航空攝影測量影像定向的若干探討

王波

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種各樣的科學(xué)技術(shù)也在不斷提高，尤其是航空技術(shù)。航空攝影的目的是可以觀察目標(biāo)所處的真實(shí)空間，有利于地形考察等多個(gè)方面。所以，本文將從多個(gè)方面對航空攝影測量圖像定向進(jìn)行深入的分析以及探討。

【關(guān)鍵詞】航空攝影；測量影像；定向；探討；

一、前言

目前，我國在航空事業(yè)上取得了很大的進(jìn)步，例如空間定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及遙感技術(shù)，由于這幾項(xiàng)技術(shù)都取得了質(zhì)的發(fā)展，所以也促進(jìn)了航空攝影測量定向科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

二、關(guān)于航空攝影測量影像定向

航攝測量影像定向就是運(yùn)用遙感影像來確定地面目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位的原理，其重點(diǎn)就是能迅速的獲取空間方位。攝影測量就是利用攝影光束相交確定地面點(diǎn)位的一種方法。這種方法需要外方位元素：為三個(gè)線元素和三個(gè)角元素。近幾年來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會建設(shè)發(fā)展較為迅速，在城鎮(zhèn)和土地調(diào)查的成果資料與實(shí)際利用現(xiàn)狀存在較大差異，對土地進(jìn)行科學(xué)有效利用則產(chǎn)生較深影響。如果靠控制點(diǎn)并通過空三加密反求光束的外方位因素的傳統(tǒng)攝影成圖技術(shù)則不能滿足生產(chǎn)發(fā)展和城市測繪的需求。

三、航空攝影測量影像定向技術(shù)的發(fā)展

1950年以前，人們嘗試用雷達(dá)測高儀和激光斷面測量儀等技術(shù)手段來測量空間定位，但是由于數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而不能得到理想的結(jié)果。到了70年代左右，全球定位系統(tǒng)（GPS）的快速發(fā)展，研究人員通過對載波相位差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，可以采用此技術(shù)來確定攝影瞬間測量目標(biāo)的空間位置，因此一些研究人員開始重點(diǎn)研究GPS輔助空中三角測量方法，使得此技術(shù)得到了快速發(fā)展，可是由于其技術(shù)要求比較苛刻，對于城市大比例尺、條形區(qū)域等的測量很不方便。90年代以后，國際攝影測量界又開始了針對DGPS/IMU組合系統(tǒng)（POS系統(tǒng)）的研究，并用此技術(shù)來獲取像片攝影時(shí)的空間方位，并直接應(yīng)用于航空攝影測量影像的空間定位上，然而經(jīng)過與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)作對比，發(fā)現(xiàn)其測量精度仍然無法滿足大比例尺測量的精度要求。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，著數(shù)字化攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展，航空攝像測量技術(shù)通過對定向參數(shù)進(jìn)行分析，初步確立了航空攝影測量影像定向技術(shù)。隨后，人們主要以3S技術(shù)為主要測量手段、以4D產(chǎn)品（DEM、DOM、DLG、DRG）生產(chǎn)技術(shù)為輔的測量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空攝影測量影像定向應(yīng)用中。我們?nèi)绾纬浞掷卯?dāng)代航空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行4D產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)庫實(shí)施快速更新，是一個(gè)值得關(guān)注的問題。同時(shí)我們應(yīng)該充分利用現(xiàn)在的航空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，發(fā)展我國的航空測量事業(yè)。

四、我國航空攝影測量影像定向技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，航空攝影測量主要有常規(guī)航空攝影測量、GPS航空攝影測量、DGPS/IMU航空攝影測量3種模式。航空影像的獲取和影像定向方法的不同是這三種測量技術(shù)最主要的區(qū)別。航空攝影測量影像定向技術(shù)是借助大量地面控制點(diǎn)加密技術(shù)獲取模型定向點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

通過GDPS/IMU來直接測定傳感器的六個(gè)外方位元素，能夠讓客戶認(rèn)為價(jià)格是合適的。直接地面參考技術(shù)即GDPS/IMU能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)或目標(biāo)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化到一個(gè)本地或者全球的坐標(biāo)系統(tǒng)，從而能夠進(jìn)行下一步的處理。將GDPS/IMU數(shù)據(jù)作為輔助信息用于對比小、沒有明顯特征的地區(qū)的空中三角測量的作業(yè)是很有用處的，但是直接用校正過的定向參數(shù)而不進(jìn)行整體的空中三角測量，所能達(dá)到的地面精度，主要依賴于飛行高度。對于幾何模型考慮的比較簡單，導(dǎo)致即使區(qū)域網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分完美且檢校場及GDPS/IMU數(shù)據(jù)聯(lián)合處理準(zhǔn)確無誤，直接地面參考所能達(dá)到的精度仍然難以滿足大比例尺測圖的需要。而基于DEM和DOM的航空攝影測量直接解具有地學(xué)編碼、信息翔實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠輕易實(shí)現(xiàn)快速更新和實(shí)現(xiàn)變化檢測的自動(dòng)化與半自動(dòng)化。

基于已知定向參數(shù)影像的航空攝影側(cè)量直接解則需要滿足一些要求。首先，必須能夠從數(shù)據(jù)庫中得到原有影像及它們的定向參數(shù)值；其次，影像的重疊度和約束點(diǎn)的分布必須滿足穩(wěn)定的幾何構(gòu)造，以保證達(dá)到較高的精度；并且新舊影像在內(nèi)容上必須有相關(guān)性，這樣我們才能提取同名點(diǎn)。

五、數(shù)字航攝儀DMC

數(shù)字航攝儀DMC是一種用于高精度、高分辨率航空攝影測量的數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)。DMC數(shù)字航空相機(jī)由四個(gè)全色傳感器和四個(gè)多波段傳感器組成。DMC航空相機(jī)通過四個(gè)多波段傳感器分別捕捉紅色、藍(lán)色、綠色及近紅外數(shù)據(jù)；而四個(gè)全色傳感器分別捕捉的影像，依靠少量的重疊區(qū)域生成一個(gè)大的768013824鑲嵌影像。DMC能夠滿足小比例尺和高分辨率大比例尺航攝業(yè)務(wù)的需要。該系統(tǒng)在不同的光線條件下，通過改變曝光時(shí)間，確保影像質(zhì)量，其對地面分辨率可達(dá)到5cm。

低空數(shù)字航空攝影測量以2000萬像素以上的小像幅數(shù)碼相機(jī)為傳感器，采用無人飛機(jī)進(jìn)行低空航攝，具有機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢。該技術(shù)能夠在短時(shí)間獲取局部區(qū)域的較高精度的高分辨率數(shù)字影像，且天氣及機(jī)場的依賴性小，已廣泛應(yīng)用于應(yīng)急保障、防災(zāi)減災(zāi)、地形測繪等領(lǐng)域。

六、LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)

LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)利用GPS輔助空中三角測量技術(shù)，可以減少地面控制點(diǎn)，縮短作業(yè)周期，降低成本，可以真正應(yīng)用于困難地區(qū)、無圖區(qū)及邊境區(qū)的基礎(chǔ)測量。利用該種測量技術(shù)，在有地面控制點(diǎn)的四角帶，完全可以滿足1∶10000比例尺的地圖精度要求；在地面特征豐富、影像較好時(shí)，可以達(dá)到1∶50000比例尺的精度要求。這種測量技術(shù)對于實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略、完善國家基本地形圖有重要意義。

七、航空攝影測量影像定向作業(yè)的要求及實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代的航空攝影測量在作業(yè)上一般在航空攝影、地面控制和內(nèi)業(yè)測繪上有一定的要求。在采用GPS航空攝影測量時(shí)一般會將動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)與航攝儀固聯(lián)以提高影像獲取的質(zhì)量。

一般在采用DGPS/IMU航空攝影測量時(shí)，都會在航攝儀上安裝POS系統(tǒng)。根據(jù)不同的情況要選擇不同的地面控制方案，以獲得最佳的加密點(diǎn)坐標(biāo)和像片外方位元素。內(nèi)業(yè)測繪采用影像匹配技術(shù)識別同名像點(diǎn)，以完成地形和地物的自動(dòng)測繪現(xiàn)行的4D產(chǎn)品生產(chǎn)中，一般按照單片內(nèi)定向y像對相對定向y單模型絕對定向y立體模型測繪的流程進(jìn)行作業(yè)，僅僅是在DGPS/IMU航空攝影測量之直接對地目標(biāo)定位方法中探討如何利用POS系統(tǒng)獲取的影像定向參數(shù)進(jìn)行模型恢復(fù)的有關(guān)理論和方法。攝影測量加密和直接對地目標(biāo)定位是航空攝影測量幾何定位的兩種方式。攝影測量加密的含義是將獲得到的影像坐標(biāo)和地面的控制點(diǎn)或者是影像的外方位元素作為帶權(quán)觀測值進(jìn)行整體光束法區(qū)域網(wǎng)平差，從而獲取影像的定向參數(shù)和目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，這樣可以對立體模型測圖提供目標(biāo)定位定向的控制點(diǎn)和高精度的對地目標(biāo)定位。

直接對地目標(biāo)定位是在獲得高精度影像外方位元素的前提下，利用立體像對上同名像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)按照空間前方交會理論計(jì)算出相應(yīng)地面點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)，以直接確定物點(diǎn)的空間位置，從而實(shí)現(xiàn)4D產(chǎn)品的生產(chǎn)。

八、結(jié)束語

通過以上詳細(xì)的分析以及探討，我們能夠看出當(dāng)今社會的航空攝影測量影像定向技術(shù)還是比較成熟的。所以說，為了更好的了解地理環(huán)境，發(fā)掘地球的神秘，仍需不斷發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)。

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