□ 王躍軍

（山西省遙感中心，山西太原030001）

淺析國產(chǎn)數(shù)碼航空攝影測量相機SWDC-4在“數(shù)字朔州”中的應(yīng)用

□ 王躍軍

（山西省遙感中心，山西太原030001）

朔州市被列為國家測繪地理信息局數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)推廣城市，“數(shù)字朔州”地理空間框架建設(shè)項目，本著“城市主導(dǎo)、統(tǒng)籌規(guī)劃，需求牽引、科技推動，統(tǒng)一設(shè)計、資源共享，多元投入、共建共享”的原則，開展基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新建庫、構(gòu)建地理信息公共平臺和典型應(yīng)用示范等工作。在項目進行過程中，國產(chǎn)數(shù)碼航空SWDC-4發(fā)揮了重要作用，通過項目的檢驗，證明SWDC-4完全可以滿足大比例尺航空攝影測量的精度要求。

數(shù)字城市；航空攝影測量；數(shù)碼航空攝影測量相機

0.前言

“數(shù)字城市”是“數(shù)字地球”的重要組成元素，是信息社會城市發(fā)展的重要戰(zhàn)略?！皵?shù)字城市”為推進國民經(jīng)濟和城市信息化建設(shè)提供了很好的平臺，國家測繪地理信息局于2006年啟動了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)試點工作，通過在全國范圍內(nèi)選擇若干具備條件的城市，本著“城市主導(dǎo)、統(tǒng)籌規(guī)劃，需求牽引、科技推動，統(tǒng)一設(shè)計、資源共享，多元投入、共建共享”的原則，開展基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新建庫、構(gòu)建地理信息公共平臺和典型應(yīng)用示范等工作，全面推進數(shù)字中國地理空間框架的建設(shè)。

“數(shù)字朔州”是我國數(shù)字城市建設(shè)項目體系中的重要組成部分，朔州市也被列為國家測繪地理信息局2011年數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)推廣城市。項目建設(shè)內(nèi)容為：在完善基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建設(shè)一套數(shù)據(jù)庫、一個地理信息公共平臺，六個典型示范應(yīng)用系統(tǒng)、一套運行維護機制。SWDC數(shù)字航空攝影儀，是由中國科學(xué)院院士劉先林主持研制的數(shù)碼航空攝影儀，該航攝儀具有航測高程精度高、體積小、重量輕、幅面大、影像色彩真實等特點?？蓮V泛應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪以及“數(shù)字城市”建設(shè)等領(lǐng)域。

1.應(yīng)用實例

本次應(yīng)用主要是通過航空攝影儀進行數(shù)據(jù)采集，通過影像預(yù)處理、空三加密等工作流程，檢驗利用SWDC-4，進行大比例尺DOM生產(chǎn)的精度。

1.1.技術(shù)流程

采用GPS（全球定位系統(tǒng)）輔助航空攝影技術(shù)，通過SWDC-4數(shù)碼航空航攝儀獲取數(shù)字影像，在進行必要的外業(yè)像控的基礎(chǔ)上，采用GPS輔助空三技術(shù)，進行空三加密，在此基礎(chǔ)上利用DPGRID（數(shù)字攝影測量網(wǎng)格）系統(tǒng)生成密集的DSM（數(shù)字表面模型）點，通過處理DSM點獲取數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。然后利用DEM對影像進行正射糾正及鑲嵌，生成數(shù)字正射影像（DOM）。

1.2.航空攝影

1.2.1 航線設(shè)計

航攝儀基本參數(shù)，焦距為82.3mm，像元大小6.8μ，CCD幅面14.5k×11k。影像地面分辨率0.05米。

數(shù)字航空攝影的地面分辨率（GSD）取決于飛行高度，如圖1-1所示：

圖1-1 航高示意圖

式中：

h—飛行高度

f—鏡頭焦距（82.3mm）

a—像元尺寸（6.8μm）

GSD—地面分辨率

按照公式可求得獲得相應(yīng)GSD的飛行高度如表1-1所示：

表1-1 航攝分辨率及飛行高度

航線采用南北方向飛行，設(shè)計影像分辨率0.05米，航向重疊為60%～65%，最小不應(yīng)小于56%；旁向重疊為30%～35%，最小不應(yīng)小于15%。航線間應(yīng)避免出現(xiàn)相對漏洞和絕對漏洞。航線基本參數(shù)如表1-2所示：

表1-2 航線設(shè)計基本參數(shù)表

1.2.2 航空攝影

為保證航空攝影質(zhì)量，工作中要嚴格按照以下要求執(zhí)行：

（1）像片傾斜角的控制：由于本次航攝采用的SWDC-4數(shù)字航攝儀，自動調(diào)整傾斜角。如氣流較大，可通過航攝儀鏡頭重錘機構(gòu)調(diào)整水平，保證傾斜角小于3度。

（2）旋偏角的控制：航攝儀檢影器可監(jiān)視偏流，調(diào)整相機主體修正偏流。飛機在預(yù)備線上飛行時，要根據(jù)飛機的真航向和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)指示的飛行軌跡角度，計算出偏流大小，作為修正偏流的參考。旋偏角和傾斜角的初始調(diào)整都要在預(yù)備線上完成。正式作業(yè)開機后，攝影員要實時監(jiān)控檢影器和水平儀，及時根據(jù)飛機受氣流影響變化狀況，跟蹤調(diào)整。嚴格采取這些措施，可以有效地使像片旋偏角、傾斜角控制在以上要求范圍內(nèi)。

（3）航線彎曲度：為保證飛機有充分的時間以平穩(wěn)的姿態(tài)進入航線，設(shè)計預(yù)備線長度為3公里。由于有足夠的預(yù)備線長度，且GPS導(dǎo)航系統(tǒng)能直觀航跡偏差，可將漂移減小到最小，可以保證航線彎曲度不大于3%。

（4）航高保持：航高的變化將直接影響設(shè)計的攝影比例尺和像片重疊度。每逢飛行日，飛行員要提早到氣象部門了解當日機場天氣，同時記錄當時的氣壓值。根據(jù)氣壓值和機場的標準高度值，確定出氣壓高度表在地面的基準值。飛機按照基準值起飛到航空攝影要求的作業(yè)高度。當飛機上高度表數(shù)值超過標準飛行高度±20米時，飛行員要對飛機航高給予修正。航線上相鄰像片的高差不大于20米，一條航線上最大和最小航高差不大于30米。實際航高與預(yù)定航高之差不應(yīng)大于航高的5%。為防止空中GPS失鎖，飛機轉(zhuǎn)彎角度應(yīng)不小于15度。

（5）攝影質(zhì)量的控制：嚴格控制天氣標準是獲取高質(zhì)量影像的必備條件。彩色航空攝影應(yīng)選擇能見度大于5公里的碧空天，由于本次航攝采用SWDC-4數(shù)字航攝儀，因此在云高滿足攝影要求的情況下可以適當調(diào)整，盡量保持氣象條件的基本一致，以獲取影像清晰、色彩飽滿的航空像片。起飛前，要對航空攝影機做常規(guī)檢查，確保電路、機械傳動部件工作正常，設(shè)備各項設(shè)置參數(shù)正確無誤，光學(xué)鏡頭表面及濾光鏡要清潔干凈。飛機升空后，啟動像機自動控制系統(tǒng)。

（6）航向和旁向重疊度的控制：因新型的數(shù)字航攝系統(tǒng)采用先進的定點自動曝光控制技術(shù)，因此能保證航攝的重疊度要求。

（7）攝區(qū)邊界線覆蓋控制：設(shè)計時旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界大于30%像幅，航向覆蓋超出2至3條基線，有效地控制攝區(qū)邊界范圍，保證了實際飛行時的攝區(qū)覆蓋，滿足規(guī)范要求。

1.2.3 影像預(yù)處理

影像預(yù)處理分為航空影像預(yù)處理和像主點GPS坐標解算兩個步驟，航空影像預(yù)處理包括格式轉(zhuǎn)換、畸變差改正、影像虛擬中心投影拼接等步驟，如圖1-2所示；像主點GPS坐標解算包括精密單點定位（PPP），Mark內(nèi)插解算、4相機虛擬坐標解算、4相機拼接輔助文件計算等相關(guān)內(nèi)容，如圖1-3所示：

圖1-2 影像預(yù)處理流程

圖1-3 GPS數(shù)據(jù)計算流程

1.3 空三加密

航空影像的自動空中三角測量過程是由數(shù)字影像處理、內(nèi)定向、加密點自動匹配、加密點人工修測、相對定向模型連接、旁向連接點自動轉(zhuǎn)點、旁向連接點人工修測、多項式區(qū)域網(wǎng)整體平差、光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差、測區(qū)接邊、加密成果最終檢定等一整套嚴密流程組成。最終來精確得到航空遙感影像的外方位元素。

測區(qū)北部有大面積水域，需要進行加密分區(qū)，工作中將作業(yè)區(qū)分為兩個加密區(qū)，精度統(tǒng)計如表1-3所示：

2.應(yīng)用體會

通過最終產(chǎn)品DOM的質(zhì)量檢查，SWDC-4完全可以滿足1∶500正射影像圖的制作規(guī)范。目前，SWDC-4數(shù)碼航攝儀已廣泛應(yīng)用于國土、測繪、城市規(guī)劃等相關(guān)領(lǐng)域。

表1-3 精度統(tǒng)計表

【1】李德仁，周月琴，金為銑.影像信息處理學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社,1999.

【2】張祖勛等.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社,1997.

【3】GB/T23236-2009.數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范[S].

P231

B

2095-7319（2014）06-0050-05

王躍軍（1979—），男，山西五臺縣人，工程師，本科，主要從事遙感、地理信息系統(tǒng)等工作。