路摄影测量规范》JTJ065-97 人民交通出版社 1999.6第一版