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遥感及航空摄影测量中的新技术探讨

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：祝琪

[导读] 摘要：随着测绘学科的不断进步与发展，航空摄影测量经历了从模拟测绘时代向数字测绘时代的跨越，正积极朝向信息化测绘时代迈进。遥感及航空摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中快速得到推广应用，一些测绘高新技术的应用将使传统的测绘生产方式、工艺流程、产品形式产生根本性的变革。

        河北翔通信息技术有限公司
        摘要：随着测绘学科的不断进步与发展，航空摄影测量经历了从模拟测绘时代向数字测绘时代的跨越，正积极朝向信息化测绘时代迈进。遥感及航空摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中快速得到推广应用，一些测绘高新技术的应用将使传统的测绘生产方式、工艺流程、产品形式产生根本性的变革。
        关键词：导航；机载激光扫描技术；机载侧视雷达技术；低空遥感系统；定位定姿系统
        自２０世纪８０年代初起，我国的多个大型城市陆续开展了航空摄影测量技术测制城市大比例尺地形图的生产应用。随着生产发展的需要，各城市测绘单位先后组建了航测机构开展航空摄影测量和遥感方面的业务，大比例尺航测成图技术的应用在国内各城市测绘单位快速得到推广应用；同时一些与航空摄影测量和遥感相关的测绘高新技术也在不断的投入。
        １几种测量新技术的应用探讨
        １．１ＧＰＳ在航空摄影中的应用
        （１）ＧＰＳ用于航摄飞机导航在航空摄影测量获取航片的过程中，航空摄影飞行必须按航摄计划中的要求，在一定的高度沿设计的航线飞行，以保证所得影像具有一定的摄影比例尺、航向重叠度及旁向重叠度。随着ＧＰＳ的广泛应用，已普遍使用ＧＰＳ对航空摄影飞机进行导航。（２）ＧＰＳ辅助空中三角测量中的导航与定位ＧＰＳ辅助空中三角测量的目的是利用ＧＰＳ精确测定的摄影曝光瞬间航摄仪物镜中心的位置，将所测数据应用于摄影测量内业加密，以便尽可能减少对地面控制点的数量要求。用于确定摄影曝光瞬间航摄仪物镜中心的位置时需采用高精度相位差分的ＧＰＳ动态定位方法，其实时差分定位可用于摄影导航，而确定航摄仪物镜中心的位置则利用布设在地面的２～３台ＧＰＳ基准站的观测数据进行后处理获得。目前已采用ＱＰＳ／ＩＭＵ。
        １．２机载激光扫描技术的应用
        机载激光扫描技术兴于２０世纪９０年代后期，它利用激光测距与ＧＰＳ定位原理，可以快速获取地物上高精度的三维坐标点，因其比传统的摄影测量技术精度高且测绘范围广，利用激光扫描技术进行地形地表测绘已成为一种趋势。三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动方法直接获取高精度三维坐标，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可极大地降低成本、节约时间，而且使用方便。三维激光扫描测量技术在测绘领域有广泛的应用。激光扫描测量技术与惯性导航系统（ＩＮＳ）、全球定位系统（ＧＰＳ）、电荷耦合（ＣＣＤ）等技术相结合，在大范围数字高程模型的高精度实时获取、城市三维模型重建、局部区域的地理信息获取等方面表现出强大的优势，成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。它在工程、环境检测和城市建设等方面均有成功的应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例尺地形图、灾害评估、建立３Ｄ城市模型、复杂建筑物施工、大型建筑的变形监测等。
        １．３机载侧视雷达技术的应用
        机载侧视雷达是利用装于飞机机身两侧或下方的天线，随着飞机向前飞行而扫描飞机下方两侧的带状地面，进行高分辨率地形测绘的雷达。飞行器上的侧视雷达包括发射机、接收机、传感器、数据存储和处理装置等部分。侧视雷达具有下列特点：（１）具有全天候工作性能；（２）分辨率高，所摄照片清晰；（３）覆盖面积大，提供信息快，把飞行中连续拍摄的照片拼接起来可构成大面积的地形图；（４）不易受干扰；（５）具有分辨地面固定和活动目标的能力。机载合成孔径侧视雷达在农业、地质勘探、资源考察、环境保护和海洋调查等方面已获广泛应用。机载和星载ＳＡＲ影像的应用主要体现在地形的立体测绘方面。利用雷达图像提取地形信息，除了基于同轨或异轨雷达图像的立体测量外，还有一种新的技术，称为雷达干涉测量技术（ＩｎＳＡＲ），它可以用来提供大范围的数字高程模型（ＤＥＭ）。

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        １．４低空遥感系统的应用
        低空遥感系统是一种高机动性、低成本的小型化、专业化遥感系统。它受天气因素和起飞场地条件影响较小，效率高，获取的影像分辨率高，具有对地快速、实时调查和监测能力，可作为卫星遥感和常规航空摄影的有效补充手段。低空遥感系统主要包括超轻型飞行器航摄系统和无人飞行器航摄系统。超轻型飞行器航摄系统是指采用２０００万像素以上框幅式数码相机的有人驾驶轻型固定翼飞机、三角翼飞行器、动力滑翔伞、直升机等飞行平台进行航空摄影的系统。无人飞行器航空系统是指采用２０００万像素以上框幅式小像幅数码相机的无人驾驶的固定翼飞机、直升机、飞艇等飞行平台进行航空摄影的系统。无人驾驶低空遥感系统由无人驾驶飞行器平台系统、测控及信息传输分系统、轻小型多功能对地观测传感器系统、遥感空基交互控制系统、地面实验处理与加工系统、综合保障系统组成，在我国北方低平原地区应用较多，其成果质量无法保证，适用于对精度要求不高的影像拼接、规划、灾害应急等；地形图更新以及小范围区域的４Ｄ产品制作等用图需求，则有人驾驶超轻型飞行器低空遥感系统更适合，国内平原、山地地区均有应用实例。
        １．５定位定姿系统的应用
        定位定姿系统是ＩＭＵ／ＤＧＰＳ组合的高精度位置与姿态测量系统（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ＰＯＳ），利用装在飞机上的ＧＰＳ接收机和设在地面上的一个或多个基站上的ＧＰＳ接收机同步而连续地观测ＧＰＳ卫星信号，精密定位主要采用差分ＧＰＳ定位（ＤＧＰＳ）技术，而姿态测量主要是利用惯性测量装置（ＩＭＵ）来感测飞机或其他载体的加速度，经过积分等运算，获取载体的速度和姿态（如位置及选择角度）等信息。
        机载ＰＯＳ系统一般由以下几部分组成：
        （１）惯性测量装置（ＩＭＵ）。ＩＭＵ由三个加速度计、三个陀螺仪、数字化电路和一个执行信号调节及温度补偿功能的中央处理器组成。
        （２）ＧＰＳ接收机。ＧＰＳ系统由一系列ＧＰＳ导航卫星和ＧＰＳ接收机组成，并采用载波相位差分的ＧＰＳ动态定位技术解求ＧＰＳ天线相位中心位置。
        （３）计算机系统。计算装置包含ＧＰＳ接收机、大规模存储系统和一个实时组合导航的计算机，实时组合导航计算的结果作为飞行管理系统的输入信息。
        （４）数据后处理软件。数据后处理软件通过处理ＰＯＳ系统在飞行中获得的ＩＭＵ和ＧＰＳ原始数据以及ＧＰＳ基准站数据得到最优的组合导航解。当ＰＯＳ系统用于摄影测量时，最后还需要利用后处理软件解算每张影像在曝光瞬间的外方位元素。
        ２总结
        通过以上分析，可以看出各种新技术在航测或遥感中的各自优点所在，针对航摄地区的特点选取合适的技术进行影像获取，必将提高航摄效率，缩短测绘产品获取的周期，提高影像质量。同时随着计算机技术和互联网通讯技术的发展，地球空间信息技术的空间信息网格技术，目前已实现。上述一些新技术手段的应用，对航空摄影测量和遥感工作者还将面临着前所未有的机遇和挑战。
        参考文献：
        ［１］钱曾波，刘静宇，肖国超．航空摄影测量学［Ｍ］．北京：解放军出版社，１９９２．
        ［２］朱述龙，张占睦．遥感图像获取与分析［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００．
        ［３］袁修孝．ＧＰＳ辅助空中三角测量原理及应用［Ｍ］．北京：测绘出版社，２００１．
        ［４］李学友．ＩＭＵ／ＤＧＰＳ辅助航空摄影测量原理、方法及实践［Ｄ］，郑州：中国人民解放军信息工程大学，２００５．