铁路工点地形数字近景摄影测量的研究

计算机光盘软件与应用　２０１１年第３期　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　工程技术　铁路工点地形数字近景摄影测量的研究　韩祖杰　（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００１４２）　摘要：针对铁路工点地形测量这一铁路勘测过程中的难题，本文提出一种数字近景摄影测量系统，实现了无控制点实　现摄影测量相对定向和绝对定向，并由摄影测量工作站软件直接使用定向参数进行摄影测量数据加工，从而获得等高线图和　数字模型。实践证明，本方法能够有效测定工点地形和数字三维模型，不仅可配合生产工点正射影像图还可以扩展成果数据　类型，有效减少常规测量中的现场质检工作。　关冀词：近景摄影测量；地形测量；铁路勘测　中田分类号：Ｐ２３４．１　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌＯＯ７－９５９９（２０１１）０３－０１０７－０２　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｗｏｒｋｓｉｔｅ　Ｔｅｒｒａｉｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｔｕｄｙ　Ｈａｎ　Ｚｕｊｉｅ　（Ｔｈｉｒｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｕｎ，ｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．。Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｔｈｅ瑚ｊｌｗａｙ　ｗｏｒｋ　ｓｉｔｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｕｒｖｅｙ，ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｈｏｔｏｇｒａｎｕｎｅｔｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔＯ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｈｓｏｌｕｔｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｂｙ　ｔｈｅ　ＵＳｅ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ　ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｔａｒｇｅｔｅｄ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｏ　ｏｂｔｉａｎ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｍａｐｓ　ａｎｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｏｄｅｌｓ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｈａｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｌｌ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｈｔｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｗｏｒｋ　ｓｉｅｔ　ｏｎ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｗｏｒｋ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｏｒｔｈｏｐｈｏｔｏｓ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｅｘｔｅｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｔｙｐｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｆｅｌｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｏｒｋ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｏｓｅ　ｒａｎｇｅ　ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ；Ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｕｒｖｅｙ　铁路工点（隧道洞口等）地形测量一直是铁路勘测过程中的　系统检校子系统由检校控制场和检校软件组成。检校控制场　难题，在传统的测量方法中，可使用全站仪进行全野外测量，也　为经精确测定控制点三维坐标的固定设施，检校过程中，将控制　可使用非量测数码按近景摄影测量方法实现洞口测量。全野外测　点的三维空间坐标作为已知值直接使用；检校软件为检校数据处　量过程中，使用全站仪在待测量区域测定一定密度的碎部点，由　理专用软件，通过编辑控制点的像方坐标和物方坐标，按多像空　此构建待测定洞口的地形图。近景摄影测量过程中，一般使用非　间后方交会算法解算系统的各种参数。　量测数码相机拍摄待测量工点的数字立体影像对，使用全站仪测　图像采集子系统由经纬仪、数码相机、结构件及测量配件（三　定待测目标区域范围内一定数量（８－１０个）的三维控制点，由此　角架、基座、钢尺等）组成。经纬仪用于测定图像拍摄时所处位　恢复立体影像对的绝对定向，在数字摄影测量软件中采集地形图。　置的像对水平角及垂直角；数码相机为配备定焦镜头的单反数码　在这两种方法中，都需要在待测目标区域内设置控制点或碎部点　相机，用于拍摄目标的数字图像；结构件用于连接数码相机与经　目标标志（如架设棱镜）。对于待测定工点（隧道洞口）区域，大　纬仪；测量配件为架设系统所需的测量三角架、基座及用于量测　多处于地势陡峭、行走攀爬困难的峭壁处，在实际测量过程中，　相对距离的钢卷尺。　外业测量危险性极高、工作强度极大，因此，隧道洞口等工点的　数据处理子系统包含定向解算软件及摄影测量处理软件。定　地形测量一直都是困挠测绘部门的一大难题，迫切需要一种无需　向解算软件使用检校参数和经纬仪测量得到的相对角度计算每幅　控制点近景摄影测量方法和系统，解决工点测绘。　图像的外方位元素实现图像的相对定向和绝对定向；摄影测量处　一、系统原理及组成　理软件为已有的摄影测量工作站成图软件。　我们研究的数字近景摄影测量系统由相机检校获取普通数码　二、作业模式及流程　相机的内方位元素和系统改正参数实现数字影像的内定向；由经　系统采用预先检校、参数预置的工作模式，即系统参数包含　纬仪获取摄影测量像对的定向元素，在没有控制点支持的情况下，　相机成像参数和相机与摄影测量像对基线之间的关系值作为已知　实现摄影测量的相对、绝对定向；在定向基础上，由摄影测量工　值经预先检校得到，在使用过程中，直接使用相机成像参数、间　作站软件直接使用定向参数进行摄影测量数据加工，获得工点等　接使用像对关系参数，将像对的所以定向参数均作为已知值使用，　目标对象的等高线图和数字模型。　然后进行摄影测量处理。　系统由系统检校、图像采集及数据处理三个子系统组成，系　系统使用流程如图２所示：　统组成框图如图１所示：　图１系统组成框图　图２系统使用流程　一１０７一　计算机光盘软件与应用　工程技术　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　２０１１年第３期　系统检校是系统用于近景摄影测量前的准备工作，在系统组　装完成后实施，如果正常使用系统，检校工作可周期性进行。在　每次进行目标图像采集及量测建模之前无需进行。如在使用过程　中发现量测精度下降或立体像片显示有明显的上下视差（同名点　显示有上下错位现象）时需重新进行检校。　数字图像拍摄和数据后处理工作在每次进行工点测量时进　行，首先进行图像序列拍摄，然后使用摄影测量处理软件对拍摄　得到数字图像序列进行后处理。　三、试验及精度分析　铁路工点试验选择在处于勘测阶段的某条新建铁路的工点地　形。由于场地纵深较大，拍摄时选择了两条基线，分左中右三个　测站进行。拍摄时摄站间距离约ｌＯＯｍ，拍摄距离约ｌＯ００ｍ，基距　比约１／１０，拍摄示意图如图３。　对工点数据成果检验采用全站仪地形点坐标，与近景摄影测　量得到的三维点坐标进行对比，共对比１８个地形和地物点，平面　摄影测量坐标　实测坐标　测量偏差　右　上　深　右　上　深　右向偏差　高程方向偏差　深度偏差　８６１．６　６１Ｏ．８　２０２８．８　８６１．７３６　６１Ｏ．７５１　２０２８．６５４　一Ｏ．１４　Ｏ．Ｏ５　Ｏ．１５　８９２．４　６５７．３　１８００．７　８９２．６４２　６５７．６９３　１８００．９６７　—０．２４　一Ｏ．３９　—０．２７　８８７．８　６５７．２　１８ｌ０．８　８８７．９０５　６５７．２７２　１８ｌ０．８０５　—０．１Ｏ　—Ｏ．Ｏ７　０．Ｏ０　８８２．２　６５６．６　１８ｌ７．３　８８２．４０６　６５６．７９１　１８ｌ６．９Ｏ１　—０．２１　一Ｏ．１９　０．４０　８８４．５　６ｌ４．７　１９９６．９　８８４．５７７　６１４．６０２　１９９６．５３０　一Ｏ．０８　Ｏ．１Ｏ　０．３７　８６４．５　６ｌ５．６　２００７．８　８６４．５３８　６ｌ５．８０３　２００７．９３７　－０．０４　—０．２Ｏ　－０．１４　８８８．１　６１６．８　ｌ９７４．８　８８８．１６２　６ｌ６．８６５　１９７５．２０４　一Ｏ．０６　一Ｏ．Ｏ７　一Ｏ．４Ｏ　８７２．１　６２０．０　１９７６．８　８７１．９５２　６２０．０６６　ｌ９７６．７８３　Ｏ．１５　—０．Ｏ７　Ｏ．０２　８３７．８　６３４．５　１９２２．８　８３７．８６３　６３４．４４０　ｌ９２２．９６９　—０．Ｏ６　０．Ｏ６　—０．１７　８ｌ３．３　６４４．２　１８９６．８　８１３．２３４　６４４．４３９　１８９７．３３５　Ｏ．Ｏ７　一Ｏ．２４　一Ｏ．５３　８ｌ９．９　６４４．３　１８９０．２　８２０．００９　６４４．９３０　１８９０．３１８　一Ｏ．１ｌ　一０．６３　一Ｏ．１２　８４０．２　６４５．４　１８７８．５　８３９．９６７　６４５．７２４　１８７８．５７３　Ｏ．２３　一Ｏ．３２　一Ｏ．０７　８２７．５　６５１．５　１８６３．１　８２７．４６７　６５１．６１５　１８６２．８６７　Ｏ．Ｏ３　一Ｏ．１２　Ｏ．２７　８１３．２　６５１．８　１８７１．２　８１３．２３８　６５１．９４３　１８７１．２００　－０．０４　—０．１４　０．００　８４９．２　６５３．２　１８３８．７　８４９．２０３　６５３．１６９　１８３８．４９０　Ｏ．ＯＯ　Ｏ．０３　Ｏ．２１　８６７．４　６５３．４　１８３１．３　８６７．３４９　６５３．４２５　ｌ８３１．１５８　Ｏ．Ｏ５　一Ｏ．Ｏ２　Ｏ．１４　８５４．０　６５５．４　１８３０．３　８５３．９１９　６５５．５６４　１８３０．２８０　Ｏ．Ｏ８　一Ｏ．１６　Ｏ．Ｏ２　８４４．３　６５５．３　１８３４．６　８４４．２２９　６５５．３８３　１８３４．９７１　Ｏ．Ｏ７　一Ｏ．Ｏ８　—０．３７　标准偏差　Ｏ．１２　Ｏ．２２　０．２６　四、结论　（二）可有效测定工点地形和数字三维模型，输出地成果数　无需控制点的近景摄影测量有效解决了铁路工点（隧道洞口）　据与现有数据格式兼容。　地形测量这一难题，较小降低了测量工作强度，其作用与意义体　（－）可配合生产工点正射影像图，除满足常规测量的要求　现在：　外，还扩展的成果数据类型。　（一）采用近景摄影测量替代现有的全野外测量，效率高、　（四）作为一种摄影测量方式，产生的数字图像可作为闭环　劳动强度低、危险性低，是一种有效的测量方式。　检测数据，减小了常规测量中的现场质检工作。　．．——１０８．．——