包头航摄项目技术设计书zz.docx
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包头航摄项目技术设计书zz
甘肃煤田地质局综合普查队
二○一五年三月
项目承担单位（盖章）：
设计负责人：
队长：
主要设计人：
总工程师：
年月日
项目负责：
技术负责：
审核意见：
审核人：
年月日
批准单位（盖章）：
审批意见：
审批人：
年月日
目录
1概述1
1.1任务来源1
1.2主要工作量1
2测区自然地理概况和已有资料情况2
2.1测区自然地理概况2
2.2已有资料情况2
3技术依据3
4成果规格及精度要求3
4.1坐标系统3
4.2分幅和编号4
4.3成图精度指标4
4.3.1像控点精度要求4
4.3.2正射影像图精度要求4
4.4数据格式及文件命名5
5设计方案5
5.1资源配置5
5.1.1硬件设备5
5.1.2软件环境5
5.1.3项目管理结构5
5.2技术路线及作业流程6
5.2.1技术路线6
5.2.2作业流程7
5.3航空摄影8
5.3.1仪器设备8
5.3.2航摄方案8
5.3.3航空摄影质量控制9
5.3.4数据预处理10
5.4像片控制测量11
5.4.1像控点的布设11
5.4.2像控点的像片条件11
5.4.3像控点刺点和编号12
5.4.4像控点测量12
5.5全数字空中三角测量14
5.5.1技术路线及作业流程14
5.5.2主要技术要求15
5.6正射影像图（DOM）制作15
5.6.1建立DEM15
5.6.2采集特征点、线、面15
5.6.3DEM匹配结果的编辑16
5.6.4正射影像批处理16
5.6.5正射影像回放检查16
5.6.6正射影像修补17
5.6.7匀色处理17
5.6.8正射影像镶嵌17
5.6.9正射影像分幅17
5.7质量保证体系17
5.7.1成果检查验收制度18
5.7.2检查内容18
5.7.3过程检查18
5.7.4最终检查18
5.7.5质量控制措施19
6提交成果资料20
1概述
1.1任务来源
为满足包头稀土高新技术产业开发区规划建设的需要，受包头稀土高新技术产业开发区城市管理执法局委托，甘肃煤田地质局综合普查队承担包头稀土高新技术产业开发区的航空摄影任务。
航空摄影区域总面积为113km2，区域范围如图1-1所示：
图1-1航摄区域范围图
1.2主要工作量
（1）完成104km2的航空摄影。
（2）完成航空摄影区域104km2的像片控制测量。
（3）完成航空摄影区域104km2的空三加密工作。
（4）完成104km2的真彩色正射影像图（DOM）制作。
2测区自然地理概况和已有资料情况
2.1测区自然地理概况
包头稀土高新技术产业开发区位于内蒙古包头市市区南侧，黄河北岸。
包头市地处渤海经济区与黄河上游资源富集区交汇处，北部与蒙古国接壤，南临黄河，东西接沃野千里的土默川平原和河套平原，阴山山脉横贯中部。
包头境内有阴山山脉的大青山、乌拉山以昆都仑河为界，山峰平均海拔2000米，最高峰海拔2324米。
全市由中部山岳地带、山北高原草地和山南平原三部分组成，呈中间高，南北低，西高东低的地势。
黄河流经包头市境内214公里。
包头属半干旱中温带大陆性季风气候。
年均气温8.5℃，年最低气温－27.6℃，年最高气温40.4℃，年降水总量262.9毫米，年日照时数2806小时，年平均相对湿度52%。
包头稀土高新技术产业开发区由建成区、滨河新区、希望园区、稀土应用产业园区四部分组成。
地理坐标东经109°45′—109°59′、北纬40°31′—40°39′。
总规划面积约121km2，总人口约12.5万。
其中位于市区南侧的建成区面积15.54km2，全部实现了"八通一平"，建成了较为完善的基础设施保障体系和配套服务体系，是稀土高新区高新技术产业的集中区。
位于昆都仑河东岸、包兰铁路两侧的希望工业园区面积12km2，已入驻了东方稀铝、华鼎铜业、神麒科技等大中小型企业。
位于黄河北岸的万水泉地区面积88km2，将建成内蒙古西部地区环境优美、独具特色的滨河新区。
稀土应用产业园区规划面积5.3km2。
包头稀土高新技术产业开发区交通条件十分便利，距火车站约6km，距民航机场约16km，区内拥有多条城市规划主干道，辅以纵横交错的区间路，形成了四通八达的快捷交通网络。
包头稀土高新技术产业开发区主要集中于稀土新材料及其应用，风光能源机电一体化和铝铜深加工等高新技术产业，是集厂房、仓储、办公、服务于一体的黄河工业园区。
根据上述自然地理、气候和交通等情况，本测区作业困难类别为Ⅰ类。
2.2已有资料情况
测区内及周边有Ⅲ等三角点2个（武黑来窑子、基东）；另有甘肃煤田地质局综合普查队2007年在包头市1:
2000地形图航测项目中施测的Ⅰ级导线点5个（D15、D16、D17、P70、P71）。
以上控制点成果平面为1980西安坐标系，高程为1985国家高程基准。
经实地踏勘，以上控制点标石保存完好，可作为本次像片控制测量的起算数据。
由内蒙古自治区测绘院提供的内蒙古连续运行卫星定位服务系统（NMGCORS）的IP地址、端口、源列表、用户名、密码等用户应用系统信息以及坐标转换参数，可作为本次像片控制测量中CORS-RTK测量方法应用的依据与参数。
3技术依据
（1）《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2009；
（2）《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》GB/T2009-2010；
（3）《国家基本比例尺地图图式第1部分：
1:
5001:
10001:
2000地形图图式》GB/T20257.1-2007；
（4）《国家基本比例尺地形图分幅和编号》GB/T13989-1992；
（5）《1:
5001:
10001:
2000地形图航空摄影测量外业规范》GB/T7931-2008；
（6）《1:
5001:
10001:
2000地形图航空摄影测量内业规范》GB/T7930-2008；
（7）《数字航空摄影测量空中三角测量规范》GB/T23236-2009；
（8）《1:
5001:
10001:
2000地形图航空摄影规范》GB/T6962-2005；
（9）《数字航空摄影规范第1部分：
框幅式数字航空摄影》GB/T27920.1-2011；
（10）《数字航空摄影测量控制测量规范》CH/T3006-2011；
（11）《数字测绘成果质量检查与验收》GB/T18316-2008；
（12）《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356-2009；
（13）《航空摄影技术设计规范》GB/T19294-2003；
（14）《测绘技术设计规定》CH/T1004-2005。
4成果规格及精度要求
4.1坐标系统
平面采用1980西安坐标系和WGS84坐标系，高斯6°带投影，带号：
19，中央子午线为111°；高程采用1985国家高程基准。
4.2分幅和编号
1:
500正射影像图（DOM）采用矩形分幅，图号执行《国家基本比例尺地形图分幅和编号》GB/T13989-1992的相关规定；
DOM以矩形覆盖范围提供数据，起止网格点按以下四式计算：
4.3成图精度指标
4.3.1像控点精度要求
4.3.2正射影像图精度要求
（1）正射影像图地面分辨率：
0.05m；
（2）平面位置中误差：
平地、丘陵地为图上0.6mm，山地、高山地为图上0.8mm；
（3）相邻图幅接边限差：
2个像元；
（4）影像质量应符合以下要求：
a）色彩模式：
24位（比特）彩色影像；
b）色彩特征：
影像反差适中，色调均匀，纹理清晰，层次丰富，无明显失真，灰度直方图呈正态分布；
c）影像缺损：
影像无模糊、错位、扭曲、拉伸等现象。
影像数据应保证连续、无缝和视觉一致性。
4.4数据格式及文件命名
，。
5设计方案
5.1资源配置
5.1.1硬件设备
表5-1硬件设备配置
序号
设备名称
型号
规格
数量
备注
1
航摄飞机
运—5
架
1
2
航摄仪
UCE
部
1
3
GPS接收机
思拓力S6-GB2
台
4
RTK
4
数字摄影测量工作站
inpho
台
4
5
计算机
DellD630
台
2
联想扬天T4900V
台
4
6
绘图仪
EPSON9880
台
2
7
打印机
HP4650
台
1
HP5500
台
1
8
车辆
越野吉普
辆
4
5.1.2软件环境
GPS数据处理与坐标转换软件：
HDS2003；
全数字空中三角测量及数据采集软件：
inpho全数字摄影测量系统、AATM；
影像处理软件：
OrthoVista、PhotoShop、GeoDodging；
数据处理软件：
Globalmapper、AutoCAD、Orthovista。
5.1.3项目管理结构
项目负责人：
负责项目技术设计书的编写，对本项目的工期、质量和成本等进行全面管理。
内业技术负责人：
负责本项目的成果质量管理及所有内业工作的完成。
外业技术负责人：
全面负责本项目的野外施工。
项目管理结构图见图5-1。
图5-1项目管理结构图
5.2技术路线及作业流程
5.2.1技术路线
根据包头稀土高新技术产业开发区的规划设计理念和建设生产的需要，采用航空摄影测量技术是获取高分辨率正射影像图最为直接有效的手段。
该作业方法首先根据已有资料分析确定航摄范围与摄区平均平面高程，绘制摄区略图并计算航摄的主要数据；其次根据各项技术指标进行航空摄影；再利用航摄数据布设像片控制点，并采用GPSRTK测量方法进行像片控制测量；最后根据外业实测的像片控制点进行空三加密，完成数字正射影像图（DOM）的制作。
本项目拟采用运-5航摄飞机和UCE航摄仪进行航空摄影工作，像片控制测量采用CORS-RTK测量方法。
这两种测量方法都是目前测绘领域最为先进的技术方法。
不仅能够减小外业工作量与劳动强度，还能够快速获取最新时相的正射影像数据。
在满足数据成果质量要求的基础上，提高了工作效率，降低了生产成本。
本项目的实施可以为包头稀土高新技术产业开发区的规划建设等各个阶段提供现势性较强的基础图件。
5.2.2作业流程
图5-2作业流程图
5.3航空摄影
5.3.1仪器设备
（1）航摄飞机：
运-5
选用运-5飞机作为航空摄影平台。
该机是小型双螺旋桨单翼飞机，最高升限3500米，巡航速度150公里/小时，飞机姿态保持由先进的GPS全球定位系统与相机检影器共同承担，在航迹修正，飞机的俯仰、横滚与侧滚的控制方面均能达到较满意的效果。
（2）航摄仪：
UCE
焦距：
f=80mm
像元尺寸=5.2µm
像幅大小（pixel）：
20010×13080
地面分辨率：
0.05m
（3）UCE数据处理服务器
UCE数字航摄仪所获取的影像数据利用UltraMap摄影测量系统进行影像数据后处理。
它针对UCE影像数据提供从0级影像到最终DOM产品制作的完整的高度自动化工作流程。
UltraMap采用微软件最新FrameWork及Dragonfly技术，管理数据的下载，分布0-2级、2-3级数据处理，空三加密，影像制作以及交互式数据可视化质量控制。
实现了动态的负载平衡和资源管理。
（4）影像数据的输出设备
美国HP公司的HP4650彩色激光打印机和HP5500彩色喷墨打印机。
5.3.2航摄方案
（1）航线布设方向：
东西方向布设。
（2）航摄范围覆盖：
航向覆盖超出摄区边界线不少于1条基线，旁向覆盖超出摄区边界线不应少于像幅的30%。
（3）航片重叠度：
旁向重叠度设计为30%，航向重叠度设计为62%。
（4）像片旋偏角：
旋偏角一般不大于10º，个别最大不超过12º。
（5）像片倾斜角：
像片倾斜角一般不大于2°，最大不超过3°。
（6）航高：
航高的变化将直接影响设计的摄影比例尺和像片重叠度。
飞行的航高指示器是气压高度表，每天飞行前，飞行员都要到气象部门了解机场天气，同时记录当时的气压值。
根据气压值和机场的标准高度值，确定出气压高度表在地面的基准值。
飞机按照基准值飞到航空摄影要求的作业高度进行作业，同时参考GPS实时高程。
当飞机上高度表数值超过标准飞行高度±20m时，飞行员要对飞机航高给予修正。
同一航线上相邻像片的航高差不大于20m；最大航高和最小航高之差不大于30m。
当相对航高大于1000m时，其实际航高与设计航高之差不大于设计航高的5%。
（7）航线的弯曲度：
为保证飞机有充分的时间以平稳的姿态进入航线，设计预备线长度为2km，由于有足够的预备线长度，且GPS导航系统能直观观察航迹偏差，可将漂移减小到最小，同时飞行管理系统对曝光触发点的范围设置可以保证航线弯曲度不大于1%，当航线长度小于5km时，航线弯曲度最大不大于3%。
（8）摄影条件：
航摄应选择在最有利的气象条件，既要保证足够的光照，又要避免过大的阴影，摄影时间应安排在上午10:
00至下午3:
00期间，太阳的高度角不小于30度。
5.3.3航空摄影质量控制
5.3.3.1飞行质量控制
（1）采用GPS全球定位系统按设计航迹坐标导航，实行定点曝光，确保航摄基本技术参数符合规范要求。
（2）航线设计按常规方法敷设，按东西方向直线飞行。
（3）对每个分区进行平行于摄区边界的首末航线设计，一般敷设在摄区边界上或边界线外，确保摄区边界实际覆盖不小于像幅的30%。
（4）航摄前应进行试飞、试摄，通过对试飞、试摄成果的分析研究，确认各项设备符合正常工作状态后，方可正式开始航摄。
5.3.3.2摄影质量控制
（1）在确保飞行天气及质量前提下，飞行中、结束返航前对每一张小索引像片进行检查；并对整个摄区飞行情况进行浏览，确保无一漏飞、每张像片上无云影及烟雾覆盖现象。
（2）由于数码相机后背是固态的CCD面阵，不会发生因压平误差导致的无法相对定向，也没有胶片伸缩变形问题。
只要能构成主体像对，可见部分均可成图。
5.3.3.3补摄与重摄
（1）航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均需及时补摄。
（2）对于不影响内业加密选点和模型连接的相对漏洞及局部缺陷可只在漏洞处补摄。
（3）补摄航线的长度，应超出漏洞两边各一条基线。
（4）补摄航线两端应超出控制航线外一条基线。
5.3.4数据预处理
5.3.4.1数据下载
飞行结束后利用相关软件下载影像数据等文件。
5.3.4.2摄影处理
利用UltraMap2.x软件，进行辐射及几何纠正、组合；对其中有代表性的若干张像片调色、匀光，而后对整个测区进行调色、匀光。
对个别相片进行单独处理。
后处理产生的12bit影像，采用TIFF格式存储。
5.3.4.3航摄像片预处理
像片匀色：
首先将8bit彩色数据影像压缩成分辨率满足激光数码晒印机要求的数字像片数据；然后在整个摄区抽取有代表性的像片作为样片，并对其进行调整、匀光等处理；最后利用影像匀光软件GeoDodging对整个摄区所有像片进行匀色处理。
5.3.4.4像片印制质量要求与控制
像片影像清晰，相同地物影像色调基本一致，不同架次像片的色调效果也要基本一致。
像片校色正确，色调均匀、影像清晰、层次丰富。
5.3.4.5影像数据文件命名
数字航摄成果命名采用“摄区代号-航线号-片号-影像级别.格式后缀”的方式，例如15004-01-0017RGB.TIF。
5.4像片控制测量
5.4.1像控点的布设
本测区像控点采用航线网布设，统一布设成平高点，平高点的航向跨度为6-8条基线。
平高点呈“品”字形分布，基本形式如图5-3所示。
〇〇〇
□□□□□□□□□□□□□□□□
〇〇〇〇
□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
〇〇〇
□□□□□□□□□□□□□□□像主点
〇〇〇〇平高点
图5-3像控点布点形式示意图
5.4.2像控点的像片条件
（1）相邻航线尽量公用，应布在旁向6片或5片重叠范围内，像控点距像片边缘不小于1.5cm，个别选刺困难区像控点距像片边缘不得小于1cm，距像片上各类标志不小于1mm。
（2）像控点应选在旁向重叠的中线附近，偏离主垂线一般不超过半条基线，离开方位线应大于3cm。
当重叠过大或过小时应分别布点。
控制范围裂开的垂直距离不应大于2cm。
（3）当主点或标准点位2cm范围内连续3片选不出明显目标时视为主点落水，落水像对应全野外布点。
（4）当标准点位选不出目标，个别点可以省去，由内业加密解决。
必要时可增加检查点作为补充。
（5）像控点的目标是本区像控点的关键，一定要选择实地目标分辨率清楚的点，一般选择平顶房角，女儿墙的内外角，水池角，接近直角的线状地物的交点。
（6）像控点点位说明一定要说清楚，先说明什么地物，再说明地物的哪个角，高程所求点的位置（高程一般求致所测点位顶面）。
5.4.3像控点刺点和编号
本测区像片控制点利用电子平板在数字影像上进行选点、标记，准确标示刺点位置。
像控点应刺在点位影像最清晰的数字影像上。
以像控点为中心截取并输出不同放大倍率的影像作为点位略图，结合点位说明制作像控点点之记。
像控点点之记格式见附录一。
像控点点位说明文字应简练、确切，点位说明、略图与实地必须一致。
当点位选刺在高于地面的地物顶部时，应量注顶部与地面的比高，并在点位说明中加以叙述。
刺点工作应由两名作业员同时完成，一人负责刺点，另一人负责检查，并在像控点点之记中注明刺点者与检查者姓名以及作业时间。
本测区的像片控制点均以字母P开头加3位有效数字统一编号，有效数字位数不足时，前边补0（如P001）保证成果排序后无重点。
5.4.4像控点测量
5.4.4.1测量方法
像控点平面位置与高程均采用CORS-RTK测量方法，利用内蒙古连续运行卫星定位服务系统进行施测。
采用CORS-RTK测量方法直接获取的是CGCS2000大地坐标，施测时利用内蒙古自治区测绘院提供的CGCS2000坐标系转换1980西安坐标系的七参数，进行实时或事后转换，从而获得1980西安坐标系成果。
最后通过坐标转换获取WGS84坐标系成果。
具体测量步骤如下：
（1）作业前应对仪器设备进行检查，确保数据采集器和接收机电源充足，GPS天线、通讯口、主机接口等设备牢固可靠；
（2）接收机安置、对中及整平；
（3）进行参数设置，主要包括天线类型、坐标系统、转换参数、网络参数等设置；
（4）输入点名及仪器高，仪器高应量取两次，读数差不超过3㎜时，取中数作为仪器高；
（5）与CORS系统控制中心进行通讯并获得用户许可，建立数据连接；
（6）开始测量，每个点观测次数应不少于3次，取各次测量的平面坐标、高程中数作为最终成果。
5.4.4.2技术要求
（1）RTK测量的主要技术要求：
a）卫星截止高度角≥15°；
b）有效观测卫星数≥5；
c）PDOP值≤6；
d）观测次数≥3；
e）平高点相对邻近基础控制点的平面位置中误差限值为0.05m；
f）平高点相对邻近基础控制点的高程中误差限值为0.05m；
g）平面坐标和高程记录精确至0.001m。
（2）作业要求
a）采用CORS-RTK测量方法可不受流动站到基准站距离的限制，但应确保流动站在网络有效服务范围内；
b）观测开始前应对仪器进行初始化，并得到固定解，当长时间不能获得固定解时，宜断开通信链路，重新初始化；
c）每次观测历元数应不少于20个，采样间隔2s～5s，各次测量的平面坐标较差和高程较差均应小于4cm；
d）数据采集器设置控制点的单次观测的平面收敛精度不应大于2cm，高程收敛精度不应大于3cm；
e）取各次测量的平面坐标中数、高程中数作为最终结果。
f）作业员在观测期间不得擅自离开测站，防止仪器被移动或受震动，防止人为或其它物体靠近天线，遮挡卫星信号；
g）观测过程中不应在接收机旁使用对讲机或手机；遇雷雨天气应关机停测，并取下天线，以防雷电；
h）每日观测结束后，应及时下载观测数据，转存到计算机，并做好数据备份，防止数据丢失。
5.5全数字空中三角测量
5.5.1技术路线及作业流程
本项目利用全数字摄影测量系统inpho自动空三加密模块，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，并将外业控制点成果和POS数据导入系统按严密的数学模型进行区域整体平差，得到优化后的外方位元素和加密点成果，之后利用检查点对平差结果进行检验。
全数字空中三角测量作业流程如图5-4所示。
图5-4空中三角测量作业流程图
5.5.2主要技术要求
内业加密采用全数字空三加密，对已有野外测定的平高点进行考核和加密，为数据采集提供高质量可靠的定向点。
利用AATM完成空三测量，自动建立测区内各立体模型及其参数文件，在此基础上生成核线影像。
（1）平差方法：
光束法区域网整体平差。
（2）相对定向精度
平地、丘陵地标准点残余上下视差△q不应大于±0.005mm，山地不大于0.008mm。
（3）模型连接较差
ΔS≤0.06×m像×10-3
ΔZ≤0.04×（m像×fk）/b×10-3
式中:
ΔS—平面位置差（单位：
m）
ΔZ—高程较差（单位：
m）
m像—像片比例尺分母
fk—航摄仪焦距（单位：
mm）
b—像片基线长度（单位：
mm）
5.6正射影像图（DOM）制作
5.6.1建立DEM
创建DEM是制作DOM的基础和框架，其质量、精度直接影响正射影像纠正的效果。
首先进行匹配预处理，在立体模型中量测特征点、线、面，作为自动影像匹配的控制，经匹配编辑检查后将其作为矢量特征文件构三角网，内插建立DEM。
本项目测区地形复杂，大部分为山地，可首先按直接生成大范围的DEM。
通过引入自动匹配的相对定向点进行加密或引入道路、高程等特征文件构三角网，再进行插值计算，按2.5米格网间距建立规则（矩形）格网的数字高程模型即DEM。
5.6.2采集特征点、线、面
主要是针对一些在完成影像自动匹配比较困难的地区和部位，例如大片居民区、水域及高层建筑旁被黑影遮盖部分等所作出的处理，主要方法是量测出相应部位的特征点、线、面。
（1）河流、水渠宽度在图上大于1mm的用双线依比例尺采集，小于1mm的用单线采集。
采集时，应从下游向上游的方向进行采集。
采集依比例的双线时，应注意两岸的深度保持一致。
（2）边线一般以塘坎边缘线绘出。
较大的池塘（坎边线和水边线能明显区分）应采集坎边线和水线。
采集水涯线时，应锁定高程值，保持水涯线边线等高。
（3）道路宽度大于10米的要用双线采集，小路不采集。
采集时必须切准，保证道路边线的高程精度。
（4）路堑、陡坎比高大于1米且图上长度大于5mm的应采集坎上沿线和坡底线。
反之，长度小于5mm的且比高小于1米的不采集断裂线。
（5）山脊线、山谷线、山脚线等明显的地形特征线应以静态方式采集。
（6）碎部点采集应首先选在地形特征点上，如山顶、鞍部、沟心、谷底、坎顶、坎底、路叉、变坡处、渠边、渠底（无水时）、河边、池塘边、桥面上等。
地形平坦处也应加采散点，采集间距为50米一个。
5.6.3DEM匹配结果的编辑
采用显示等高线模式或显示等视差模式，在立体模型中对匹配结果进行检查、编辑。
本项目中应注意对以下的情况下进行检查、编辑：
（1）影像的不连续、被遮盖及阴影等区域原因，检查匹配点是否切准地面
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