李琴
摘要:隨著我國(guó)信息化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,測(cè)繪學(xué)科也跟著不斷進(jìn)步與發(fā)展,航空攝影測(cè)量領(lǐng)域向著信息化發(fā)展,給我國(guó)城市規(guī)劃、國(guó)土測(cè)量等各個(gè)方面帶來了新的測(cè)量技術(shù)革命。本文主要研究GPS、機(jī)載激光掃描技術(shù)、機(jī)載側(cè)視雷達(dá)技術(shù)、低空遙感系統(tǒng)以及定位定姿態(tài)系統(tǒng)五種先進(jìn)技術(shù)在航空攝影領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:航空攝影;GPS;機(jī)載激光掃描;機(jī)載側(cè)視雷達(dá);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(yīng)用
GPS測(cè)量技術(shù)在航空攝影測(cè)量中,一方面可以利用來開展航空攝影飛行的導(dǎo)航,另一方面可以利用來開展空三加密的應(yīng)用。
對(duì)于航空攝影飛行的導(dǎo)航應(yīng)用,GPS保證航空攝影的飛機(jī)在航拍的過程中按照航空攝影的設(shè)計(jì)路線飛行。只有按照計(jì)劃開展航攝外業(yè)工作,航攝獲取的航片才能滿足航攝對(duì)應(yīng)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(duì)于空三加密的應(yīng)用,GPS首先可以提供地面的控制測(cè)量工作,例如地面控制點(diǎn)的GPS外業(yè)靜態(tài)控制測(cè)量工作,獲取足夠數(shù)量的地面控制點(diǎn)坐標(biāo),從而滿足攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)加密的要求。除此之外,航攝飛機(jī)上安裝GPS,伴隨著飛機(jī)的飛行,每個(gè)航攝照片獲取的瞬間,對(duì)應(yīng)一個(gè)具體GPS動(dòng)態(tài)坐標(biāo),此坐標(biāo)即可確定該航片航攝儀物鏡中心的坐標(biāo),解決外方位元素中的三個(gè)線元素,此方法有助于大大減少在航片解算中地面控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
2、機(jī)載激光掃描技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)載激光掃描技術(shù),它是利用航攝飛機(jī)作為載體,將機(jī)載激光掃描儀安裝掛載于飛機(jī)上,當(dāng)飛機(jī)飛過某片區(qū)域,掃描儀即可獲得飛機(jī)飛過區(qū)域下方地面的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
該技術(shù)方法與傳統(tǒng)攝影測(cè)量利用航測(cè)相機(jī)通過航攝理論解算地面點(diǎn)坐標(biāo)的理論方法相比較,它克服了相機(jī)對(duì)天氣光線等客觀條件的依賴。傳統(tǒng)的航攝相機(jī),只有光線充足的白天,才能獲取優(yōu)質(zhì)的航片,開展航攝工作。而機(jī)載激光掃描技術(shù),不僅白天,而且在黑暗的夜晚,也能開始測(cè)量工作。激光掃描儀,通過發(fā)射激光,激光點(diǎn)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(diǎn)的坐標(biāo),避免了航測(cè)理論解算的原理,使用更加方便。
在大范圍的數(shù)字測(cè)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(shì)。掛載激光掃描儀的飛機(jī)飛過區(qū)域,獲取一定密度的該區(qū)域的地面機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù),通過后處理軟件,可以對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,其中地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)即可自動(dòng)構(gòu)建成為該區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)。在DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合地面建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、機(jī)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(jī)載側(cè)視雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)載側(cè)視雷達(dá)技術(shù),與機(jī)載激光掃描技術(shù)類似,同樣使用飛機(jī)作為載體,但掛載的數(shù)據(jù)采集設(shè)備不同,原理也完全不一樣。機(jī)載側(cè)視雷達(dá),用一個(gè)小天線沿飛行方向作直線運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)每相隔一段距離發(fā)射一束微波信號(hào),同時(shí)接受地面反射回的微波信號(hào),記錄信號(hào)的振幅和相位信息。在獲取飛機(jī)的瞬間位置和時(shí)間的前提下,對(duì)獲取的微波信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,從而獲取信號(hào)發(fā)射瞬間,信號(hào)發(fā)射中心的位置。在此基礎(chǔ)上,對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行處理,獲取地面點(diǎn)雷達(dá)視線方向上的距離,從而獲取地形信息。
對(duì)于機(jī)載側(cè)視雷達(dá)數(shù)據(jù)處理,基本流程包括:(1)主輔影像輸入,(2)影像配準(zhǔn),(3)干涉成像,(4)基線估算,(5)去平地效應(yīng),(6)噪聲濾除,(7)相位解纏,(8)高程計(jì)算。在數(shù)據(jù)處理的過程中,存在許多關(guān)鍵問題,例如復(fù)數(shù)影像的高精度自動(dòng)配準(zhǔn)、去相關(guān)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(jié)果。
該技術(shù)方法對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,目前應(yīng)用比較活躍的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾個(gè)方面:(1)地形測(cè)繪。具體包括影像自動(dòng)提取DEM、地物特征的提取與識(shí)別。(2)城市目標(biāo)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(jié)構(gòu)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(cè)。4)地表形變監(jiān)測(cè),檢測(cè)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(yīng)用
低空遙感系統(tǒng)是一種機(jī)動(dòng)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(jī)航空攝影系統(tǒng)。
近年來,無人機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加強(qiáng)、圖像處理技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、樣式多樣化,無人機(jī)及相關(guān)軟件如雨后春筍般,我國(guó)無人機(jī)應(yīng)用得到極大推廣。無人機(jī)通過掛載非量測(cè)型相機(jī)進(jìn)行航拍,獲取航片,通過后處理的方法獲取非量測(cè)相機(jī)的內(nèi)方位元素,采用類似傳統(tǒng)機(jī)載、星載航拍的航攝理論,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)載航拍,無人機(jī)技術(shù)的使用更加靈活,能夠隨時(shí)對(duì)所需區(qū)域進(jìn)行拍攝,另外,費(fèi)用也相對(duì)低廉。
從技術(shù)角度來分,無人機(jī)包括無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī);從應(yīng)用領(lǐng)域來分,包括軍用和民用兩大部分;從行業(yè)應(yīng)用來分,包括國(guó)土測(cè)繪、地質(zhì)勘察、電力巡線、環(huán)境監(jiān)察、農(nóng)業(yè)植保、應(yīng)急救災(zāi)、森林防火、視頻錄制、快遞行業(yè)等。
5、定位定姿系統(tǒng)的應(yīng)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(cè)量系統(tǒng)的組合。該系統(tǒng)主要由慣性導(dǎo)航測(cè)量單元(IMU)、高動(dòng)態(tài)的GPS測(cè)量設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三大部分組成。其中高精度位置系統(tǒng),是利用高動(dòng)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(jì)算,并融合IMU的數(shù)據(jù),最終計(jì)算獲取高精度的位置坐標(biāo)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(jié)束作業(yè)之后,地面基站才能結(jié)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(jié)束之后結(jié)束。高精度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),是利用IMU的三個(gè)陀螺儀和三個(gè)加速度計(jì),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(biāo)信息的同時(shí),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(dòng)了航空攝影測(cè)量領(lǐng)域的快速前進(jìn)。
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