航空攝影測(cè)量新技術(shù)探討

■魏益友，黃雪琴，劉韋華 ■江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì)，江西 南昌 330001

1 概述

自上世紀(jì)八十年代初起，我國(guó)各大中型城市陸續(xù)開展了利用航空攝影測(cè)量技術(shù)生成城市大比例尺地形圖的應(yīng)用。隨著新技術(shù)的普及隨之而來的是各城市大中型測(cè)繪單位陸續(xù)組建航測(cè)機(jī)構(gòu)用以開展航空攝影測(cè)量以及遙感等方面的業(yè)務(wù)，技術(shù)的推動(dòng)也帶來了與之相關(guān)的高新技術(shù)不斷的投入。下面就幾種典型的新技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用做個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。

2 航空攝影測(cè)量新技術(shù)探討

(1)GPS 技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的空中三角測(cè)量采用航空攝影、野外測(cè)量分布于特定位置上的地面控制點(diǎn)，以地面控制點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行最小二乘平差以確定地面目標(biāo)的空間位置的作業(yè)方式，這種方式周期長(zhǎng)、成本高、自動(dòng)化程度低。采用GPS 輔助空中三角測(cè)量中的導(dǎo)航與定位是利用裝置于飛機(jī)和地面基準(zhǔn)站上的GPS 接收機(jī)精確測(cè)定攝影曝光瞬間航攝儀物鏡中心位置，將其視為觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，進(jìn)行內(nèi)業(yè)加密，這樣可以大大減少地面控制點(diǎn)的數(shù)量。

(2)機(jī)載激光掃描技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

上世紀(jì)九十年代后期機(jī)載激光掃描技術(shù)開始逐步興起，概括來說它就是將激光測(cè)距儀與GPS 定位技術(shù)相結(jié)合快速獲取地面地物高精度三維坐標(biāo)的一種技術(shù)。相對(duì)傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)而言他具有高精度且所測(cè)繪范圍更廣個(gè)優(yōu)勢(shì)。利用該技術(shù)可以生成大范圍地形測(cè)圖以及進(jìn)行大型工程建設(shè)場(chǎng)地測(cè)繪。由于他采用非接觸方法直接獲取三維高精度坐標(biāo)能克服傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)操作過程中的局限性，能很方便的對(duì)任意物體進(jìn)行掃描，幾乎沒有空間時(shí)間的限制，能很快速的將現(xiàn)實(shí)地物信息轉(zhuǎn)換為能處理的影像數(shù)據(jù)。其高效、高精度、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在使用中能大大節(jié)約時(shí)間成本及資金成本，因而得到了普遍的應(yīng)用。

機(jī)載激光掃描測(cè)量技術(shù)在工程與環(huán)境檢測(cè)及城市建設(shè)等各方面均有十分成功的案例:譬如大比例尺地形圖繪制、地災(zāi)評(píng)估、地面斷面圖、建筑物立體施工、變形監(jiān)測(cè)、3D 城市模型建立等。

(3)機(jī)載側(cè)視雷達(dá)技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

機(jī)載側(cè)視雷達(dá)是在飛機(jī)向前飛行時(shí)，利用裝于飛機(jī)機(jī)身兩側(cè)或下方的天線來掃描飛機(jī)下方兩側(cè)的帶狀地面，從而進(jìn)行高分辨率地形測(cè)繪。采用合成孔徑成像，能實(shí)現(xiàn)真實(shí)孔徑雷達(dá)圖形的實(shí)時(shí)數(shù)字處理劑移動(dòng)式TV 顯示。

側(cè)視雷達(dá)工作時(shí)間不受限，成像分辨率高影像清晰、拍攝范圍覆蓋面積大，能快速提供信息、拍攝過程不易受到干擾且具有分辨固定物體以及活動(dòng)目標(biāo)的能力，將飛行中連續(xù)拍攝照片拼接起來加以修正即可生成大面積地形圖。該技術(shù)在農(nóng)林業(yè)、資源環(huán)境保護(hù)、地勘等方面己得到普遍的應(yīng)用。

機(jī)載星載SAR 主要應(yīng)用于地形立體測(cè)繪，他通過雷達(dá)圖像來提取有關(guān)地形信息，另外雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)—InSAR 則是基于同軌或異軌雷達(dá)圖像立體測(cè)量之外的另一種新技術(shù)，通過它可生成數(shù)字高程模型(DEM)。

雷達(dá)測(cè)量技術(shù)主要應(yīng)用于監(jiān)測(cè)地殼形變、海面洋流監(jiān)測(cè)、土地利用變化監(jiān)測(cè)及艦船的跟蹤監(jiān)測(cè)等。

(4)低空遙感系統(tǒng)技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

低空遙感更多采用無人機(jī)方式進(jìn)行拍攝，成本相對(duì)低廉一些，通常情況不需要申請(qǐng)空域使用，飛行高度處于國(guó)家允許范圍以內(nèi)。能快速對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)以及獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)，特別是在救災(zāi)等方面能夠快速進(jìn)行災(zāi)害情況勘探。但是在航行過程中因?yàn)槌休d能力有限，拍攝設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉，對(duì)數(shù)據(jù)定位精度不高，通常將它作為常規(guī)航空攝影及衛(wèi)星遙感的補(bǔ)允手段。

無人飛行器航空系統(tǒng)就是利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務(wù)的飛行器，指不搭載操作人員的一種動(dòng)力空中飛行器，采用空氣動(dòng)力為飛行器提供所需的升力，能夠自動(dòng)飛行或遠(yuǎn)程引導(dǎo)。超輕型飛行器航攝系統(tǒng)則是采用2000 萬像素以上框幅式數(shù)碼相機(jī)的有人駕駛輕型固定翼飛機(jī)、動(dòng)力滑翔傘、直升機(jī)等平臺(tái)進(jìn)行航空攝影的系統(tǒng)。無人駕駛低空遙感系統(tǒng)則是由飛行器平臺(tái)系統(tǒng)、小型多功能觀測(cè)傳感器系統(tǒng)、測(cè)控及信息傳輸分系統(tǒng)、地面實(shí)驗(yàn)處理與加工系統(tǒng)、遙感空基交互控制系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)組成，在低平原地區(qū)應(yīng)用較多，多應(yīng)用于我國(guó)北方地區(qū)，但是其成果精度不高，適用于低精度要求的影像拼接、災(zāi)害應(yīng)急、規(guī)劃等。在我國(guó)山地平原地區(qū)等都有較多應(yīng)用實(shí)例。

(5)定位定姿系統(tǒng)技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

定位定姿系統(tǒng)(position and orientation，POS)利用設(shè)在地面上的一個(gè)或多個(gè)基站上的GPS 接收機(jī)和裝在飛機(jī)上的GPS 接收機(jī)同步連續(xù)觀測(cè)GPS 衛(wèi)星信號(hào)，采用差分GPS 定位(DUPS)技術(shù)精密定位，利用慣性測(cè)量裝置(IMU)來感測(cè)飛機(jī)或其他載體的加速度進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量，通過積分運(yùn)算獲取載體的速度和姿態(tài)信息。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)幾種常見的航空攝影技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，梳理出各種技術(shù)在攝影測(cè)量中的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工作中我們有必要針對(duì)測(cè)區(qū)實(shí)地情況來選取合適的技術(shù)進(jìn)行影像獲取，以提高整體作業(yè)效率，提升影像質(zhì)量。隨著現(xiàn)代攝影技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，還會(huì)有更多新興技術(shù)出現(xiàn)，必將為我們的航空攝影測(cè)量事業(yè)帶來前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)!

［1］何繼崢，楊朝輝.基于航空攝影測(cè)量的數(shù)字化測(cè)圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(23).

［2］王厚生.GIS、影像、三維集成系統(tǒng)［D］.北京工業(yè)大學(xué)，2000.

［3］張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量［J］.城市勘測(cè)，1996(01).

［4］彭永超.低空攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與誤差分析［J］.物探裝備，2008(02).