航测选线与定线

现场定线由于受到视野的限制容易遗漏方案，而纸上定线必须要测绘大比例尺地形图，这两种方法都需要大量人力、物力，劳动强度大，选线周期长。 在公路的选线史上，世界上一些技术先进国家经历了3个发展阶段。 第一阶段是由人去到现场直接踏勘、测量，然后根据人的判断选出一条认为是最好的路线。 第二阶段是利用航测像片选线，或者通过航测成图在图纸上定线，这样可以把大量的野外作业搬到室内来做，选线人员可以在像片和图纸上找出许多比较方案，从而提高选线质量。 但是，要对这些比较方案进行认真的评比和优选，则仍需人去判断，往往会因工作量大而使比选工作受到限制。 近年来，电子计算机的应用为分析这些资料及比较线的选择提供了有力的工具，这就使公路选线进入了第三个阶段。 它的特点是，用一套有次序的数组来代表地形特征在空间的分布（即“地面数字模型”），将数字化的地形资料存储于电子计算机中，向计算机输入一个路线的平面，则计算机将输出这个方案的地面纵断面，利用它由人工试定设计纵坡度和典型的路基横断面，然后计算机输出纵断面图、路基横断面面积和土石方数量。 同时，自动绘图机按计算机求得的成果绘制出有关的设计图。 近年来，遥感技术得到发展，并在公路大面积选线中应用。 遥感像片可以提供比一般航摄像片更多的自然信息和地面数字模型，它对选线自动化的发展起了很好的推动作用。

我国正在进行公路航测选线的研究。 但多数是利用国家已有的航测图资料。 我国领土的绝大部分地区，已有不同比例尺的航空摄影像片，容易收集。 将像片拼接成地貌略图，通过立体观察，可以了解选线地区的山脉水系以及工程地质等情况。 对于在特别困难的山岭、森林、沙漠、草原地带选择路线的各种方案，航测具有特别重要的实用价值。

国内现研究试验以下几种像片定线方法：利用立体镜和视差杆定线；多倍仪定线；在用精密立体测图仪绘制的大比例尺地形图或用正射投影仪制作的影像地图上定线。

利用立体镜和视差杆的定线方法所使用的设备简单，容易推广。 但是，航摄像片是中心投影，加之摄影时的倾斜误差、航高误差都未消除，所得的距离和高程精度很低，仅能作为初选路线方案的一种手段。

不论用何种成图方法，绘制大比例尺地形图，在图纸上定线，这都属于“纸上定线”的范畴。 不过用航测图进行纸上定线时可以辅以立体镜观察，既可定性，又可定量，这样更能保证定线的质量。

多倍仪是全能法成图所使用的基本仪器，尽管它放大倍数小，但用多倍仪可以建立与实地完全相似的立体光学模型，可以在模型上直接选线，对于公路航测选线的初期阶段，仍然是一种经济实用的手段。

1.航测像片选线的程序

（1）研究路线方案

在1∶10000或1∶50000的地形图上初选规划方案，从若干比较线中选出1～2个方案作为收集资料的方案。

（2）收集资料

凡路线所经地区的地形、地质、水文、气候等各种图纸、调查报告、文献、航测资料都应尽可能收集，如：

①地形图。 路线经过地区的各种比例尺的地形图在不同设计阶段都各有其用途，小比例尺地形图可以在初选路线方案时作初步设计之用，大比例尺地形图则可以直接作纸上定线之用。

②航测资料。 包括航摄像片、镶嵌复照图、像片平面图等。 在收集航摄像片的同时还应收集测区的控制测量资料，这些资料对像片选线或成图都有重要的作用。

③其他资料。 包括铁路、水利等部门勘测过的各种图纸、控制点、高程资料等。

（3）制作航片镶嵌复照图

将路线所经地区的航片按顺序拼接起来，重新照像复制成图，这就是镶嵌复照图。 在镶嵌复照图上，进行简单的地貌调绘和工程地质描绘。

调绘的主要内容是：用彩色笔给出河流及水流方向；画出分水岭的山脊线，注明对选线有实际意义的垭口位置和标高；用不同的颜色和符号标出各种地物——铁路、公路、大道、城镇、村庄、湖、塘等，画上轮廓线并写上名称。 对于所收集到的高程资料都要一一记注上去。 对于不良地质地段更应详细标明其位置和特征，因为它是决定路线方案的重要因素。

（4）初选路线方案

在镶嵌复照图上初选路线方案，相当于传统勘测设计中的路线视察，不过这是把野外地形搬到室内来做罢了。 它不但减轻了劳动强度，而且在一定程度上避免了由于视野不良而容易遗漏方案的缺点，这对于在人们难于到达的困难地点选线时尤为重要。 其具体做法是：

①根据总体规划，在图上将路线起迄点、主要控制点连接起来，这条线就是路线的大致走向。 由于控制点的选取有所不同，可能会有几条比较线出现。

②按作业草图所注航片排列编号，用立体镜逐片观察沿线细部地貌，结合地质判释、桥位选择、路线标准等修改局部方案。

③在镶嵌复照放大图上，取路线长度，主要点的高程，画出路线的准确位置，统编里程，点绘路线的概略纵断面图和有代表性的横断面图，试拉纵坡度，估计土石方数量。

④当有几条比较线时，可根据各条线的工程数量和路线标准决定取舍，初步选出最佳路线方案。

（5）现场调查核对

我国公路航测工作在现阶段由于受各种条件的限制，如因航片的摄影年代已久，地物多有变化，或者发灰模糊，所以判读难免出错。 为了使所选路线切合实际，准确可靠，现场调查核对是不可忽视的程序。 现场调查的内容是：桥涵水文调查，筑路材料调查，工程地质调查，占用土地、拆迁调查及路线附近地物、地形补充调绘等。 根据调查的实际情况，核对初选方案是否合适，必要时可作相应的修改。

（6）纸上定线

用多倍仪一般可以将航摄像片绘制成1∶5000的地形图。 用精密立体测图仪（或其他精密成图仪器）可以制成1∶2000或更大比例尺的地形图。 这些图纸经整饰晒印后即可进行纸上定线；前者可以满足初步设计之用，后者可以满足技术设计之用。 纸上定线的方法如前节所述。

实践证明，在航测地形图上做纸上定线，其中线上各点与图上地物之间的横向位置差和高程误差较用实测地形图定线为小。 原因是：做纸上定线的基本根据是等高线，而实测地形图的等高线系按插算法给出，不如航测地形图精确。 再则，在航测图上定线，可以辅以像片的立体观察，呈现在定线者眼前的，除了等高线外，还有形象逼真的地物和地貌，这是传统的测量方法所不及的。

纸上定线经现场核对、修改，在室内完成平、纵、横断面设计和各种构造物设计，计算工程数量，编制设计文件。

利用国家已有航测资料进行公路勘测设计的作业框图，如图7.22所示。

图7.22 利用国家已有航测资料进行公路勘测设计作业框图

2.定线的方法

（1）多倍仪立体模型定线

多倍仪的测图原理是利用摄影过程几何反转特性，并借助于反光立体镜，在室内通过对镜头焦距和角度的调整，恢复和摄影时一致的投影光束（即所谓的内部定向），再通过相对定向，恢复摄影瞬间相邻的摄影站上航摄仪的相对方位，即两像片的相对方位。 使同名光束对对相交，建立与实地形状相似但大大缩小了的立体模型，并利用少量控制点确定模型的大小和恢复与实地一致的方位，即所谓绝对定向，又名大地定向。 通过对该模型的量测，确定模型上各点的水平位置和高程，将中心投影的航摄像片转化为正投影的地形图。

利用多倍仪立体模型定线的方法有两种，一是直接在立体模型上定线；二是根据要求绘制一定比例的带状地形图，经过整饰、清绘、晒印、复制后，进行纸上定线工作。 从立体模型上直接定线，只要选线人员技术熟练，不但可以加快进度，而且质量可以得到保证。 但对于由多倍仪建立的光学立体模型，人要借助于立体镜才能进行详细观测，对于年纪大、富有选线经验的工程技术人员长时间观看模型，并且读高程进行定线，实践证明有一定困难，而年轻的习以为常的多倍仪作业人员，往往又缺乏选定路线的经验，不知从何着手。 因此，目前一般都采用多倍仪测制一定比例的带状地形图，进行纸上定线，其方法与一般纸上定线的方法相同。 由于多倍仪构造上的限制，只能制成1∶5000比例尺的地形图，其精度只能为方案比选和初步设计提供有用的数据。

（2）精密立体测图仪测图定线

精密立体测图仪，是以摄影过程“几何反转”为基础，直接解求空间前方交会的仪器。 可同时确定点的平面位置和高程，并直接绘制出地形图。 该仪器利用原像幅航摄负片（不需缩小片）或接触晒印的透明正片进行测图。 不但能消除航测仪畸变差的影响，而且观测过程也不需要互补色法和暗室工作。 仪器结构严密，观察放大倍数大，可提高成图精度。 有的仪器还配有电子附件，使测图工作实现了半自动或全自动化。 它适合于测制各种比例尺图，特别是测制大比例尺图更显得优越。 利用这种大比例尺地形图配合航摄像片立体镜下定线，可为技术设计提供可靠的数据和资料。

3.实地定测放线

在航测地形图纸上定线后，到实地定测放线是一项复杂、细致的工作，由于是采用航片定线，实地上没有标志，要正确将设计线放到实地，这就要求放线人员不但要具有熟练的路线勘测经验，而且要有航测基本知识，运用正确的判读及对相关位置的准确测量，才能把图上的线位放到实地。

如系采用过去国家航摄资料，由于航片摄影年代较久，部分地物、地形发生变化，一般在城郊和村庄附近变化更大，故在放线前应到现场核对，补充调绘图上已改变的地物、地形及路线附近放线时能利用的明显地物点。 关于放线的方法常用的有以下几种：

（1）用精确法（仪器法）放线

此法适用标准较高的公路测量，特别是高速公路的放线定测，当路线在航测地形图上设计好以后，并计算出路线交点纵、横坐标、转角值、交点间距离。 在放线时，将路线中线（导线）起点与路线附近国家平面控制点（三角点、导线点、埋石点、军控点）连测。 用精密仪器在实地放出第一点，中间每隔一定距离（不远于30km）及终点处再进行连测，以资核对。

此法计算理论严密，要求测量精度高，由于与国家控制点连测，根据误差要求的容许值检验，并进行平差计算，然后按照改正后的坐标点绘导线，因此误差将保证限制在一定范围，可避免导线测量的累计误差。

按放线内容不同，可分为下列两种方法：

①直接放线法。 根据国家平控点，准确放出第二点后，利用设计路线已计算好的交点坐标、交角值、交点间距离，用红外线测距仪（或J2经纬仪、钢尺）直接拨角、测距放线，如图7.23所示。

图7.23

②间接交线法。 沿设计路线附近布设主导线，主导线的起、终点和中间适当距离与国家平控点连测，经平差后计算导线坐标，并准确地展绘到航测地形图上。 找出主导线和设计路线的相互位置关系，利用导线点在实地的位置，再分别采用支距法、极坐标法或交会法在实地放出路线，如图7.24所示。

图7.24

（2）利用明显地物、地形相关位置放线法

此法简单易行、效率高、误差不积累。 在一般情况下在设计路线的两旁，总可找到一些可资利用的明显地物、地貌点，如道路交叉、房角、独立树、电杆、桥梁、河流、小山包等。 放线前带上图纸，沿线路详细辨认，将可利用的点位在图上标以记号，以便在图上量测和路线的相关位置（角度、距离），并确定使用放线的方法，如垂线法、交会法等，做到心中有数。

图纸辨认的要领是：方位和实地一致，首先搞清楚自己在图上和实地的位置，边走边判，先判实地后判图纸，从明显到次要逐步核实。 完成上述判识工作，量取或计算出线位与明显地物的关系数据，运用仪器工具即可在实地放出这些点的位置，并适当调成直线，即为路线中线位置，该法如图7.25所示。

除此之外尚有极坐标放线法、磁方位角放线法等。 放线者应因地制宜，因线而异，在保证精度下灵活运用上述各种方法。

4.影像地图在定线中的运用

立体光学模型虽然有形象逼真的优点，但它毕竟是要有“光”才能有“像”，欲将所定路线送交有关部门审批或请专家评议都得重新挂灯在暗室中进行。 加之在模型上量测高程或用测绘器“卡”导向线，操作起来也不十分方便，故多倍仪定线的使用也就受到一定的限制。

图7.25

影像地图在一定程度上弥补了这些缺点。 在影像地图上，既有在摄影时记录下来的全部地物地貌信息，又有用等高线表示的高程，为纸上定线提供了较好的条件。

影像地图的制作常采用以下两种方案：

一种方案是，先用带有正射投影装置的立体测图仪制作正射投影像片，然后将已定向好的立体像对按常规办法绘制等高线图，将正射像片和等高线图套印，即制成正射影像地图。 另一种方案是，在立体测图仪上对立体像对定向后，在其中一张像片上描绘等高线，然后根据绘有等高线的像片利用立体测图仪和正射投影仪一次制成正射投影图。

在利用国家已有的航测资料进行公路定线的若干方法中，正射影像地图是比较理想的一种，但它要求有一定的设备，成本也较高，在条件还不完全具备时，可与测绘部门合作进行。