低空數(shù)字航空攝影在大跨度地形測繪中的應(yīng)用

低空數(shù)字航空攝影在大跨度地形測繪中的應(yīng)用

1多在基礎(chǔ)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用低空攝影是近年來我國電子技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，形成的一種新型的空間遙感手段。低空數(shù)字航空攝影以其快速、靈活、高效的特點(diǎn)越來越多地應(yīng)用于測繪、國土監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急及新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃等領(lǐng)域。對低空數(shù)字航攝成果檢查驗(yàn)收工作中,依據(jù)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T24356《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》中存在對低空數(shù)字航攝質(zhì)量子元素部分未包含或不明確的地方,本文通過對低空數(shù)字航攝成果進(jìn)行分析和研究,依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,歸納低空數(shù)字航攝成果質(zhì)量檢查指標(biāo)體系,針對檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范間未明確或未包含的部分提出質(zhì)量檢查內(nèi)容及方法。2航攝像片的獲取按CHZ3005-2010《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》的要求,低空數(shù)字航攝成果包含:航攝技術(shù)設(shè)計(jì)書、航攝影像、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)安裝示意圖、攝區(qū)完成圖、航線示意圖、航攝飛行記錄、相機(jī)檢校參數(shù)報(bào)告、航攝資料移交書、GPS輔助低空攝影附加資料移交書、機(jī)載GPS接收機(jī)檢定報(bào)告、航攝軍區(qū)批文、航攝資料審查報(bào)告及航攝單位的檢查報(bào)告等。其中航攝影像為數(shù)字航片,其數(shù)據(jù)的格式為通用格式。與通常要求不同的是,該規(guī)范要求數(shù)字航片在提交檢查驗(yàn)收前需做預(yù)處理(格式轉(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)影像、畸變差改正及增強(qiáng)處理),且沒有強(qiáng)制要求制作航片輸出片。另外,航攝使用的非專業(yè)航攝數(shù)碼相機(jī)獲取影像的幅面較小,因而每平方千米的像片數(shù)量是專業(yè)航攝數(shù)碼相機(jī)的數(shù)倍;低空數(shù)字航攝一般多用于災(zāi)害應(yīng)急、國土監(jiān)測、新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃及小面積的大比例尺測繪等,航線的設(shè)計(jì)往往是沿地形、災(zāi)害點(diǎn)的形狀、監(jiān)測的線路、居民點(diǎn)的分布等特定位置進(jìn)行的;成果中的相機(jī)安裝示意圖為低空航攝的特殊要求,示意圖中標(biāo)明了航攝時影像姿態(tài)與相機(jī)間的對應(yīng)關(guān)系;在POS數(shù)據(jù)中,記錄了曝光點(diǎn)飛行平臺的姿態(tài)及GPS定位坐標(biāo),由于低空飛行器的容積有限,一般都將航攝相機(jī)直接水平地固定在飛行平臺上,因此可以近似地認(rèn)為曝光點(diǎn)飛行平臺的姿態(tài)也是數(shù)字航片的姿態(tài),在檢驗(yàn)時可以根據(jù)這一特點(diǎn)加以利用。3低空數(shù)字航空攝影質(zhì)量體系組成及檢查內(nèi)容依照CHZ3005-2010《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》對低空數(shù)字航空攝影及成果質(zhì)量的規(guī)定,參考GB/T24356《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》中航空攝影部分質(zhì)量元素的劃分,本文對低空數(shù)字航空攝影質(zhì)量體系的組成及其檢查內(nèi)容進(jìn)行了歸納,如表1所示。4檢查方式及程序確定了低空數(shù)字航空攝影成果質(zhì)量元素的劃分及檢查的內(nèi)容后,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行成果質(zhì)量檢驗(yàn)。航攝成果的組成分為數(shù)字航片、POS數(shù)據(jù)及文檔資料等三類,針對成果的特性可采用三種檢查方式,即人工對照檢查、人機(jī)交互檢查和程序自動檢查。一般附件質(zhì)量采取人工對照檢查方式,數(shù)據(jù)質(zhì)量、飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量采用人機(jī)交互檢查方式,可利用專業(yè)的檢查軟件對數(shù)據(jù)質(zhì)量、飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量進(jìn)行程序自動檢查。根據(jù)表1中質(zhì)量元素分析,數(shù)字航片在質(zhì)量元素中所占的比重最大,文檔資料次之,POS數(shù)據(jù)是輔助航攝成果。雖然數(shù)字航片很重要,但決定其成果能否使用的關(guān)鍵卻在文檔資料方面。文檔資料決定了航攝成果的合法性、規(guī)范性及完整性。因此,檢驗(yàn)的順序應(yīng)首先從文檔資料開始?，F(xiàn)就各檢查項(xiàng)的檢查方法這一關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。4.1航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書首先檢查航攝合同、航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書、相機(jī)檢校參數(shù)報(bào)告、航攝資料移交書、航攝軍區(qū)批文、航攝資料審查報(bào)告、機(jī)載GPS接收機(jī)檢定報(bào)告、航攝單位的檢查報(bào)告等資料是否齊全。航攝合同決定了航攝項(xiàng)目的來源、位置、范圍大小、技術(shù)基本要求及應(yīng)移交的成果內(nèi)容等。航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書決定了航攝的實(shí)施方案、飛行參數(shù)及技術(shù)保障等。相機(jī)檢校參數(shù)報(bào)告及機(jī)載GPS接收機(jī)檢定報(bào)告等決定了航攝系統(tǒng)的有效性。航攝軍區(qū)批文、航攝資料審查報(bào)告等決定了航攝成果的合法性。航攝資料移交書反映了移交成果的全部內(nèi)容。航攝單位的檢查報(bào)告確定了航攝成果的生產(chǎn)、檢查程序符合相關(guān)規(guī)范要求。其次根據(jù)航攝合同及航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書的要求檢查航攝影像、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)安裝示意圖、攝區(qū)完成圖、航線示意圖、航攝飛行記錄、GPS輔助低空攝影附加資料移交書等資料是否齊全、內(nèi)容是否正確。4.2航空攝影檢測設(shè)備數(shù)據(jù)質(zhì)量各檢查項(xiàng)的具體檢查方法如下:(1)采用人工方式檢查低空攝影系統(tǒng)檢定報(bào)告中的精度及指標(biāo)數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)規(guī)范要求,后期生產(chǎn)作業(yè)需使用的參數(shù)(如鏡頭的焦距、像幅及CCD的大小、像主點(diǎn)的坐標(biāo)等)是否齊全。(2)采用人機(jī)交互方式或程序自動方式檢查文件組織和命名、數(shù)據(jù)格式、數(shù)字航片編號等是否符合航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書及相關(guān)規(guī)范的要求。(3)采用人機(jī)交互方式檢查GPS數(shù)據(jù)處理、數(shù)字航片中心點(diǎn)POS數(shù)據(jù)的符合性。(4)采用人工方式檢查是否對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行過畸變差改正,檢查是否做過空中三角測量精度驗(yàn)證及其精度情況。(5)采用人工方式檢查數(shù)字航片的存儲與包裝是否符合要求等。數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查需綜合利用三種檢查方式,檢查結(jié)果見圖1。4.3飛行記錄檢查飛行質(zhì)量各檢查項(xiàng)的檢查方法如下:(1)采用人工方式對照航攝合同及相關(guān)規(guī)范檢查航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書,主要檢查內(nèi)容包括航攝的實(shí)施方案(如任務(wù)范圍、用途、飛行平臺的選擇、飛行季節(jié)及時間的確定、輔助系統(tǒng)使用等)、飛行參數(shù)(如地面分辨率值的大小,航攝分區(qū)的劃分,重疊度、傾角、旋角的規(guī)定等)及技術(shù)保障(如航攝系統(tǒng)滿足的條件,制定的安全飛行方案及應(yīng)急預(yù)案,GPS地面基站點(diǎn)的布設(shè)等)等。(2)采用人機(jī)交互方式檢查航向及旁向的重疊度,人機(jī)交互方式可利用通用的影像軟件(如Photoshop)調(diào)入數(shù)字航片進(jìn)行檢查,如圖2、圖3。(3)采用人機(jī)交互方式讀取POS數(shù)據(jù)檢查像片傾角。(4)采用人機(jī)交互方式,利用通用影像軟件(如Photoshop)調(diào)入數(shù)字航片檢查像片旋角;或利用編制的檢查軟件讀取POS數(shù)據(jù)檢查像片旋角,如圖4。(5)采用人機(jī)交互方式,利用通用專業(yè)軟件讀取POS數(shù)據(jù)檢查覆蓋保證、航線彎曲度及漏洞補(bǔ)攝,如圖5。(6)采用人機(jī)交互方式或利用編制的檢查軟件讀取POS數(shù)據(jù)檢查航高保持。(7)采用人工方式,對飛行記錄進(jìn)行檢查。飛行質(zhì)量的檢查主要采用了人工/人機(jī)交互兩種檢查方式,檢查結(jié)果如圖6。4.4影像的儀器分析和立地條件分析,如影像質(zhì)量各檢查項(xiàng)的具體檢查方法如下:(1)采用人機(jī)交互方式或利用編制的檢查軟件讀取POS數(shù)據(jù)或?qū)φ诊w行記錄檢查影像的地面分辨率是否符合要求。(2)采用人機(jī)交互方式利用通用影像軟件(如Photoshop)調(diào)入數(shù)字航片檢查影像的清晰度、色彩情況、層次的豐富性,查看并統(tǒng)計(jì)影像被云、霧、煙等遮蓋的程度,檢查影像的拼接質(zhì)量及影像中的噪音、色斑、壞點(diǎn)等情況。(3)利用專業(yè)程序?qū)︼w行記錄及影像的地面分辨率進(jìn)行自動分析,檢查影像的像點(diǎn)是否位移。影像質(zhì)量的檢查主要采用了人機(jī)交互/程序自動檢查兩種檢查方式,檢查結(jié)果如圖7。綜上所述,低空數(shù)字航空攝影一般采用的是非專業(yè)航攝數(shù)碼相機(jī),獲取影像的幅面較小,加上飛行平臺較輕在空中的穩(wěn)定性較差,為避免出現(xiàn)航攝漏洞,數(shù)字航片的重疊度往往偏大(如圖2的航向重疊和圖3的旁向重疊),因而每平方千米像片的數(shù)量是專業(yè)航攝數(shù)碼相機(jī)的數(shù)倍,在無航片輸出片的情況下,采用人機(jī)交互方式利用通用影像軟件調(diào)入數(shù)字航片進(jìn)行檢查,其工作量是相當(dāng)大的,且檢查所需的時間也較長。因此需盡可能