航空攝影測量的技術流程

1、嘉魚市國土資源局航空攝影測量及DEM、DOM、DLG生產(chǎn)項目技術文件航空攝影部分武大吉奧信息技術有限公司2009年10月目錄1 航攝技術文件 31.1 技術說明 31.1.1 含慣導的 ADS40 技術路線 31.1.2 不含慣導的 DMC 技術路線 51.1.3 傳統(tǒng)彩色膠片相機技術路線 61.1.4 作業(yè)流程 71.2 技術方案 81.2.1 主要工作內(nèi)容 81.2.2 技術依據(jù) 81.2.3 測區(qū)概況 91.2.4 成圖規(guī)格 111.2.5 航空攝影 121 航攝技術文件1.1 技術說明1.1.1 含慣導的 ADS40 技術路線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

2、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 體狀態(tài)，使用 ADS40 航攝系統(tǒng)進行航攝，一方面可以直接獲取高清晰、高 品質、

3、高分辨率、 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采用 ADS40 實施航攝的總體技術步驟包括資料收集和空域申請、 POS 輔助航空攝影、像片控制測量、航攝內(nèi)業(yè)四個部分。首先，根據(jù)合同要求收集測區(qū)必要的控制， 地形

4、圖分幅圖名， 市行政劃 分，主要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(diào)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 解算來獲得每張像片精確外方位元素數(shù) 據(jù)。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，對加密分區(qū)實施像片控制測量。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)

5、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， 獲取每套掃描線準確的外方位元素， 再進行自動點匹配工作 ，糾正 影像得到 L1 級影像，劃分加密分區(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 LP

6、S 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。1.1.2 不含慣導的 DMC 技術路線航攝外業(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 RTK GPS 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MicroStatio n制圖軟件平臺上利用美國In terg

7、raph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(diào)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(nèi)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

8、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。1.1.3 傳統(tǒng)彩色膠片相機技術路線航攝外業(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。（有關航測法的說明見 1.1.2）1.1.4作業(yè)流程空域申請航攝準備航空攝影成果提交說明：藍色虛線框內(nèi)為ADS40航攝方案所需的流程。1.2技術方案1.2.1主要工作內(nèi)容1、獲取嘉魚市市域范圍內(nèi)約1000平方公里（預計約1300平方公里） 真彩色數(shù)碼航片。2、嘉魚市市域范圍內(nèi)約

9、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(nèi)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(nèi)約1000平方公里1:2000數(shù)字線劃圖（DLG ）生 產(chǎn)。1.2.2技術依據(jù)序號標準名稱標準代號1全球疋位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程CJJ73-972航空攝影技術設計規(guī)范GB/T19294-20033城市測量規(guī)范CJJ8-994數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質量評定標準GB/T18316-20015地球空間數(shù)據(jù)交換格式GB/T: 500、1 : 1000、1 : 2000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范GB159

10、6 19957國豕測繪局GPS輔助航空攝影技術規(guī)疋（試行）8國家三、四等水準測量規(guī)范GB 12898 919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GB/T17941.1高程模型質量要求2000101 : 500、1 : 1000、1 : 2000地形圖航空測量外業(yè)規(guī)范GB7931-87111 : 500 , 1 : 1000 , 1 : 2000比例尺地形圖航空攝影規(guī)范GB6962-2005121:500 1:1000 1:2000地形圖圖式GB/T7929-1995131: 500、1: 1000: 1: 500地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范GB7930 8714測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定

11、CH1002-9515測繪產(chǎn)品質量評定標準CH1003-951.2.3測區(qū)概況1.2.3.1地理位置及地貌氣候特征嘉魚市位于東經(jīng)113 39114 22北緯29 4830 19地處長江中游南 岸，北與武漢接壤，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。縣境地形狹長，全境長 85公里，寬5.717.9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。嘉魚市屬亞熱帶濕潤型季風氣候。具有四季分明、氣候溫和、濕度較大、日照充足、雨熱同季、無霜期長等特點。 境內(nèi)平原與丘崗氣候亦無明顯區(qū)別全縣年平均氣溫17OC。最

12、冷月為一月，平均氣溫4.5 C，極端最低氣溫-12 C ;最熱月為七月，平均氣溫 29.2C，極端最高氣溫40.2C。無霜期初 日 3 月 1316 日，終日 11 月 1628日，全年無霜期 249-262天。因受幕 阜山脈的阻隔，冬、春季冷暖氣流交匯于長江流域，冬季氣溫下降慢、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

13、屬偏旱季節(jié)。1.2.3.2 測區(qū)范圍測區(qū)范圍示意圖如下：備注：測區(qū)面積約1000平方公里。（圖中紅色陰影部分）1.2.3.3困難等級從氣候條件、空域條件、地形地貌條件等綜合分析，該地區(qū)屬航空攝影 二類區(qū)域。1.2.4成圖規(guī)格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)114度;2) 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， 圖幅號按西南角坐標編號； 以圖內(nèi)顯著地理或單位名稱做該圖圖名。5) 正射影像圖整飾：正射影像圖整飾均按相應圖式執(zhí)行，圖幅的右上

14、角加注“秘密”字樣、東圖廓下邊加注“嘉魚市國土資源局”字樣、西圖 廓下邊加注生產(chǎn)單位名稱；1.2.5 航空攝影1.2.5.1 使用設備1) 航攝飛機： Y-5 飛機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全球定位系統(tǒng)與相機陀螺平臺共同承擔， 在航跡修正，飛機的俯仰、橫 滾與側滾的控制方面均能達到較滿意的效果。2）航攝儀:In tergraph 的 DMC該相機是美國In tergraph公司生產(chǎn)的全波段數(shù)字航攝儀，該相機基于CCD面陣的模塊化設計，具有非常 高的內(nèi)部穩(wěn)定性，以達到在幾

15、何和輻 射兩方面的高分辨率和用戶化最佳 系統(tǒng)性能。該相機共由八個探測器（鏡頭）組成，中間四個7KMK的面陣全色 組合鏡頭構成一個13.5K WK的大面陣，獲得全色影像；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（7860X13824）輸出的。由于其結構采用了 13.5K$K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

16、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 DMC 能夠拍攝出高品 質的圖像。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 （ 1 2bit）、 四頻段彩色模型工作狀況下， DMC 相機系統(tǒng)每 2.3 秒得到一幅 260M 原始 RAW 圖像。因此，控制電路需要一個

17、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量身定做的，它具有最小的畸變、較大的光圈（f/4）、高分辨率， 同質的視場響應等特點。 由于相機使用各自的鏡頭， 全色波段和彩色

18、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 um*12 um，并提供高線性動態(tài)范圍的輻射分辨率（12bit）。該CCD具有 四個角并行輸出信號的能力， 這種輸出能力對提高信噪比和每 2.3 秒完成一 幅圖像的重復輸出能力是非常重要的。Leica 的 ADS40ADS40 采用高分辨率線陣列 CCD 元件為探測器件 ,鏡頭采用中心垂直投影設計，焦平面的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

19、分別記錄，能直接生成 3對 立體像對；R、 E和近紅外波段陣列安置在下視和后視位置，通過三色分色鏡記錄目標的多光譜信息，能夠通過 Gpro軟件融合生成真彩色影像。航空 攝影時，傳感器采用推掃式成像原理,8個通道同時對地面連續(xù)采樣，同時獲取 目標的多波段影像，飛行期間影像數(shù)據(jù)、GPS接收機產(chǎn)生的2Hz定位數(shù)據(jù)、 IMU產(chǎn)生的200Hz定位和姿態(tài)數(shù)據(jù)以及其它管理數(shù)據(jù)以特定的格式記錄在 MMS中,整個系統(tǒng)呈現(xiàn)高度自動化、智能化和專業(yè)化特性。ADS40由傳感器頭SH41、控制單元CU40、機載大容量存儲器 MM40、操作界面0140、界面支架IS40、領航指示器GI40、領航控制器OC50、陀螺穩(wěn)定平

20、臺PAV30、Pos系統(tǒng)、GPS天線等部件組成（實物圖如圖所示）。E4V30幷制單兀實物圖3）DMC/ADS40數(shù)據(jù)處理服務器由于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）組成的，所獲取的影像數(shù)據(jù)容量較大，需要在高檔次的服務器中經(jīng)利用 其固有的DPPS（ DMC用）/GPRO（ADS40用）軟件配合高配置的服務器 進行影像數(shù)據(jù)輻射和幾何后處理。 輻射處理以補償由于溫度、光圈和其他輻 射所造成的缺陷，幾何處理以修正鏡頭畸變和傾斜，最終達到無缺陷的一組 合成影像數(shù)據(jù)。4）影像數(shù)據(jù)輸出設備美國 HP 公司的 HP5500 彩色噴墨打印機1.2.5.2 航線設計由于國內(nèi)還

21、沒有關于數(shù)碼航空攝影的技術設計規(guī)范， DMC/ADS40 的數(shù) 碼相機的具體參數(shù)指標和地形特征， 參照現(xiàn)行的航空攝影技術規(guī)范， 按下述 原則作技術設計：1) 根據(jù)本項目招標文件劃定的攝區(qū)范圍， 依據(jù)規(guī)范的要求及測區(qū)地形特 征的實際情況進行攝影分區(qū)的劃分，然后在分區(qū)基準面高程的基礎 上進行航線設計；2) 航攝分區(qū)：按照現(xiàn)行規(guī)范要求劃分航攝分區(qū)，并盡量使分區(qū)內(nèi)地形、 類型基本保持一致；3) 航線按常規(guī)方法敷設， 平行于攝區(qū)邊界線的首末邊緣航線應敷設在攝區(qū)邊界線外， 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

22、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；8）航空攝影像片按照 5cm 的地面分辨率進行技術設計。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%；10）傾角：航攝儀瞬時曝光的傾角一般不大于 2,個別最大不得超過 4 整個項目的航攝平均傾角不超過 1；11）攝影條件： 航攝應選擇在最有利

23、的氣象條件, 既要保證足夠的光照,又要避免過大的陰影,攝影時間應安排在上午 10:00 至下午 2:00 期 間,太陽的高度角不小于 30 度。12521攝區(qū)范圍航攝范圍示意圖如下:備注：同種紅色框線范圍，約1300平方公里。12522航攝分區(qū)根據(jù)對測區(qū)范圍的地形的分析，以及Pos系統(tǒng)的實際時間要求，嘉魚市全測區(qū)不需分區(qū)。12523分區(qū)設計1 DMC設計:IeiIlliin:ini:mi: mi: Illi!ini: mi: iT mi:I1B：im:iih：im:miI1IF1111：1111!1111：Illi!*Illi：1911：1911：1911：1911：1911：IUI： mt

24、ini: iui: 1911：11IlliIIIIlli!湖HUM rriii2 ADS40 設計:3 RC30設計:12524航攝因子表DMCADS40RC30最咼點咼程808080暫定基準面505050最低點咼程000焦距(m )0.120.062770.1524最咼點與基準面咼差303030最低點與基準面咼差505050航高(m)144014491524基準面Qy35.0%35%35.0%最咼點Qy33.6%34%33.7%最低點Qy37.2%37%37.1%基準面Px65.0%-65.0%最咼點Px64.3%-64.3%最低點Px66.2%-66.1%基準面m(1:)12000-100

25、00最咼點m(1:)11750-9803最低點m(1:)12417-10328照片分辨率0.0000120.0000065-最低點分辨率0.1490.16-最高點分辨率0.1410.15-基準面分辨率0.1440.15-絕對航高149014991574基線387N/A805航線間隔129311701495南北覆蓋因子50%50%50%東西覆蓋因子3條基線1.5公里3條基線航線總數(shù)：384234航線總長度（km）997.11261867.8總曝光數(shù)：261411121.2.5.3各相機參數(shù)及優(yōu)缺點對照表DMCADS40RC30像元12 阿6.5 阿航攝比例尺/設計GSD1:1200015cm1:

26、10000飛行高度144014491524曝光方式GPS定點曝光GPS定點曝光GPS定點曝光影像分辨率14.4cm15cm是否有慣導否是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387-805像片總數(shù)261442*81112模型數(shù)量2576421078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997.11261867.8預計飛行小時111210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彩。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致。4和傳統(tǒng)相機成像原理一致，后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 彩。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)1大像幅可以有 效地節(jié)約