数字摄影测量在管道工程中的应用

摘要：随着计算机技术的发展，摄影测量技术已由最初的机械模拟测图发展为计算机辅助解析测图，又进一步发展到现阶段的全数字摄影测量，使按传统的测量作业方法非常困难的工程变得简单易行。数字摄影测量系统在管道中的应用是测量作业的一次革命，可以非常方便的进行管道线路路径选择、路径优化及方案比选。

关键词：数字摄影测量；管道工程；线路测量

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

随着21世纪的到来，全球正在进人信息化社会。信息高速公路、互联网、地理信息系统、数字地球等全新的信息化概念和重大的全球性信息工程的提出和实施，正在深刻的影响着人类工作和生活的各个方面。数字摄影测量和地理信息技术在我国已经广泛应用，并逐步形成为一门新兴的信息产业。全数字摄影测量、高分辨率卫星影像技术的应用和空间定位技术的发展将在“数字管道”工程中发挥日益重要的作用，它彻底的改变了长输管道工程的数据获取方法，极大的提高了功效，降低了生产成本，并且为今后的管道施工运营管理提供了种类丰富的基础数据。

1.利用卫星遥感影像选定线路

一般而言，管道工程选线总是先在五万分之一地形图上初步确定一条直线性较好的路径，结合各区域踏勘结果进行局部变动，而后委托航摄部门进行航摄，再在有效的航摄范围内进行路径优化。而全国五万分之一地形图的测绘年代久远，不具备现势性，影响了管道初定线的合理性和科学性，因此选择了卫星遥感影像进行大范围选线。使用SPOT卫星影像数据，利用DRG数据，在SPOT影像和相对应的DRG上选择一定数量的明显同名地物点作为纠正起算控制点(每景可选取40个左右的控制点)，然后使用遥感图像处理软件和DEM数据进行数字正射纠正，最后将纠正后的影像进行镶嵌、裁切和编辑，经整理形成符合要求的数据集，设计人员可利用计算机在此遥感正射影像图上进行线路初选。由于卫星影像图直观，信息量丰富，因此能够合理避让水塘、经济作物，选择最佳河流穿越位置，使选线方案更加合理[1]。

2.卫星遥感影像选定线路的应用

经过多年的研究，在许多大型工程中已经开应用卫星遥感影像来选定路线。为了提高我省电网供电的可靠性，某电力设计研究院设计了某220V线路工程（如图1.1），全长约有109公里。起于A山500千伏变电站，止于B地区220千伏变电站，为确保线路路径的合理、减少拆迁，从而采用了卫星遥感影像就行选定路线

在线路方案设计中一些工程的地质分析研究中，可以采用遥感技术在宏观上进行定性分析，如其中遇到的大线路跨越，构造断层，地质灾害区等区域的水文地质研判，遥感影像的研判跨越对这些地质构造断层情况，控制性工程的水文地质情况以及地下水发育和地下管道的情况等进行前瞻性的评估，这样就可以大大降低线路方案设计中存在的风险，使得线路设计方案得到了优化，也便于日后的线路运营管理风险。

首先在1:50000或1:100000的基础地形图上进行室内的粗略选取，从中选出2~3个路径方案，沿着此路径收集到卫星的遥感影像，所收集的卫星遥感影像需要覆盖所有的方案。因为在获取卫星遥感影像时，由于搭载平台，传感器，地球曲率和地形起伏等影响，往往会造成影像的几何畸变，所以在收集完方案之后就对这些方案进行必要的检查并且进行几何修正。然后将地形图上的路径方案以坐标形式转绘到卫星遥感影像中，在室内对路径方案再次调整，为了保证现场踏勘时进行重点了解，其中不良地质现象或走廊紧张地段以及不易判读的地物要进行重点标注。利用手持GPS，勘测设计人员对路径走廊内的无法再图上判读的地物等进行统计，然后避开不良地质区域，把经济、环保、安全、施工等方面一起考虑进去最后选择推荐路径。

卫星遥感影像使得选线精度很高，减轻了野外劳动的强度和工作量，而且路径的优化效果也不错。在该工程中卫片经过优化后与地形图相比较起来推荐路径缩短了2.9%，不仅如此，它还避开了多处经济开发区以及新增村庄、道路区。这样也就节约了投资。

图1.1A山-B地区220V线路工程

3.数字摄影测量的应用

作“4D”和纵断面图虽然有多种测量方法可以获取三维模型数据，但对于象管道这样的三维模型的大规模生产者来说，用数字摄影测量技术以航空影像为数据源来获取三维模型的基本数据是目前快捷有效的方法。因此，数据采集工作在全数字摄影测量工作站上进行。

3.1 控制点布设

大比例尺的管道工程项目，于平面和高程的要求都比较高，因此平面点采用

航线网布点，平地、丘阪地每10条基线布l对点，高程控制点采用全野外布点。即每个像对在标准点位处布四个高程控制点。

3.2 空中三角测量

空中三角测量，即解析空中三角测量，是指通过航测内业方法(包括内定向、相对定向、公共连接点的转刺)构建空中三角网并按严密的数学模型进行区域整体平差，解求出全区所有加密点的地面坐标及像片方位元素。空中三角测量可以使用Intergrgraph的自动空三模块Imagestation Automatie Triangulation进行选点与光束法平差软件进行平差计算，对某些超限值的点，在进行人工干预剔除粗差后，再进行整体计算，获得空三成果[2]。

3.3 影像匹配

影像匹配是对物方空间同一日标所获得的不同影像进行配准、并确定同名像点(共辘像点)的过程。由于被匹配的影像是在不同位置、不同状态下得到的，因此，匹配过程会受到各种误差的影响。主要要包括匹配影像之间灰度值的偏差和几何畸变。灰度值的偏差有时也称为辐射畸变，卞要是由于成像时方向不同、被摄物体辐射方向的差异以及大气用和镜头衰减所引起；几何畸变主要包括传感器的方位不同而引起的透明畸变以及影像仿射变形(比例、旋转)和地形起伏引起的变形等。为了克服这些误差对影像匹配的影响，采用在核线影像上进行一维影像匹配，确定同名点。匹配中采用金字塔影像数据结构和基于跨接法的松弛法整体匹配算法。

3.4 DEM制作

DEM根据航空影像，通过数字摄影测量途径获取。目前在测绘生产上经常采用的主要是用于大、中比例尺较小间距的高精度DEM制作。在管道项目中，采用就是通过数据采集获取大量点和断裂线而生成的数字地面高程模型DEM，大量点的采集间隔可以为5m或10m。特征线的采集分为：soft Breaklines(软特征线线)和Hard Breakline(硬特征)。Soft Breaklines是指沿着不是地形急剧变化处的线状特征采集的线；Hard Breakline‘是指沿着急剧变化的线状地形数字化的变化线。地物图中的交通要素和水系要素作为特征线使用，山脊、山谷等地形变换处，均采集为特征线。使用这种方法生成的DEM数据可以更好的体现地形变化，保证数字地面模型的精度。在数据采集过程中要注意以下几点：①湖泊、池塘、水库和水田要锁定高程采集；②在有高程起伏的地方采特征线，特征线不允许交叉，如果交叉，要保证高程一致；③宽2m以上的道路要采集为双线，道路在相交的地方同高时要有实交点；④宽lm以上的水系要采集为双线，水系在相交的地方要有实交点；⑤路遇到桥时不通过，桥不需要采集。桥下的地形必须用特征线正确采集和表示，这样才能保证最终的数字地面模型在桥下的精度。采用这种方法制作的数字地面模型能准确描述地面起伏特征，生成等高线时，能够满足地形图的要求。

3.5 DOM制作

正射影像图的生成根据不同的数据源和不同的设备，主要有单片数字微分纠正法、正射纠正仪方法、数字摄影测量等方法。任何高于地面的特征，如桥或高架桥采集为封闭的多边形，应该从其与地表不是连成一体的位置开始采集，也就是从离开地面的位置开始。对于桥下的数据不进行采集，即桥下没有数据通过。通过这些处理后制作的DEM数据在桥的位置表示的是桥上高程。利用这套DEM数据制作的DOM数据可以有效的减少桥的变形，使正射影像的精度更高。

3.6 线路纵断面图

在数字地面高程模型DEM上沿管道中心线在地形变换处和百米桩处采点，对中小型河流采用外业量测水深的方法，利用相应的测绘软件在Miostation图形平台上可以自动生成纵断面图。减少了外业工作量，提高了管道测量的整体精度[3]。

4.结论与展望

管道工程在勘察设计中采用卫星遥感技术进行数字化选线，应用数字摄影测量技术进行带状影像图和数字地面模型生产，为后续工作提供大比例尺正射影像图，使设计能够合理避让建筑物、经济水塘、经济作物等地物，实现了路由的最优化。从而大大减少了管道施工赔偿，减少了施工现场改线带来的损失，为提高长输管道的勘察设计和生产运营管理水平探索出一种新的理念和方法。

参考文献：

［1］孙振涛.浅论数字摄影测量在管道工程中的应用[Ｊ].测绘与空间地理信息，2008(2)。

［2］肖明辉.数字摄影测量在管道工程中的应用的技术基础研究[Ｊ].测绘通报，2010(12)。

［3］包艳琴.数字摄影测量在管道工程中的应用要点研究[Ｊ].电子技术应用，2010(6)。

［4］范飞.论数字摄影测量在管道工程中的应用的问题和对策[Ｊ].科技资讯，2011(1)。

［5］秦永继.数字摄影测量在管道工程中的应用的发展研究[Ｊ].城市建设，2011(5)。