航空摄影测量技术应用及发展

摘要

摄影测量指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。伴随生产的不断发展，各航测机构都开始增添航空摄影测量业务，在我国个城市测绘单位中，大比例尺航测成图技术得到了广泛应用。本文主要就航空摄影测量的数据生产流程及关键技术进行了分析，最后提出了航空摄影测量技术的发展。

关键词：

　　 航空摄影测量;关键技术;应用优势

1、前言

　　航空摄影测量指从空中由飞机、卫星等航空器拍摄获得的像片。为使取得的航空像片能用于航空测量--在专门的仪器上建立立体模型进行量测，摄影时飞机应按设计的航线往返平行飞行进行拍摄，以取得具有一定重叠度的航空像片。再利用摄影测量学原理及立体测图仪，将像片组成立体模型，以从事各种地图测绘及地物判读工作。航空摄影测量是量测地物空间关系，如：坐标、高程、距离等，最后可得地形图、平面图、影像图以及三维地面模型。

航空摄影测量一直是我国基本地图成图的主要方式，由于其制图速度快，精度高且均匀，是我们今后数字制图的一个重要发展方向。随着数字地球在中国的广泛认同，数字城市建设正如火如荼。

航空数字测量为数字城市建设提供基础城市空间数据，同时还广泛应用于国土资源调查、土地利用、城市规划、道路交通、港口选址及房地产等方面。按摄影机物镜主光轴相对于地表的垂直度，又可分为近似垂直航空摄影和倾斜航空摄影。近似垂直航空摄影主要用于摄影测量目的。科学考察和军事侦察有时采用倾斜航空摄影。

2、航空摄影测量的特点　

　　在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制;所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息;可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作;适用于大范围地形测绘，成图快、效率高;摄影的影像具有很好的时相性：产品形式多样，可以生产数字线划图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)等。

3、航空摄影测量数据生产流程及关键技术　

　　3.1 资料准备。航摄资料如航摄底片、控制点资料、相关的地形图、航摄机鉴定表、航摄验收报告等应收集齐全;对影像质量、飞行质量和控制点质量应进行分析，检查航摄仪参数是否完整等。

　　3.2 影像扫描。根据航摄底片的具体情况，设置与调整扫描参数，使反差适中、色调饱满、框标清晰，灰度直方图基本呈正态分布，扫描范围应在保证影像完整(包括框标影像)的前提下尽可能地小，以减少数据量。影像扫描分辨率根据下面公式确定：影像扫描分辨率R=地面分辨率/航摄比例尺分母。

　　3.3 图像匹配。摄影测量中双像(立体像对)的量测是提取物体三维信息的基础。数字摄影测量中用影像的自动匹配代替传统的人工观测来确定同名像点。影像的匹配按其利用图像信息的不同可划分为两类，一类是直接基于图像灰度信息的匹配定位方法，另一类是基于图像特征信息的匹配定位方法。

　　①基于影像灰度信息的匹配定位方法。

　　以左、右像片对应影像的目标区和搜索区中的像点灰度作为影像匹配的基础，利用某种相关度量，来判定左右影像的相应像点是否匹配。影像匹配可以用二维窗口，也可用一维窗口的像点灰度参与计算。

　　②基于影像特征信息的匹配定位方法。

在影像中利用特征边缘提取技术提取出反映图像中目标特性的符或基元，然后确定两幅图像之中或图像与模型之中的符号的对应关系。特征的提取技术包括点特征提取、线特征提取和区域分割。

基于特征的影像匹配有较高的可靠性，但匹配的精度低于基于灰度的最小二乘影像匹配算法。航测影像中地面景物的情况比较复杂，不能使用单一的匹配定位方法，可以结合两种方法共同完成匹配。对于边界明显的地物可先采用基于特征的影像进行粗匹配，然后采用基于灰度的最小二乘影像匹配获得像点最终位置。

对于灰度变化不剧烈的区域，则直接使用基于灰度信息匹配的方法。对于中心影水平影像的灰度信息匹配，水平影像以飞行方向为 X 坐标时，纵坐标上没有上下视差，可选择采用一维窗口进行相关计算，这样可以提高匹配速度。

　　3.4 定向建模。自动搜寻框标点，放大切准框标点进行内定向，对定向可由计算机自动完成，人机交互完成绝对定向如不符合要求，需重新定向，直至符合限差要求。检查定向精度，需满足要求，完成定向后需检查坐标残差。

　　3.5 数据采集。①作业员在作业过程把握好质量是测绘产品质量控制的关键， 因此要求作业人员发扬“真实、准确、细致、及时”的业务作风，严格执行规范、图式以及有关技术规定，视地图质量为自己的生命。《航空摄影测量成果成图检查验收规定》所制定的中队、队、大队三级验收管理制度要求各级检查验收人员做好作业前的计划，检查各种仪器设备规格、精度和资料的可靠程度，加强作业过程的全面跟踪检查。各级检查中发现的问题作业员应及时修改，成果经检查人员复查正确后方可交上级验收。

　　②立测判读采集，需严格切准目标点，要求按中心点、中心线采集的要素，其位置必须准确，点状要素准确采集其定位点，线状要素上点的密度以几何形状不失真为原则，密度应随着曲率的增大而增加。每个像对的数据必须接边，自动生成的匹配点、等视差曲线或大格网点、内插的小格网点均需漫游检查，保证其准确性，为提高DEM精度，需人工加测地形特征点、线和水域等边界线。

　　③采集的数据应分层，进行图形和属性编辑，矢量数据线条要光滑，关系合理，拓扑关系正确，属性项、属性值正确;利用DEM 数据，采用微分纠正法对影像重采样获得DOM 数据。

　　3.6 元数据制作。可由相应的专业软件进行计算输入各属性项中，无法自动输入的内容由人工输入。

4、航空摄影测量技术的发展与应用优势

　　航空摄影测量技术的应用平台主要以卫星与航天飞机作为主要研究对象，并以可见光、微波、重力等研究性质传感器作为研究基础，以此才能处理好与其技术相关的地理空间信息研究活动。其具有投入成本相对较低，并且可以实现较大范畴内的区域信息共享，对信息、数据、资源的数字化应用非常灵活等优势。而且由于高质量的数码相机还能够实现一些严峻天气条件下的摄影记录，对于地形测量的效率以及周期等都有一定的保障。

另外，它与传统观测、测量技术相比也有着不可替代的实用价值与指导意义。不论是我国还是西方经济发达国家对航天摄影测量技术的应用与研究都非常重视。如今，使用航空摄影进行地形测绘应用中，不仅摄像机使用数码摄像机，克服过去胶片摄像机在测量应用中的局限，而且在使用航空摄影进行地形测绘应用中也越来越多的引入一些现代通讯以及定位技术等，一般经常会与GPS 差分定位以及惯性导航等现代通讯技术进行结合应用，使航空摄影地形测量的应用具有更大的测量应用优势。

随着近些年研究成果的逐步突破，该技术被广泛应用在诸多领域之中。如国防建设、铁路交通事业、观测作业等方面。

5、结束语　

　　数字航空摄影测量是一门相对年轻的学科，它利用计算机替代“人眼”，使得数字摄影测量在理论和实践中都得到迅速发展，它将在三维可视化、GIS 数据更新、数学近景摄影测量等方面得到广泛的应用与发展。它的发展使得胶片摄影被数字摄影所取代成为必然趋势，数字航空摄影测量系统的研究已成为当前航空遥感领域的研究热点和发展方向，新型数字航空摄影机的应用必将为航空摄影测量技术带来一次变革 ，并把我国航空摄影测量技术推向数字航空摄影时代。

文章转自《工程管理前沿》2015年第4期 作者：刘晓杰 马有录

整理：陈柳林

审核：高冲、黄家伟

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