淺析國產數碼航空攝影測量相機SWDC-4在“數字朔州”中的應用

2014-03-08 06:55:51王躍軍

經緯天地 2014年6期

□ 王躍軍

（山西省遙感中心，山西太原030001）

□ 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字城市地理空間框架建設推廣城市，“數字朔州”地理空間框架建設項目，本著“城市主導、統籌規劃，需求牽引、科技推動，統一設計、資源共享，多元投入、共建共享”的原則，開展基礎地理信息數據更新建庫、構建地理信息公共平臺和典型應用示范等工作。在項目進行過程中，國產數碼航空SWDC-4發揮了重要作用，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。

數字城市；航空攝影測量；數碼航空攝影測量相機

0.前言

“數字城市”是“數字地球”的重要組成元素，是信息社會城市發展的重要戰略?！皵底殖鞘小睘橥七M國民經濟和城市信息化建設提供了很好的平臺，國家測繪地理信息局于2006年啟動了數字城市地理空間框架建設試點工作，通過在全國范圍內選擇若干具備條件的城市，本著“城市主導、統籌規劃，需求牽引、科技推動，統一設計、資源共享，多元投入、共建共享”的原則，開展基礎地理信息數據更新建庫、構建地理信息公共平臺和典型應用示范等工作，全面推進數字中國地理空間框架的建設。

“數字朔州”是我國數字城市建設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年數字城市地理空間框架建設推廣城市。項目建設內容為：在完善基礎地理信息數據的基礎上，建設一套數據庫、一個地理信息公共平臺，六個典型示范應用系統、一套運行維護機制。SWDC數字航空攝影儀，是由中國科學院院士劉先林主持研制的數碼航空攝影儀，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泛應用于基礎測繪以及“數字城市”建設等領域。

1.應用實例

本次應用主要是通過航空攝影儀進行數據采集，通過影像預處理、空三加密等工作流程，檢驗利用SWDC-4，進行大比例尺DOM生產的精度。

1.1.技術流程

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

1.2.航空攝影

1.2.1 航線設計

航攝儀基本參數，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，設計影像分辨率0.05米，航向重疊為60%～65%，最小不應小于56%；旁向重疊為30%～35%，最小不應小于15%。航線間應避免出現相對漏洞和絕對漏洞。航線基本參數如表1-2所示：

表1-2 航線設計基本參數表

1.2.2 航空攝影

為保證航空攝影質量，工作中要嚴格按照以下要求執行：

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

（2）旋偏角的控制：航攝儀檢影器可監視偏流，調整相機主體修正偏流。飛機在預備線上飛行時，要根據飛機的真航向和GPS導航系統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整都要在預備線上完成。正式作業開機后，攝影員要實時監控檢影器和水平儀，及時根據飛機受氣流影響變化狀況，跟蹤調整。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。

（3）航線彎曲度：為保證飛機有充分的時間以平穩的姿態進入航線，設計預備線長度為3公里。由于有足夠的預備線長度，且GPS導航系統能直觀航跡偏差，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高度。當飛機上高度表數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。實際航高與預定航高之差不應大于航高的5%。為防止空中GPS失鎖，飛機轉彎角度應不小于15度。

（5）攝影質量的控制：嚴格控制天氣標準是獲取高質量影像的必備條件。彩色航空攝影應選擇能見度大于5公里的碧空天，由于本次航攝采用SWDC-4數字航攝儀，因此在云高滿足攝影要求的情況下可以適當調整，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檢查，確保電路、機械傳動部件工作正常，設備各項設置參數正確無誤，光學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。

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

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

1.2.3 影像預處理

影像預處理分為航空影像預處理和像主點GPS坐標解算兩個步驟，航空影像預處理包括格式轉換、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內容，如圖1-3所示：