航空攝影中的新技術應用

李琴

摘要：隨著我國信息化科學技術的迅速發(fā)展，測繪學科也跟著不斷進步與發(fā)展，航空攝影測量領域向著信息化發(fā)展，給我國城市規(guī)劃、國土測量等各個方面帶來了新的測量技術革命。本文主要研究GPS、機載激光掃描技術、機載側視雷達技術、低空遙感系統(tǒng)以及定位定姿態(tài)系統(tǒng)五種先進技術在航空攝影領域的應用。

關鍵詞：航空攝影；GPS；機載激光掃描；機載側視雷達；低空遙感系統(tǒng)；定位定姿態(tài)系統(tǒng)

1、GPS在空中攝影中的應用

GPS測量技術在航空攝影測量中，一方面可以利用來開展航空攝影飛行的導航，另一方面可以利用來開展空三加密的應用。

對于航空攝影飛行的導航應用，GPS保證航空攝影的飛機在航拍的過程中按照航空攝影的設計路線飛行。只有按照計劃開展航攝外業(yè)工作，航攝獲取的航片才能滿足航攝對應的行高、航攝比例尺基本要求，最終航片的旁向重疊度以及航向重疊度才能滿足后續(xù)航攝數(shù)據(jù)處理的要求。

對于空三加密的應用，GPS首先可以提供地面的控制測量工作，例如地面控制點的GPS外業(yè)靜態(tài)控制測量工作，獲取足夠數(shù)量的地面控制點坐標，從而滿足攝影測量內(nèi)業(yè)加密的要求。除此之外，航攝飛機上安裝GPS，伴隨著飛機的飛行，每個航攝照片獲取的瞬間，對應一個具體GPS動態(tài)坐標，此坐標即可確定該航片航攝儀物鏡中心的坐標，解決外方位元素中的三個線元素，此方法有助于大大減少在航片解算中地面控制點的個數(shù)。

2、機載激光掃描技術的應用

機載激光掃描技術，它是利用航攝飛機作為載體，將機載激光掃描儀安裝掛載于飛機上，當飛機飛過某片區(qū)域，掃描儀即可獲得飛機飛過區(qū)域下方地面的激光點云數(shù)據(jù)。

該技術方法與傳統(tǒng)攝影測量利用航測相機通過航攝理論解算地面點坐標的理論方法相比較，它克服了相機對天氣光線等客觀條件的依賴。傳統(tǒng)的航攝相機，只有光線充足的白天，才能獲取優(yōu)質的航片，開展航攝工作。而機載激光掃描技術，不僅白天，而且在黑暗的夜晚，也能開始測量工作。激光掃描儀，通過發(fā)射激光，激光點遇到地面或者房屋等障礙物，激光反射被接收，該方法獲取的直接是點的坐標，避免了航測理論解算的原理，使用更加方便。

在大范圍的數(shù)字測繪產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，尤其是DEM、DSM、三維模型重建的獲取，該方法具有極大的優(yōu)勢。掛載激光掃描儀的飛機飛過區(qū)域，獲取一定密度的該區(qū)域的地面機載激光點云數(shù)據(jù)，通過后處理軟件，可以對點云數(shù)據(jù)進行分類，其中地面點云數(shù)據(jù)即可自動構建成為該區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)。在DEM數(shù)據(jù)的基礎上，結合地面建筑物的點云數(shù)據(jù)、機載激光掃描儀同步的相片數(shù)據(jù)，即可獲取DSM數(shù)據(jù)以及三維模型重建的效果。

3、機載側視雷達技術的應用

機載側視雷達技術，與機載激光掃描技術類似，同樣使用飛機作為載體，但掛載的數(shù)據(jù)采集設備不同，原理也完全不一樣。機載側視雷達，用一個小天線沿飛行方向作直線運動，在運動每相隔一段距離發(fā)射一束微波信號，同時接受地面反射回的微波信號，記錄信號的振幅和相位信息。在獲取飛機的瞬間位置和時間的前提下，對獲取的微波信號進行補償，從而獲取信號發(fā)射瞬間，信號發(fā)射中心的位置。在此基礎上，對微波信號進行處理，獲取地面點雷達視線方向上的距離，從而獲取地形信息。

對于機載側視雷達數(shù)據(jù)處理，基本流程包括：（1）主輔影像輸入，（2）影像配準，（3）干涉成像，（4）基線估算，（5）去平地效應，（6）噪聲濾除，（7）相位解纏，（8）高程計算。在數(shù)據(jù)處理的過程中，存在許多關鍵問題，例如復數(shù)影像的高精度自動配準、去相關所引起的相位噪聲、相位解纏等，解決好這些問題，才能獲得正確的解算結果。

該技術方法對應的應用領域不斷擴展，目前應用比較活躍的應用領域主要包括以下幾個方面：（1）地形測繪。具體包括影像自動提取DEM、地物特征的提取與識別。（2）城市目標顯示和城市形態(tài)分析，顯示城市地區(qū)的豐富信息，如街道和建筑物結構及走向在影像上的特征。（3）海洋表面狀態(tài)，海洋洋流、鋒面以及船只的監(jiān)測。4）地表形變監(jiān)測，檢測出地表微小形變，例如地震、滑坡、城市地下水抽取引起的沉降問題等。

4、低空遙感系統(tǒng)的應用

低空遙感系統(tǒng)是一種機動性高、成本低、小型化的專用化遙感系統(tǒng)。它包括超輕型飛行航空攝影系統(tǒng)和無人機航空攝影系統(tǒng)。

近年來，無人機的機械結構穩(wěn)定性加強、圖像處理技術成熟、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、樣式多樣化，無人機及相關軟件如雨后春筍般，我國無人機應用得到極大推廣。無人機通過掛載非量測型相機進行航拍，獲取航片，通過后處理的方法獲取非量測相機的內(nèi)方位元素，采用類似傳統(tǒng)機載、星載航拍的航攝理論，對數(shù)據(jù)進行處理，能夠很快得到所需區(qū)域的4D產(chǎn)品。相比于傳統(tǒng)星載、機載航拍，無人機技術的使用更加靈活，能夠隨時對所需區(qū)域進行拍攝，另外，費用也相對低廉。

從技術角度來分，無人機包括無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機；從應用領域來分，包括軍用和民用兩大部分；從行業(yè)應用來分，包括國土測繪、地質勘察、電力巡線、環(huán)境監(jiān)察、農(nóng)業(yè)植保、應急救災、森林防火、視頻錄制、快遞行業(yè)等。

5、定位定姿系統(tǒng)的應用

定位定姿系統(tǒng)是高精度位置系統(tǒng)與高精度姿態(tài)測量系統(tǒng)的組合。該系統(tǒng)主要由慣性導航測量單元（IMU）、高動態(tài)的GPS測量設備、計算機系統(tǒng)三大部分組成。其中高精度位置系統(tǒng)，是利用高動態(tài)的GPS數(shù)據(jù)，與地面靜態(tài)基站GPS數(shù)據(jù)作差分計算，并融合IMU的數(shù)據(jù)，最終計算獲取高精度的位置坐標數(shù)據(jù)信息。一般在定位定姿系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程中，與它配套使用的的地面基站GPS，在該系統(tǒng)正常開始作業(yè)之前，地面基站GPS已經(jīng)開始數(shù)據(jù)采集，在該系統(tǒng)正常結束作業(yè)之后，地面基站才能結束數(shù)據(jù)采集，即滿足基站數(shù)據(jù)要在該系統(tǒng)開始之前開始，在該系統(tǒng)結束之后結束。高精度姿態(tài)測量系統(tǒng)，是利用IMU的三個陀螺儀和三個加速度計，最終獲取高精度的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)信息。

定位定姿系統(tǒng)，在獲取位置坐標信息的同時，獲得了姿態(tài)角度信息，為每張像片拍攝瞬間提供了外方位元素，推動了航空攝影測量領域的快速前進。

參考文獻：

[1] 陳曉. 航空攝影測量新技術的應用與發(fā)展[J]. 城市地理， 2015（10）

[2] 史先領. 遙感及航空攝影測量中的新技術探討[J]. 北京測繪， 2014（04）

[3] 吳家強. GPS在航空攝影輔助空三測量中的應用探討[J]. 信息技術， 2012（11）

[4] 楊成、白石. POS系統(tǒng)及其在航空攝影中的應用[J]. 長江科學院院報. 2013，30（02）：76-78，83

[5] 國家測繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導中心.注冊測繪師資格考試輔導教材—測繪綜合能力[M]. 北京：測繪出版社，2012