航空攝影測量在GIS數(shù)據(jù)采集中的應用

蘇 亮

（蒼穹數(shù)碼技術股份有限公司，北京 100176）

地理信息系統(tǒng)是面向地理信息、環(huán)境資源等的分析管理系統(tǒng)，指分析處理地理信息數(shù)據(jù)的計算機技術系統(tǒng)，該系統(tǒng)注重其對地理信息數(shù)據(jù)的管理能力和分析能力，該系統(tǒng)需要計算機硬件和軟件的支持，是一種空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是一種建立在計算機系統(tǒng)基礎上的地理信息系統(tǒng)工具，可以對空間信息進行分析和處理。例如在現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)基礎上，增加新的分析功能、管理功能，或重新開發(fā)一個新的地理信息系統(tǒng)、利用現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)工具解決一定的技術問題。將航空攝影測量應用于GIS中，能夠提高GIS中單個信息的處理和分析能力。地理信息數(shù)據(jù)可以更快地被發(fā)現(xiàn)，以便快速地得到更完美的地理分析結果，滿足用戶的需求。航空攝影測量與GIS技術還可應用于相關資源管理、旅游道路規(guī)劃、鄉(xiāng)村土地利用管理、城市鄉(xiāng)村相關開發(fā)規(guī)劃等方面。例如，地理信息系統(tǒng)（GIS）可以在規(guī)劃建設、車輛停放位置、道路規(guī)劃、小區(qū)綠地面積等方面進行規(guī)劃，使城市布局更合理。

1 GIS與航空攝影測量

1.1 航空攝影測量的簡介

航空攝影測量是把拍攝用的航拍儀器安裝在飛機上，讓航拍儀器不斷拍照取相，儀器制圖通過地面控制點測量、制圖和立體制圖完成。利用攝影影像提供的信息測量計算目標物的具體形狀、尺寸、相對空間位置、性質和相互關系的信息科學技術。攝影測量地物，除建立坐標系定量描述像點和地面點的空間位置外，還需要建立物體和相片之間的數(shù)學關系，才可實現(xiàn)攝影測量的目的。應確定攝影物鏡與相片在航空攝影瞬間在地面設定的空間坐標系中的相對位置和姿態(tài)。為了表述方向和位置關系的參數(shù)，將其定義為相片的方位元素?？罩袛z影測量既需要戶外測量，又需要室內進行數(shù)據(jù)加工處理，戶外使用照相點，通過解讀和測繪照片上的地形、地貌等，確定照片的平面坐標和高度，并利用平板測繪單張照片上的高度線。航空測量工作包括利用各種先進儀器對測繪控制點進行加密和繪圖。

航空攝影測量的作業(yè)分外業(yè)工作和內業(yè)工作。外業(yè)包括基礎控制測量、給排水及水消防工程控制點聯(lián)測、相片調繪、野外補充測量、綜合法測圖等。外業(yè)測量的數(shù)據(jù)成果是航空攝影測量的基礎資料，成果的優(yōu)劣直接影響項目質量，必須嚴格按照規(guī)范進行測量。攝影測量內業(yè)工作就是利用像對重建立體模型，并對立體模型進行量測，就是將外業(yè)測繪工作搬到室內進行。如果利用像對進行立體測圖，必須重建幾何模型，該模型需要與實地相似且符合比例尺及空間方位要求。如果能恢復攝影瞬間射影像對的內方位元素和外方位元素，就能恢復幾何關系。內業(yè)包括加密測圖控制點和測制地形原圖等工作，通過內業(yè)處理，繪制出地形圖，為生產(chǎn)項目提供各種類型的地理信息數(shù)據(jù)。

1.2 GIS對航空攝影的具體影響

最初的航空攝影測量只對飛機起飛條件有嚴格限制。能源消耗大、成本高、分析時間長，缺乏相應的靈活性、自由性，不能適應時代的要求、現(xiàn)代應用的需要。目前，航測測圖方法和測量儀器正向半自動化、全自動化方向發(fā)展，GIS技術的應用可以彌補不足，有效地提高測量水平，降低測量成本，大幅度提升地形圖測量工作效率，減少測量誤差，使地理信息數(shù)據(jù)采集更快、更智能、更詳細，更方便地理信息行業(yè)工作開展。

2 航空攝影測量數(shù)據(jù)采集分析

在航測數(shù)據(jù)采集過程中，對航測質量有一定的要求，其要求主要為對攝影環(huán)境和天氣的要求、對飛行速度的要求、對拍攝時間的要求等。航測所獲得的圖像和信息是航測數(shù)據(jù)采集的重要參考依據(jù)，如果航攝質量出現(xiàn)問題，采集的地理信息數(shù)據(jù)將會有誤，無法使用。在航空攝影測量數(shù)據(jù)的采集中，攝影質量、飛行質量、圖像質量、外觀質量等，都是影響數(shù)據(jù)準確性的重要因素。

2.1 圖像的傾斜角度

在航空測量過程中，航空測量圖像通常具有特定的傾斜角度，通常傾斜角度為3°，并且航空測量圖像的傾斜角度基于航空圖像在邊緣水平圖像中氣泡的多個位置可以進行綜合判斷。

2.2 航攝比和航高比

航向重疊度要求控制在30%～35%，按照35%設計。航攝相片航向重疊度一般控制在60%～65%之間，按照65%設計。保證全攝區(qū)不會產(chǎn)生航測漏洞，航向超出攝區(qū)范圍六條基線，旁向超出攝區(qū)不少于30%像幅。影像要求色彩均勻清晰，顏色飽和無云影和劃痕、層次豐富、反差適中，像元分辨率為6.41 μm。相片傾斜角小于4.5°，最大不超過12°，出現(xiàn)超過8°的相片不超過總數(shù)的10%。每條航線的有效航片要超出成圖范圍5條基線以上。在收集航測數(shù)據(jù)的過程中，主要以地尺的形式存在，線段圖像與地面上相應線段之間的水平距離之比為航測尺。在收集航空攝影數(shù)據(jù)的過程中，航空攝影的比例不是任意確定的，主要基于與比例尺非常接近的測繪數(shù)據(jù)的比例。在制定航拍飛行計劃時，確定航拍相機和航拍比例后，根據(jù)航高進行確定。在收集航空攝影數(shù)據(jù)的過程中，根據(jù)先驗確定的航空高度，會存在一些飛行差異。對此，應對其差值進行全面控制，一般不得小于5%，航高偏差不應超過50 m。

3 航空攝影測量對GIS的影響

3.1 GIS簡介

GIS即地理信息系統(tǒng)，是空間信息系統(tǒng)的重要組成部分之一。該系統(tǒng)是由計算機硬件和軟件系統(tǒng)支持的技術系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)收集、存儲、管理、計算、分析、顯示和描述整體或部分地球表面（包括大氣層）的地理分布數(shù)據(jù)。隨著科學技術的不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)技術已日趨成熟，地理數(shù)據(jù)象征性地表達了各種地理特征與現(xiàn)象之間的關系，是地理環(huán)境要素的數(shù)量、質量、分布特征與規(guī)律。坐標系是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，每個GIS可以將不同的地理參考系應用于其他系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括一個請求編譯器，如果請求正確，則將其發(fā)送到數(shù)據(jù)庫的處理機，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。

3.2 航空攝影測量對GIS的影響

航空攝影測量法在GIS數(shù)據(jù)收集中的應用航空攝影測量法對于GIS數(shù)據(jù)收集非常重要。通過使用天空中的飛機，并配合專業(yè)配置的航拍相機恢復分析測量設備光束進行設置。可以從類似于字段的三維模型開始，收集每個坐標、點、線和面數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)，以符號、線性格式記錄地理位置，并在三維空間坐標系中記錄地理數(shù)據(jù)的空間位置。

進行地理信息數(shù)據(jù)處理后，對圖形進行編輯，再將處理后的地理信息數(shù)據(jù)輸入、存儲到地理信息系統(tǒng)中，生產(chǎn)需要的地理信息產(chǎn)品。在地理信息數(shù)據(jù)采集的過程中，應保證產(chǎn)品的質量，采用過程檢查或最終檢查。質量檢查工作應貫穿整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，成立專門的質量檢查組，分級設置質量檢查工作職責，各級檢查應配備充足的技術人員，檢查工作應有計劃、有組織地進行，不得隨意省略或代替各階段各工序的質量檢查。質量檢查的過程文件應認真填寫保存?zhèn)浒?，以便核查，保證每一道工序都處于可控的狀態(tài)，每道工序檢查完成，簽字確認，形成質量檢查過程資料。質量合格后進入下一道工序。對作業(yè)質量和進度進行抽查、定期檢查，避免質數(shù)據(jù)影響空間數(shù)據(jù)。

4 應用航空攝影測量技術在GIS數(shù)據(jù)采集中的關鍵點

航空攝影測量的數(shù)據(jù)質量特別重要，應用航空攝影測量進行地理信息數(shù)據(jù)采集過程中，采集的數(shù)據(jù)的準確性受到多種因素的影響。因此，在航空攝影測量應用過程中，應對所采集的空間數(shù)據(jù)質量進行嚴格管控。

（1）在航空攝影測量數(shù)據(jù)采集過程中，航空攝影測量數(shù)據(jù)質量受多種因素影響，并不完全等同于真實數(shù)據(jù)。包括空間數(shù)據(jù)的質量和數(shù)量的不準確帶來的影響、地理系信息系統(tǒng)實用價值的差異性、經(jīng)濟價值的差異性等影響。

地理信息工作者應用航空攝影測量技術時，對采集的空間數(shù)據(jù)質量應進行嚴格管控，認真檢查，避免返工。

（2）由于空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，存儲困難，一般儲存在計算機自帶的系統(tǒng)內，計算機系統(tǒng)具有自帶的自動檢測功能，技術人員也可以利用該功能，對航空攝影測量數(shù)據(jù)的準確性、完整性、坐標標注，高程標注、漢字標注、輸入?yún)?shù)逐一檢測。然后，執(zhí)行計算機回放檢查功能。對航空攝影測量數(shù)據(jù)線性質量、對角線精度、數(shù)據(jù)偏差、數(shù)字完整性、圖像尺寸進行檢查，提升地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性。

為了避免對數(shù)據(jù)質量控制不嚴格、檢查工作不到位，產(chǎn)生的劣質數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)精度造成的不利影響，在航空攝影測量地理信息數(shù)據(jù)采集階段，應要求地理信息工作者嚴格貫徹執(zhí)行“數(shù)據(jù)質量高于數(shù)據(jù)采集速度”的基本原則，從源頭上控制數(shù)據(jù)質量，保證航空攝影測量的成果與相關的技術標準要求相符。

由于地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大且結構復雜，各數(shù)據(jù)均具有相關的參照物且處于空間坐標系中。建立坐標系時，相關人員應根據(jù)具體測量項目的特點，設置有利于該項目實施的最合理的坐標系，保證坐標系內各個數(shù)據(jù)間存在相對穩(wěn)定聯(lián)系，方便地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

5 結語

為了使地理信息系統(tǒng)更完整、更準確，空間地理信息數(shù)據(jù)收集至關重要，航空攝影測量是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集的重要方法之一。為了更好地執(zhí)行維護、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)回放和數(shù)據(jù)服務，正在取得技術進步。航空攝影技術操作起來較為簡單方便，高效快捷，應用過程中安全系數(shù)較高，較多項目在開展地形圖測繪工作時會優(yōu)先考慮使用該項技術。為了讓測繪測量新技術在地理信息工作中充分發(fā)揮其重要作用，測繪測量工作人員應大力推廣這項技術的應用，促進地理信息技術進步，更好地服務于社會。