芻議城市航空攝影測(cè)量的發(fā)展與應(yīng)用

【摘 要】隨著航測(cè)成圖技術(shù)在城市大比例尺地形圖測(cè)繪中的快速推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的測(cè)繪方法發(fā)生了根本性變革，并且已經(jīng)逐漸被數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)取代。筆者基于多年工作經(jīng)驗(yàn)，回顧過(guò)去，展望未來(lái)，對(duì)城市航空攝影測(cè)量的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和展望，以期為同行工作者提供實(shí)際的參考價(jià)值和借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】航空攝影測(cè)量 城市 數(shù)字化 回顧與展望

近年來(lái)由于改革開(kāi)放的持續(xù)深入，我國(guó)城市發(fā)展進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期，城市信息化建設(shè)也因此迫切需要越來(lái)越多的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，伴隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，城市航測(cè)經(jīng)歷了“模擬——解析——數(shù)字”的發(fā)展進(jìn)程，基本完成了向數(shù)字測(cè)繪時(shí)代的跨越，并正在積極的朝著信息化測(cè)繪時(shí)代邁進(jìn)。自20世紀(jì)80年代“城市航空攝影測(cè)量經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”召開(kāi)至今，我國(guó)城市航空攝影測(cè)量的發(fā)展走過(guò)了一段不平凡的歷程，航測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于全國(guó)大多數(shù)城市的大比例尺地形圖的測(cè)繪中，業(yè)已成為城市大比例尺成圖及更新的主要方法。

一、航空攝影測(cè)量概述

航空攝影測(cè)量（Aerial Photogrammetry）是指在飛機(jī)上裝載專門(mén)的攝影機(jī)對(duì)地面連續(xù)攝影而獲得像片，獲取地面信息，測(cè)繪地形圖，主要是根據(jù)航攝的像片研究和確定地物的形狀、大小、位置、屬性等相互關(guān)系的一種技術(shù)。攝影測(cè)量一般沿航線，每隔一定的時(shí)間段就要在野外實(shí)地測(cè)量相應(yīng)數(shù)量的平高控制點(diǎn)（控制點(diǎn)間隔根據(jù)地形類(lèi)別及地形圖的比例尺而定）。航空攝影測(cè)量的基本原理是中心投影的透視變換或幾何反轉(zhuǎn)。與模擬攝影測(cè)量法相比，解析法精度高、速度快、限制少，而且對(duì)各種物理因素和地球曲率的影響引起的像點(diǎn)畸變等都可以用計(jì)算的方法給予糾正，從而提高加密精度，大大減少了控制點(diǎn)的外測(cè)工作。

二、城市地形圖的主要成圖方式——大比例尺航測(cè)成圖

作為城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的主要空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，大比例尺地形圖在城市規(guī)劃管理、可持續(xù)發(fā)展研究、交通、社會(huì)與公眾服務(wù)等眾多領(lǐng)域都有著十分重要的作用。大比例尺航測(cè)成圖作為城市基本地形圖成圖的主要方式，其精度要求高，長(zhǎng)期以來(lái)都是通過(guò)平板儀、經(jīng)緯儀配合小平板儀的作業(yè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種傳統(tǒng)的成圖方法因其勞動(dòng)強(qiáng)度大，成圖周期長(zhǎng)，成本居高不下等特點(diǎn)，所以不能滿足城市建設(shè)發(fā)展與城市規(guī)劃、管理的需要。1987年5月，城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部在杭州市就城市大比例尺航測(cè)成圖及其設(shè)備配套問(wèn)題舉行了技術(shù)論證會(huì)。參會(huì)人員從不同角度將城市大比例尺航測(cè)成圖法與傳統(tǒng)的成圖方法進(jìn)行比較后一致認(rèn)為：城市大比例尺航測(cè)成圖是城市基本地形圖測(cè)繪的主要手段。為了加快城市大比例尺地形圖的成圖和更新，與會(huì)專家認(rèn)為根據(jù)航測(cè)綜合法的基本原理而形成的“解析綜合法”、“數(shù)字解析法”、“樁點(diǎn)透刻法”等3種方法符合當(dāng)時(shí)國(guó)情和城市測(cè)繪部門(mén)的現(xiàn)實(shí)條件，是一種行之有效的方法。

三、城市航測(cè)的重要過(guò)渡階段——航測(cè)計(jì)算機(jī)輔助成圖技術(shù)

航測(cè)計(jì)算機(jī)輔助成圖技術(shù)是城市航空攝影測(cè)量由模擬、解析向數(shù)字化方向發(fā)展的重要階段。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)都處于模擬攝影測(cè)量時(shí)期，在這一漫長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期，城市航空攝影測(cè)量基本上都是依賴于非常昂貴的精密立體測(cè)圖儀，而國(guó)家經(jīng)費(fèi)有限的投入致使我國(guó)城市測(cè)繪部門(mén)擁有的立體測(cè)圖儀數(shù)量極少。上個(gè)世紀(jì)八九十年代城市規(guī)劃、建設(shè)和土地管理及其各相關(guān)專業(yè)由于CAD技術(shù)的應(yīng)用需要數(shù)字化地圖，在這一背景下若依然用精密立體測(cè)圖儀單純生產(chǎn)線劃地形圖則會(huì)大幅度增加工作量，所以這一時(shí)期各城市測(cè)繪部門(mén)紛紛對(duì)已有模擬儀器進(jìn)行技術(shù)改造，增加了計(jì)算機(jī)輔助成圖技術(shù)，大大提高了測(cè)圖效率，并使產(chǎn)品具有線劃與數(shù)字兩種形式，可以直接進(jìn)入地理信息庫(kù)而形成機(jī)助成圖系統(tǒng)，成為當(dāng)時(shí)城市航空攝影測(cè)量的主要技術(shù)手段。

四、城市航測(cè)的現(xiàn)代化——數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量

現(xiàn)階段我國(guó)進(jìn)入了信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均取得了高速發(fā)展，并在測(cè)繪技術(shù)上得以廣泛的應(yīng)用，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量也成為基礎(chǔ)地理信息獲取和快速更新的重要數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)除了勝任解析測(cè)圖儀的一切功能外，還具有諸如圖像識(shí)別、影像的比較分析、任意方式的糾正和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，以測(cè)繪常規(guī)地形圖為主的城市航測(cè)成圖將全面轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn) GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)建立和更新。由于有了良好的經(jīng)濟(jì)支撐，當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些大、中城市測(cè)繪部門(mén)在配置上述兩類(lèi)型數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的同時(shí)購(gòu)置高精度影像掃描儀及圖形輸出設(shè)備，從而形成了較為完善的城市大比例尺航測(cè)數(shù)字產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模和能力。

五、城市航空攝影測(cè)量的展望——數(shù)字城市建設(shè)

利用高分辨率CCD相機(jī)所攝傾斜影像，根據(jù)建筑物的幾何條件與約束條件，按透視變換原理直接獲取等主距的平行影像進(jìn)而獲取建筑物立面影像的方法，隨后依最少的地面控制，將平行影像放大到給定比例尺的數(shù)字城市中，該法不受建筑物高低的影響，可大大加快車(chē)載系統(tǒng)大比例尺建筑物立面影像的獲取過(guò)程，可用于機(jī)載、固定和人工作業(yè)多種測(cè)量模式，解決了航空攝影測(cè)量的“盲區(qū)”，將成為數(shù)字城市建設(shè)的核心技術(shù)之一。目前數(shù)碼航空攝影已經(jīng)在我國(guó)一些城市開(kāi)展了技術(shù)實(shí)踐，該技術(shù)不同于常規(guī)航攝作業(yè)的冗長(zhǎng)工序，可以在航攝期間直接將影像數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)航測(cè)作業(yè)的全程數(shù)字化。研究和實(shí)踐的逐步深入加快了技術(shù)完善的步伐，城市航測(cè)界對(duì)此應(yīng)給予高度重視。此外，我國(guó)自主研發(fā)的高分辨率遙感衛(wèi)星已投入應(yīng)用并獲取了大量對(duì)地觀測(cè)的影像，今后我國(guó)還有繼續(xù)研發(fā)更高分辨率衛(wèi)星的計(jì)劃，其所獲取的影像也將迎來(lái)更大的應(yīng)用市場(chǎng)，這應(yīng)引起城市測(cè)繪部門(mén)的密切關(guān)注，同時(shí)想辦法從根本上改變完全依賴航空攝影生產(chǎn)地形圖的手段。

總之，隨著數(shù)字城市建設(shè)的興起和GPS、GIS技術(shù)應(yīng)用的逐步深入，城市快速發(fā)展對(duì)城市基本地形圖的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。回顧城市航空攝影測(cè)量的發(fā)展進(jìn)程，展望未來(lái)城市航測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)謀劃、布局今后城市航測(cè)的發(fā)展，探索其發(fā)展規(guī)律，以新的思路和對(duì)策迎接新時(shí)代的挑戰(zhàn)具有重要的意義。

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