航空攝影測量的技術流程

航空攝影測量的技術流程2009年10月傳統(tǒng)彩色膠片相機技術路線………作業(yè)流程…………………主要工作內容……………技術依據(jù)…………………測區(qū)概況…………………成圖規(guī)格…………………航空攝影…………………ADS40是由全球著名的攝影測量公司徠卡公司開發(fā)的線陣列推掃式攝影系統(tǒng)，它高度集成了高精度全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性測量單元(IMU),其中高精度全球定位系統(tǒng)與地面基站GPS或精密星歷數(shù)據(jù)聯(lián)合解算后能夠以2HZ頻率提供高精度絕對坐標，具有長時低頻高精度特點；慣性測量單元能夠以200HZ頻率記錄航攝儀相對位置和高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)，具有短時高頻高精度的特點，兩者緊密集成能夠有效補償彼此的系統(tǒng)誤差，利用ADS40進行航空攝影，可以為每條掃描線產(chǎn)生準確的外方位元素。而利用攝影測量技術成圖的關鍵技術是如何獲取精確的影像外方位元素以恢復攝影時的立體率、多光譜數(shù)字航攝影像，另一方面能夠獲取每一條掃描影像的外方位元素，這樣在影像后處理過程中只需結合精密衛(wèi)星星歷或GPS同步觀測數(shù)據(jù)就能夠得到準確的外方位元素，從而恢復整條航帶攝影時的立體構像；空三加密處理時只需要在加密分區(qū)四角和中心加測像片控制點就可以保證影像空三加密精度，大大減少外業(yè)像控點數(shù)量，同時ADS40基高比較大，高程量測精度高，也可以成倍地減少外業(yè)高程控制點測量工作，有效縮短成圖周期。4首先，根據(jù)合同要求收集測區(qū)必要的控制，地形圖分幅圖名，市行交通干線等資料以及航空攝影空域申請資料，再根據(jù)空域申請資料辦理航空攝影批文及調機手續(xù)；其次，按甲方確定的重疊度要求，采用ADS40數(shù)碼航空攝影系統(tǒng)對嘉魚市全境實施影像地面分辨率為15厘米的航空攝影。在攝影同時POS按不同頻率記錄航攝儀的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)與兩個以上GPS基站同步觀測數(shù)據(jù)或同步精密星歷數(shù)據(jù)聯(lián)合再次，在完成測區(qū)航空攝影及后處理解算后，根據(jù)POS輔助空三的像控要求，對在進行像片控制測量的同時，利用ADS40配套的GPro系統(tǒng)構建項目工程，下載數(shù)據(jù)，聯(lián)合GPS同步觀測記錄或精密星歷數(shù)據(jù)對POS數(shù)據(jù)進行聯(lián)合解算，獲取每套掃分區(qū)，制作像控片實施像控測量，利用Orima軟件完成空三加密，在空三加密精度滿足規(guī)范要求后利用LPS或我公司自主開發(fā)的全數(shù)字攝影測量工作站采集和編輯地形特征點、特征線和高程數(shù)據(jù)，構TIN和質檢，生成DEM數(shù)據(jù)；同時利用自主研發(fā)的勻光軟件Geodoging對L1級像片進行勻光；利用DEM數(shù)據(jù)對勻光后的影像進行正射糾正，勾繪航帶拼接線完成影像拼接，按成果分幅和掛圖要求完成裁圖，再次利用LPS或公司自主開發(fā)的全數(shù)字攝影測量工作站進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，制作數(shù)字線劃圖。航攝外業(yè)采用數(shù)碼相機DMC對全攝區(qū)進行數(shù)碼航空攝影。除航空攝影工作外，成圖部分采用航測法與全野外實測相結合的作業(yè)方法進行。航測法是指先航攝并采用先進的全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)進行DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)；再通過全野外實測法利用先進的實時RTKGPS測量定位以及全站儀對新增地物和立體模型不清晰地物以及高程注記點等進行全野外實測形成DLG數(shù)據(jù)。即航空攝影、基礎控制測量、像片控制測量、空三加密工作結束后在MicroStation制圖軟件平臺上利用美國Intergraph公司的SSK全數(shù)字攝影測量工作站進行全要素數(shù)據(jù)采集，并按制定好的線型庫、符號庫對全要素地形圖進行初編、回放。全野外實測隱蔽地物工作底圖，外業(yè)利用初編回放的全要素工作底圖(DLG線劃圖)進行全要素野外調繪，并對隱蔽和新增地物如房屋、地名、城市設施等進行全野外采集，同時為了保證高程精度應全野外實測鋪裝路面和平坦區(qū)域內的高程注記點，然后依此為基礎在MicroStation制圖軟件平臺或對采集獲取的DGN數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉換，在AutoCAD2000軟件平臺上進行DLG數(shù)據(jù)精編，并按本工程執(zhí)行的相關技術標準對1:2000矢量地形圖數(shù)據(jù)標準要求進行分層、分色、附加相應屬性代碼等。編輯結束后再回放線劃地形圖進行野外全面巡視檢查與精度檢測并進行修改，以確保DLG圖形數(shù)據(jù)的正確性和數(shù)學精度。航攝外業(yè)采用常規(guī)相機RC30使用彩色膠片對全攝區(qū)進行航空攝影。除航空攝影工作外，成圖部分采用航測法與全野外實測相結合的作業(yè)方法進行。1、獲取嘉魚市市域范圍內約1000平方公里(預計約1300平方公里)真彩色數(shù)碼2、嘉魚市市域范圍內約1000平方公里1:2000數(shù)字高程模型(DEM)生產(chǎn)。3、嘉魚市市域范圍內約1000平方公里1:2000數(shù)字正射影像圖(DOM)生產(chǎn)。4、嘉魚市市域范圍內約1000平方公里1:2000數(shù)字線劃圖(DLG)生產(chǎn)。序號標準名稱1《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》2《航空攝影技術設計規(guī)范》34《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質量評定標準》5地球空間數(shù)據(jù)交換格式61:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范GB1596—19957國家測繪局《GPS輔助航空攝影技術規(guī)定(試行)》8國家三、四等水準測量規(guī)范9數(shù)字測繪產(chǎn)品質量要求第1部分：數(shù)字線劃地形圖，數(shù)字高程模型質量要求《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空測量外業(yè)規(guī)《1:500,1:1000,1:2000比例尺地形圖航空攝影《1:5001:10001:2000地形圖圖式》GB/T7929-1995《1:500、1:1000:1:500地形圖航空攝影測量內業(yè)《測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定》《測繪產(chǎn)品質量評定標準》武漢接壤，離武漢僅80公里，南近洞庭岳陽，東鄰京廣鐵路、京珠高速公路和107國道，西與荊州洪湖隔江相望?？h境地形狹長，全境長85公里，寬—公里，總面積1017平方公里，其中陸地面積712平方公里，水域面積305平方公里。溫C°,極端最高氣溫C°。無霜期初日3月13—16日，終日11月16—28日，全年無霜降慢、早春回溫快，農(nóng)業(yè)界限溫度(穩(wěn)定通過5C°的持續(xù)期)平均初日在2月27日，終日在12月10日，具有一些既不同于南方，也不同于北方的氣候特點。全市年均降水量為1370mm,主要特點是時空不勻，年際變化大，旱澇變幻異常。量大時達1812mm,量小時849mm,相差963mm。2-6月屬偏澇季節(jié)，7-10月屬偏旱季節(jié)。域。1)平面坐標系：采用1980年西安坐標系，3度分帶，中央子午線為東經(jīng)1142)高程基準：采用1985年國家高程基準；3)DOM成圖比例尺1:2000;4)圖幅分幅、圖名及編號：影像圖采用50cmX50cm正方形標準分幅，圖幅號位名稱；該機是小型渦輪單螺旋槳雙翼飛機，最高升限3800米，最大巡航速度180公里/小時，最小地速可低于100公里/小時，飛機姿態(tài)保持由先進的GPS全球定位系2)航攝儀：該相機共由八個探測器(鏡頭)組像；四個角鏡頭構成RGB(紅綠藍)和彩紅外四個波段影像，以與全色影像進行彩色合成，多光譜彩色合成影像的地面覆蓋范圍與全色影像覆蓋范圍完全相同。數(shù)據(jù)處理后可以得到幾種不同類型的文件格式，即全色、彩色(RGB模式)和彩紅外格式，這三種文件格式都是高分辨率(7860×13824)輸出的。由于其結構采用了×8K面陣形式的中心投影，其攝影成果與光學航攝成果在應用上完全相同。該相機還具有自動像移補償裝置(FMC),這種全電子FMC和每像素12比特的輻射分辨率設計獲得的影像質量大大優(yōu)于膠片掃描影像，先進的全電子FMC技術、高精密度光學系統(tǒng)的結合，使得DMC最高可以達到4厘米的地面分辨率。同時該相機還配備了穩(wěn)定的T-AS陀螺平臺，它可以將飛機的俯仰、側滾和旋偏等情況進行校正，先進的陀螺儀技術、動態(tài)控制組件技術、防震技術以及改良的垂直穩(wěn)定技術都確保了該相機的數(shù)據(jù)在線存儲性能尤為優(yōu)越，當相機在高輻射分辨率(12bit)、四頻段彩色模型工作狀況下，DMC相機系統(tǒng)每秒得到一幅260M原始RAW圖像。因此，控制電路需要一個特殊的高速數(shù)據(jù)傳輸和存儲設計，它由三個基于PC完整的PCI總線并行操作，相機模塊得到的圖像數(shù)據(jù)，通過各自獨立的光纖從CPU傳送到可插拔的移動硬盤，每個硬盤的容量為280G,能提供帶有三個并行的光纖通道的總容量為840G的存儲能力。DMC一次運行能拍攝并存儲2000張以上照片，這相當于傳統(tǒng)相機3桶120米膠卷。另外，可移動硬盤在運行中可更換，這樣又進一步提高了圖像存儲空間。該相機光學性能也很突出。光學鏡頭由世界著名的光學儀器公司卡爾蔡司為DMC特點。由于相機使用各自的鏡頭，全色波段和彩色波段鏡頭特性盡可能一致，這種設計使得多個較小的相機拍攝的帶有重疊的圖像的光學特性要比大孔徑的單個鏡頭還要高。DMC選用的面陣CCD成像器件，具有高光學感受品質，它的像元尺寸是12平面的2個全色波段和1個綠色波段陣列構成了對地面的前視、下視和后視成像格局，所有目標在3個掃描條帶分別記錄，能直接生成3對立體像對；R、B和近紅外波段陣Pos系統(tǒng)、GPS天線等部件組成(實物圖如圖所示)。由于DMC/ADS40數(shù)字航攝系統(tǒng)是由多個面陣/線陣的CCD探測器(鏡頭)組成(DMC用)/GPRO(ADS40用)軟件配合高配置的服務器進行影像數(shù)據(jù)輻射和幾何后4)影像數(shù)據(jù)輸出設備保持一致；外，確保攝區(qū)邊界覆蓋不少于50%像幅，極個別的部分不少于30%像幅；4)基線保證：航向超出范圍不少于2條基線；5)航高：攝影時同一航線上相鄰像片的航高差不得大于30米；同一航線上最大航高與最小航高差不得大于50米；實際航高與設計航高之差不得大于5%;6)航線的彎曲度：航線彎曲度不大于3%;7)相鄰分區(qū)之間，航向各自超出分區(qū)界限2條基線，旁向確保各自滿幅；9)航片重疊度：像片航向重疊度設計一般為60%～65%,最大不超過75%,最小不少于56%,像片旁向重疊度設計一般為30%～35%,最小不少于13%;不小于30度。1DMC設計：3RC30設計：最高點高程暫定基準面最低點高程000焦距(m)最高點與基準面高差最低點與基準面高差航高(m)基準面Qy%%最高點Qy%%最低點Qy%%基準面Px%%最高點Px%%最低點Px%%基準面m(1:)最高點m(1:)最低點m(1:)照片分辨率最低點分辨率最高點分辨率基準面分辨率絕對航高基線航線間隔南北覆蓋因子東西覆蓋因子3條基線公里3條基線航線總數(shù)：航線總長度(km)總曝光數(shù)：像元航攝比例尺/設計GSD飛行高度曝光方式GPS定點曝光GPS定點曝光GPS定點曝光影像分辨率是否有慣導否否成像方式框幅式線陣推掃框幅式數(shù)據(jù)介質硬盤硬盤膠片+硬盤后處理系統(tǒng)要求和傳統(tǒng)相機相同，無特殊要求LPS系統(tǒng)，或GeoOne無特殊要求基線長像片總數(shù)模型數(shù)量外業(yè)控制工作量按常規(guī)方法布設，工作量較大按加密分區(qū)，四角及中間適當布設少量控制點即可，工作量較少。按常規(guī)方法布設，工作量較大航線總長預計飛行小時預計架次數(shù)量333各相機的優(yōu)勢1對于天氣質量的要求較寬松，ccd的12bit輻射分辨率及先進的后處理軟件可以更清晰真實的還原地物的真實色2無需查看星歷數(shù)據(jù)，GPS僅做為參考導航使用，甚至在完全失去GPS信號的情況下，依舊可以使用手動或固定時長的方式觸發(fā)曝光。3全數(shù)字攝影測量，用于生產(chǎn)的影像分辨率和實際航攝的一4和傳統(tǒng)相機成像原理一致，后續(xù)生產(chǎn)工作無特殊要求，可在現(xiàn)有得大多數(shù)后處理平臺上進行生產(chǎn)。1對于天氣質量的要求較寬松，ccd的12bit輻射分辨率及先進的后處理軟件可以更清晰真實的還原地物的真實色2線陣推掃式成像，可以更高效的進行后續(xù)生產(chǎn)工作。3自帶Pos系統(tǒng)，較少外業(yè)控制的工作量，更加快速的進行后續(xù)生產(chǎn)4100%航向重疊，無需考慮航向問題。1大像幅可以有效地節(jié)約航攝飛行時間，提高航攝效率。減少模型數(shù)量，提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。缺點1像幅較小，模型數(shù)量較多，增加外業(yè)和后續(xù)生產(chǎn)工作量。1星歷質量對飛行時間有一定限制。航攝過程要注意考慮星歷預報。2對飛行質量要求比較高，要避免坡度、衛(wèi)星遮擋等問題。3單模型數(shù)據(jù)文件容量較大，多數(shù)傳統(tǒng)的后處理平臺無法支持，需要LPS等的支持。1對天氣質量要求較高，可飛天氣較少。2影像受掃描分辨率的影響，實際得到的影像分辨率較低。1)采用GPS按設計航跡坐標導航、實施定點曝光。2)航線按常規(guī)方法敷設，利用相機配套任務設計軟件ISMP(DMC/RC30使用)、FPES(ADS40/RC30使用)對每個分區(qū)進行航線設計，確保攝區(qū)邊界實際覆蓋不少于像幅的50%(個別部分不少于30%)。在便于施測像片控制點及不影響內業(yè)正常加密時，旁向超出攝區(qū)邊界線不少于像幅的13%,可視為合3)分區(qū)邊界覆蓋應滿足分區(qū)間各自滿幅的要求。4)旋偏角一般不大于12°,在確保航