航空攝影技術在呼倫湖流域生態綜合治理中的應用研究

摘要：航空攝影技術是影像數據獲取的主要手段之一，可用于3D產品的生產。本文利用航空攝影技術獲取呼倫湖流域真彩色影像數據，并用于生產1∶10000比例尺3D產品，通過影像解譯實現了對呼倫湖流域自然資源地表信息的監測，是呼倫湖流域國家級自然保護區生態與環境綜合治理的重要數據來源，為自治區生態環境變化監測提供了基礎數據。

關鍵詞：航空攝影；真彩色影像；影像解譯；生態監測

1.引言

黨的十九大報告要求加快生態文明體制改革，建設美麗中國，強調推進綠色發展。為促進自治區生態優先綠色發展，推進“一湖兩海”生態綜合治理，內蒙古自治區航空遙感測繪院于2017年開展了呼倫湖流域國家級自然保護區生態與環境綜合治理航空遙感影像獲取工作，為呼倫湖流域國家級自然保護區生態與環境綜合治理提供了基礎數據，為自治區生態文明建設與變化監測提供了技術手段。

呼倫湖是我國第四大淡水湖、北方第一大湖，被譽為“草原之腎”，在調節氣候、涵養水源、防止荒漠化及維系周邊草原生態平衡等方面具有極其重要的生態功能。航空攝影是基礎地理信息數據的主要獲取手段之一，是通過使用大幅面框幅式數字航攝儀，搭載通用航空飛行平臺，按設計的航跡飛行作業，采用定點曝光的模式，可快速獲取高分辨率真彩色影像數據，結合IMU/GNSS輔助航空攝影測量技術，可極大地減少外業相片控制點的數量，提高了后期作業效率，節約了生產成本。

獲取的呼倫湖流域影像數據，是環境綜合治理的基礎地理信息數據，實現了呼倫湖流域自然信息地物的詳細獲取，為后續的環境評價提供了基礎數據。通過對影像解譯，以期得到針對性地治理，使得呼倫湖周邊地區的生態環境將發揮更好的調節作用，為更多野生動物創造優越的棲息、繁衍條件，為當地發展畜牧業生產和漁業生產提供良好的物質基礎，是自治區生態優先綠色發展的重要體現。

2.項目概況和要求

呼倫湖流域攝區位于內蒙古自治區呼倫貝爾市西部，南靠新巴爾虎右旗，北臨滿洲里市，地形西高東低基本為丘陵地，屬于北方溫帶半干旱區，氣候寒冷干燥，冬長夏短，適宜進行航空攝影的季節為5月～11月。

攝區位于東經116°45′00″～118°30′00″，北緯49°00′00″～49°20′00″之間，攝區面積4731.22km2，要求使用IMU/GNSS輔助航空攝影技術獲取真彩色數字影像數據，地面分辨率優于0.5m，滿足1∶10000成圖比例尺精度要求。攝區技術指標見表1。

影像成果采用Tiff格式，POS數據采用TXT格式，2000國家大地坐標系，大地高系統。

3.航空攝影技術方案

3.1技術路線

航空攝影分為五個階段，分別為設計階段、飛行階段、數據處理階段、質量檢查階段和驗收階段。技術路線流程如圖1所示。

在設計階段，需要掌握航攝區域的地形地貌、氣候、機場位置等情況，確定航攝區域的基準面，以此判斷攝區是否分區，根據航攝儀設計相對航高，從而確定攝區的絕對航高，根據攝區的面積、位置走向設計航攝的飛行方向、航線數、航片數，編寫技術設計書報專家評審。

飛行階段期間，根據項目要求準備航攝儀，聯系通用航空公司，上報飛行計劃，辦理機場入場證。飛機調運至機場后，安裝航攝儀并進行地面調試。選擇天氣晴好日進行航空攝影作業，每飛完一個架次，要及時將影像提交數據處理人員，根據數據處理結果確定是否需要補飛。

數據處理期間，要將原始數據從0級處理到2級，檢查數據質量，將涉及質量問題需補飛的影像以及航線號及時反饋給飛行作業人員，將數據從2級處理到3級，制作相片索引圖，進行POS數據聯合解算。

質量檢查階段，需對航空攝影全部成果的飛行質量、影像質量、附件質量、文檔資料等進行全數檢查，檢查合格后編制質量檢查報告。

驗收階段，由技術負責人向驗收評委會做項目驗收匯報，最后由驗收評委會出具驗收文件。

3.2軟硬件配置

使用的軟件包括飛行計劃設計軟件Trackair，飛行控制軟件Snapshot，POS數據記錄軟件POS AV510，POS數據處理軟件POSPac MMS，影像數據處理軟件UltraMap，影像勻色軟件Worldview等。

航攝儀選用微軟公司新一代超大幅面、高集成度的數字航攝儀UltraCam Eagle（UCE），鏡頭編號70617114，技術參數見表2。

項目選用北大荒通用航空有限公司空中國王C90GTi飛機（編號B-9791），從海拉爾東山機場起降，飛機飛行升限9000米，航程可以達到1800千米，適合本攝區作業。

3.3航攝因子計算

根據呼倫湖流域攝區的地形情況，結合UCE數字航攝儀的各項參數和空中國王C90飛機性能，并參考當地氣象情況，設定本攝區地面分辨率為0.4m。按照規范要求，航向覆蓋超出攝區邊界線不少于兩條基線，旁向覆蓋超出攝區邊界線不少于像幅的30%，設定航向重疊度為65%，旁向重疊度為33%。

相對航高由如下公式計算：

絕對航高為相對航高與基準面高程之和。本攝區絕對航高為6800m。

攝區航線敷設情況如圖2所示。

4.航空攝影成果

本項目獲取了4731.22km2真彩色影像數據，共600張影像，可覆蓋224幅1∶10000地形圖范圍，累計飛行3架次約12h。獲取的數據影像清晰、層次豐富、反差適中、色彩均勻、覆蓋完整。

成果主要包括數字航空攝影真彩色影像數據、真彩色相片數據、瀏覽影像數據、相片索引圖、相片中心點坐標數據、航攝相片和航攝文檔資料等。影像數據采用Tiff格式，相片幅面尺寸高20cm，寬13cm，四周側邊距5mm。數據成果和文檔資料整理參照GB/T 27920.1-2011《數字航空攝影規范》的相關要求，數據成果以硬盤存儲，文檔資料裝訂成冊。真彩色影像示例數據見圖3。

5.成果應用研究

5.1為呼倫湖周邊草原生態保護與建設提供技術手段

呼倫湖周邊草原生態保護與建設包括草地退化治理、環湖及周邊沙化土地治理、保護區生態移民三個方面內容。本攝區獲取的呼倫湖流域的真彩色影像數據，制作生產數字正射影像圖后，可直觀地對圖像進行目標地物識別和解譯，對草地退化區域和沙土治理區域準確識別、移民區域的選址提供了可視化的技術手段。為實現到2030年保護與建設退化草地面積20206km2，治理湖區周邊437333.33公頃（656萬畝）沙化土地、完成新巴爾虎左旗北部沙帶綜合治理面積62000公頃（93萬畝）提供準確、精細的地理信息數據保障。

5.2為加快呼倫湖流域濕地保護與恢復提供數據支撐

加快濕地保護與恢復工作，涉及河湖生態治理工作和濕地建設與恢復兩個方面。航空攝影影像數據的近紅外波段，能夠很好地識別需要治理的水域區域，在此基礎上，結合水下地形測量工作，完成對600km圍欄建設、淤積疏浚清方、干涸濕地與主湖區水體聯通的建設，為功能性濕地建設和湖濱緩沖帶濕地植被建設提供可視化的技術手段。

5.3為完善流域水資源配置提供基礎服務

航空攝影獲取的真彩色影像，通過空中三角測量等技術可以獲取該區域的地形數據和數字正射影像圖，可為工程選址和項目施工提供最基礎的數據服務。同時，河湖整治的重點治理選取、動態監測等工作都可以用航空攝影測量數據為客觀數據來源進行分析，利用近紅外波段分析植被覆蓋情況，精準的實施牧草地節水灌溉工程建設。

5.4為環境污染整治提供分析方法

獲取的影像數據可以提供地理信息空間分析方法的數據基礎，以疊加分析、緩沖區分析、連通性分析等技術手段，對各項治理工程的選址、監測等提供技術方法，在生活污水治理、工業污水治理、牲畜糞便污染治理、露天礦地質環境治理以及旅游景區環境綜合整治發揮重要的作用。

5.5為加快流域產業結構轉型升級保駕護航

產業結構轉型升級支持生態旅游產業發展，因此在星級廁所建設方面，既要滿足游客的使用方便，又要盡可能減小對環境景觀的影響。利用本項目影像成果可以通過地形分析的技術方法作為輔助手段，在兩種需求中間尋找平衡點，同時通過對該流域的定期航拍，可以動態監測畜牧業發展規模。

5.6為保護區管護能力建設提供技術保障

管護能力建設要求建成保護區監控系統及數字化平臺，航空攝影的成果可為該平臺提供基礎的地理底圖數據，實現將文字化資料向圖形化表達的轉變。同時，影像的各類地物清晰可見，這就為執法人員檢查提供了原始的證據和數據依據。以影像數據為支撐，疊加各類環保專題數據，分析實地生態效益補償點，開展野生動物救護、防火巡護等工作。

6.結論

（1）本項目主要服務于基礎地理信息數據更新，影像清晰，層次分明，影像數據色彩良好。POS數據精度高，經過飛行質量因子計算，各項質量參數均滿足要求，為各級政府規劃、國情監測和應急保障等提供重要的數據資源。（2）項目位于北部戰區管轄范圍內，攝區周邊軍事設施較多，協調難度較大。通過多年的努力與實踐，我院已形成較為完善地測繪航空攝影工作方案，從空域申請、技術設計、協調保障、航空攝影、數據處理、質量檢查等一系列的工作流程，通過不斷的學習與摸索，形成一定的作業方法，在自治區境內執行航空攝影任務具有一定優勢。（3）項目采用IMU/GNSS輔助航空攝影，利用直接獲取的POS數據與攝區范圍內及周邊的CORS站、地面基準站進行聯合解算，得到高精度的POS成果，極大地提高攝影測量作業效率和空三精度。（4）實現了呼倫湖流域航空遙感影像數據的獲取，為環境保護和生態文明建設提供重要的基礎數據，為推動綠色發展提供了技術支撐，是自治區生態環境變化監測的重要數據來源。

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