浅析航空摄影测量的过程控制.doc

1、浅析航空摄影测量的过程控制胡润强（甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃 天水 741002）摘要：本文从航摄技术设计、数据获取、影像质量和航摄成果资料检查验收等方面浅析航摄的过程控制和质量要求。旨在探讨提高航摄质量的过程控制。 关键词：航空摄影；数据获取；成果应用 ANALYSIS ON THE PROCESS CONTROL OF AERIAL PHOTOGRAMMETRYHU Run-qiang（Comprehensive survey team , Gansu Provincial Bureau of Coal Geology,Tianshui 741002）Abstract: The pro

2、cess control and quality requirements of aerial photographic design, data acquisition, image quality and aerial survey results are analyzed in this paper. Discussion on the process control of improving aerial photographic quality.Keywords: Aerial photography; Data acquisition; process control; Appli

3、cation results1 引言 航空影像数据以其直观、信息量丰富，可读性强等诸多优点，使它既是基础地理数据产品的重要组成部分，又是生产或合成其它基础地理数据产品的信息来源与基础。利用航空影像数据，通过全数字摄影测量系统的处理，可以生产数字线划图（DLG） 、数字高程模型（DEM） 、数字正射影像图（DOM）等 4D 产品并建立相应的数据库，通过这些基础数据产品，还可以制作生产一个地区的等高线图，三维景观图等其他附加产品。航空影像数据是“数字城市”建设的重要组成部分。2 航摄技术设计的质量控制 航摄技术设计是航空摄影的最主要的环节之一。根据测图单位所测制的地形图的成图比例尺、成法、精度要求

4、、航摄期限和其他特殊要求，严格按照设计程序把好设计质量关，对可能影响航摄成果质量的诸多因素进行有效的防范和控制。2.1 航摄比例尺和焦距的确定 航摄像片比例尺和航高直接关系到航空摄影测量的平面和高程精度、图面综合取舍指标、像片影像分辨率等因素。选择航摄比例尺主要应考虑内业精度放大倍率的限值和由高程精度要求所决定的航高限值。 平坦地区宜选择短焦距的航摄仪，以便提高立体建测的精度，使高程中误差在允许值以内；在山地 、高山区宜采用长焦距的航摄仪，如果在山区特别是高山区仍采用短焦距的航摄仪进行航摄，会增加航摄死角。 2.2 航高的确定 根据航摄比例尺分母 m 和航摄仪焦距的乘积计算摄影航高 (飞机相对

5、摄区的平均平面的高度)。像片上某两点间的距离与地面上相应两点的水平距离之比，叫像片比例尺。通常用 表示： （ 摄影镜头的焦距； 镜头中心相对于地面的高度，称为相对航高。 ）由于各种因素的综合影响，蛇形时飞机不可能始终保持同样的高度，地面也总有起伏，航高并不一致，因而像片上各部分的比例尺亦是不一致的。 2.3 航摄分区的确定 根据摄区内的航摄比例尺、平均平面的高程、地形高差、飞行安全等因素，合理划分航摄分区并确定飞行高度，使全摄区航摄比例尺基本保持一致。航摄分区一般要求分区界线应与成图图廓线一致，当航摄比例尺小于 1：8000 时，不大于 14 相对航高；当航摄比例尺大于或等于 1：8000 时

6、不大于 16 相对航高。2.4 航线设计与敷设 一般应按图幅中心线或相邻两排图幅的公共图廓线敷设。保证平行于摄区边界线的首末航线敷设在摄区边界线上或边界线外，确保摄区边界实际覆盖不少于像幅的 30。 2.5 航摄时间的限定 要在规定的航摄期限内，选择晴朗天气多、大气透明度好、光照充足、地表植被对摄影质量影响最小的季节进行摄影。对于农区和林区，应尽可能在当地的春末、夏初时期摄影。对坡度特大的陡峭山区，应在太阳高度角较高的季节摄影。平地航摄时，太阳高度角应大于 20。 ，丘陵地航摄时，太阳高度角应大于 30。 ，山地航摄时太阳高度角应大于 45。 。高层建筑密集的城区和高差特大的山区，摄影时间应限

7、制在当地正午前后 1 小时内。 3 航空影像数据的获取航空影像数据的获取是通过在飞机上加载摄影平台（航摄仪） ，按一定的要求拍摄地面来获取影像数据的。随着仪器的不断发展，技术手段的不断更新，航空影像数据获取变得更加快捷、高效率、高质量。（1）普通航摄仪：如 RC 系列、LMK 系列等，他们采用航摄胶片来记录拍摄的地面影像数据，数字影像数据要经过专用的航片扫描仪处理来获得。（2）数字航摄仪（DMC）：如德国 Carl Zeiss（卡尔 蔡司）公司和美国Intergraph 公司合作生产的用于地图量测的数字航空摄影仪，数字航摄仪主要由陀螺平台、像机镜头单元、像机中心电子单元、数据存储系统、航飞管理

8、控制系统、飞行软件系统和航空摄影数据后处理系统七大部分组成。 可同时得到黑白、彩红外和真彩色的数字影像。相对于普通航摄仪，数字航摄仪既节约了成本，又提高了工作效率，并在产品种类、质量和成果可靠性上都有较大的提高。（3）推扫式航摄仪：如瑞士徕卡公司的 ADS100，由瑞士徕卡测量系统股份有限公司生产，系统采用推扫式成像，象元尺寸 5um、焦距 62.5mm、CCD 宽度达 2 万象元，与国内目前同类设备相比，该系统具有航摄效率高、数据信息量丰富、系统性能稳定、内部集成高精度 IMU 系统等一系列优势，可以满足 1500至 11 万等各种比例尺的航空影像数据采集需求。可同时获得前视、底点、后视的地

9、面立体影像，影像 100%三度重叠并且连续无缝。其本质也是数字航摄仪。（4）LIDAR +CCD 相机：如加拿大 OPTECH 公司生产的 ALTM3100 和德国 IGI公司生产的 LiteMapper5600。LIDAR 也叫机载激光雷达，是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，是由 GPS（全球卫星定位系统） 、INS （惯性导航系统）和激光测距三大技术的集成应用系统。可直接获取一个地区高精度的数字高程模型（DEM ） 、数字地表模型（DTM） 、数字正射影像图（DOM）, 由于这种方法可以直接获取高精度的正射影像数据，免去了影像处理的环节，它的成果可以广泛应用于城市测绘、规划、林业

10、、交通、电力、灾害等部门。4 飞行的质量控制 4.1 测区覆盖范围的控制 测区边界航向覆盖应超出测区边界线不少于一条基线，旁向覆盖应超出测区边界线不少于像幅的 30。分区边界应能满足分区各自独立和满幅的要求。分区边界线如果航向相同，旁向正常对接，航向各自超出分区边界一条基线。航向不同，航向各自超出一条基线，旁向超出不少于像幅的 30 。 4.2 像片重叠度的控制 供航测内业用的像片要考虑到像场边缘各种光学误差的增加，像片边缘15 厘米内的影像一般不予采用。当个别像对的航向重叠小于 56但大于53，且相邻像对的航向重叠大于或等于 58时或旁向重叠小于 20但大于l3时，至少要确保满足相邻像对(三

11、片重叠 )的立体测图定向点和测绘工作边距像片边缘不小于 1.5 厘米的要求。在地面起伏较大的山区和高山区，因投影差的影响可使影像向像片边缘移位，可能造成影像重叠减少，因此山区航摄时，必须加入由于地形起伏引起的的重叠度误差的改正数。不同地形条件下的像片航向和旁向重叠度一般按下述指标参考，平地 6o 2和 25 2；丘陵地 62 3和 28 3 ；山地 65 5 和 32 5 ；高山地 70 5 和 38 10 。 4.3 像片倾斜角的控制 普通飞行条件下的低空航摄，由于气象状况的不稳定性，可能出现较大的倾斜角，在航高小于 1200m 时，允许个别像片倾斜角最大不超过 4。 。但应当考虑到圆水准气

12、泡的移动滞后于飞机的倾斜动作，特别当倾斜角较大时，气泡压于圆水准器的边缘，无法读出正确的角值。所以当气泡读数稍大于 3。 时，实际倾斜角已可能达到 4。 。 4.4 像片旋偏角的控制 在山区或低空航摄时，由于气流变化较大，经常出现大于 10。 甚至更大的旋偏角，影响到内业加密的相对定向和模型连接的精度，随着数字测图仪器的发展，对旋偏角的要求可适当放宽。一般情况下航摄比例尺小于或等于 1：8000 相对航高大于 1200 米时，旋偏角不大于 8。 ；航摄比例尺小于 1：4000 、大于1：8000，旋偏角不大于 10。 ；航摄比例尺大于或等于 1：4000，旋偏角不大于12。 。在确保航向、旁向

13、重叠度能符合规范要求的前提下，个别像对的旋偏角可略大于 12。 ，但不能超过总数的 4 ，接近最大旋偏角的像片不得连续超过三片。4.5 航线弯曲度的控制 全数字摄影测量系统采用自动空中三角测量，航线弯曲度可不作强调要求，但考虑减少航测时的工作量，航线弯曲度一般应小于 3。 4.6 航高差的控制 为了保证预定的像片比例尺达到航摄设计要求，一般按以下要求控制：航摄比例尺大于 1：10000 时，同一航线上相邻像片的航高差不大于 20m最大最小航高差不大于 30m。摄影分区内的实际航高与设计航高之差不大于 50m，当相对航高大于 1000m 时，摄影分区内的实际航高与设计航高之差不得大 于设计航高的

14、 5；当航摄比例尺小于 1：10000 时，同一航线上相邻像片的航高差不大于30m，最大最小航高差不大于 50m。摄影分区内的实际航高与设计航高之差不得大于设计航高的 5。 5 航空影像处理的方法航空影像处理经历了从模拟摄影测量、解析摄影测量到全数字摄影测量三个阶段的发展。每个阶段的发展都是技术的一次飞跃与革新，也是生产力提升的重要体现。由于目前模拟摄影测量手段落后，仪器设备也都已经淘汰，解析摄影测量已趋没落。下面就全数字摄影测量、单片微分纠正、数字影像几何精纠正等方法作简要介绍。5.1 全数字摄影测量方法全数字摄影测量现已成为大规模生产 4D 产品的主要方法与手段，它的普及程度非常广泛，它的

15、成果经过处理与合成还可以生产等高线图、三维景观图等附加产品，全数字摄影测量的推广与应用为国民经济与社会发展做出了重要贡献。5.2 单片微分纠正单片微分纠正是利用已有的 DEM 数据来对航片或卫片进行正射纠正的一种处理方法，由于航片本身可用来生产 DEM 数据，因此这种方法多用于卫星影像的处理。5.3 几何精纠正几何精纠正采用一般采用双线性内插、二次多项式、三次多项式等纠正算法来纠正单片影像数据，纠正后的影像数据再拼接镶嵌，形成整幅影像数据。6 航空影像数据的应用6.1 用于生产基础空间信息产品（4d 产品）（1）数字线划图（DLG） 。（2）数字高程模型（ DEM） 。（3）数字正射影像图（

16、DOM） 。（4）附加产品：等高线图、城市三维模型数据。6.2 用于专题地图产品制作（1）单纯影像地图产品： 影像地图集 、 影像交通图 。（2）与卫星影像的叠加融合来突出城市建设、用地扩展、绿化、水资源利用、土地利用等专题信息。（3）作为矢量数据的背景，应用于各种专题数据的统计、分析。6.3 专题地理信息系统的研制（1） 影像地图查询系统 。（2） 城市三维地理信息系统 。（3） 林业调查系统 。（4） 违章建筑监控系统 。7 航摄成果检查验收的质量控制 7.1 航摄成果资料检查 按规范和航摄合同的规定对航摄底片、像片、像片索引图、各类记录数据和表格等全部成果资料，逐项进行认真的检查，详细填

17、写检查记录，按照GBT161761996国家基础航空摄影产品注记与包装规范 整理提交验收单位验收。 7.2 航摄成果资料验收 严格按照 GBT15661国家基础航空摄影产品检查验收和质量评定实施细则和航摄技术设计书的要求进行验收。对航摄过程中因客观原因造成的局部质量问题，应从成图的要求和综合经济效益考虑，提出协商补救的措施，合理评价成果资料质。7.3 主要检查验收方法 （1）数据测定法：凡是能够通过人工量测和仪器测定以数据表达的指标，都必须分项进行全面量测和分批进行抽样测定，尽可能做到科学化、数据化。样片比较法：在抽样测定数据的基础上，根据航摄规范所规定的质量指标，制定不同地区、不同景物特征的

18、标准样片，通过对照同类样片进行比较，鉴别摄影质量的优劣。 （2）目视检查法：是检查验收工作采用的主要方法，对摄影和摄影测量的实践经验和对规范、合同条款的正确理解，是目视检查者必须具备的基本条件。 7.4 检查验收内容 （1）航摄参数质量检查：检查航摄仪检定数据、航飞报告数据、底片密度测定数据、GPS 站点测量数据及精度检测报告等数据是否符合航摄规范要求。 （2）飞行质量检查：检查摄区、分区图廓覆盖情况，航摄比例尺、航向重叠和旁向重叠、绝对漏洞和相对漏洞、像片倾斜角、旋偏角、航线弯曲度、最大航高与最小航高之差、实际航高与设计航高之差、补摄与重摄等是否符合航摄规范和技术设计要求。 （3）影像质量检

19、查：检查影像清晰度、最大密度 Dmax、最小密度 Dmin、灰雾密度 Dn、影像反差 AD、影像色调、打印质量、像点位移、框标、水准气泡、时钟、气压高度表、云影等是否符合航摄规范和技术设计要求。 （4）附件质量检查：检查打印像片的编号、摄区分区和航线及像片结合图、航摄仪技术参数检定报告、航摄飞行记录、航摄资料移交书、航摄产品自检报告等。检查其数据是否正确、齐全、完整、规范。 8 结束语 航空影像产品以其直观、信息量丰富，可读性强等诸多优点在城市规划、城市建设中发挥了重要作用，受到广大城市规划、建设决策者和工程技术人员的青睐，在未来的测绘工作中，生产高品质的航空影像产品仍然是一项重要工作，同时，

20、应加强产品开发的系统化深度，促进技术的融合，努力提高航空影像产品的应用层次和应用范围。航空摄影是一项复杂性、综合性、技术性很强的系统工程，航摄质量的优劣，直接影响到已广泛应用于国土测绘、资源勘探、城镇规划、农业开发、水利工程、土地利用监测、环境监测、防灾减灾及重点经济建设项目测绘产品质量，因此，对航摄过程中各环节进行质量控制是十分必要的。 参考文献：1张祖勋，张剑清，数字摄影测量M. 武汉：武汉测绘科技大学出版社，19962陈述彭，鲁学军，周成虎，地理信息系统导论M.北京：科学出版社，20003翁永玲.论数字摄影测量的产品与 GIS 的融合J,铁路航测,2002,(2):12-134 1:500 1:1000 1:2000 地形图航空摄影测量内业规范 GB/T 7930-20085数字航空摄影测量 空中三角测量规范 GBT23236-2009胡润强（1968 ）, 男,甘肃静宁人,1991 年毕业于西安矿业学院测绘工程系 ,高级工程师.联系方式：甘肃省天水市秦州区皂郊路 6 号普查队,邮编：741002.电话： 0938-4903146 13085986061. E-mail： .