摄影测量及遥感发展

摄影测量与遥感的发展摄影测量与遥感的作用摄影测量与遥感是测制各种基本比例尺地形图和建设基础地理信息数据库的基本手段，它同大地测量与卫星定位、地图制图与地理信息系统以及工程测量等一起构成了整体的测绘学科与技术体系，为我国测绘事业发展提供了坚实的技术基础。我国的摄影测量开始从模拟摄影测量，经过解析摄影测量的过渡，进入了数字摄影测量的发展阶段，带动了我国传统测绘技术体系的改造和数字化测绘技术体系的建立，为我国的测绘保障和应用服务提供了现代的先进生产力。进入21世纪后，我国已经步入了信息化测绘的发展新阶段。建设信息化测绘体系是我国测绘在新形势下能力建设的集中体现，这又为我国摄影测量与遥感的创新发展提出了新的要求。摄影测量的发展我国中小比例尺基础测绘、大中城市大比例尺地形图测绘，数据采集手段已成为我国测绘发展的一个瓶颈，改善数据采集手段已是一个亟待解决的问题。航空摄影是快速获取地理信息的重要技术手段，是测制和更新国家地形图以及建立地理信息数据库的重要资料源，在空间信息的获取与更新中起着不可替代的作用。新的测绘技术就是实现影像的数字获取和全数字处理，数字航空摄影是摄影测量的发展方向。可获取高质量,高几何和辐射分辨率（地面分辨率可达到5厘米）和高影像重叠率（80-90%/60-80%航向/旁向重叠率）的影像信息，大大减轻了影像获取对天气和地形条件的限制；开创了大比例尺全数字测图和利用航测进行数字地籍测绘的时代。新一代航空数码成像系统我国研制开发出具有我国自主知识产权的高分辨率、高精度的数字航空对地观测与定位系统，包括数字航空摄影仪和数据地面处理部分，整体水平达到了国际先进。SWDC数字航摄仪不仅能满足测制各种比例尺地形图，尤其是国家基础测绘中、小比例尺地形图的精度要求，也能满足国民经济各行业对航空摄影影像的要求。除具有高分辨率、高几何精度、体积小、重量轻等特性外，SWDC数字航空摄影仪像素达8K×10K，存储能力达到1000张/架次。它可以更换3种镜头，视场角大，基高比大，从而带来高程精度提高，飞行高度降低，对天气条件要求不再苛刻，阴天时能够在云层下摄影，满足从1：500至1：1万比例尺常规航空摄影。SWDC系列数字航摄仪的后续数据处理软件齐全，数据成果适应于我国的JX-4和VirtuoZo数字摄影测量工作站，可形成数字摄影测量的全系列设备。虽然某些关键部件是采用了进口产品，但通过集成创新，取得了很好的效果。比如检校与纠正技术；GPS技术的应用，实现了无人操作；精确单点定位技术的应用，可以省掉地面GPS基站；匀光、匀色处理技术；地面数据处理系统等等。值得一提的是，虚拟影像生成（影像拼接）技术取得突破，使得我国数字航摄技术的跨越式发展成为现实。拼接后大的影像不仅符合常规航空摄影测量内业的习惯，而且摄影和内业的效率不会降低。低空摄影与摄影测量更新低空摄影无疑是航空摄影与遥感有力的补充，特别是随着我国低空的开发，它必将将成为地理空间信息采集的重要手段。现今世界卫星遥感和有人驾驶飞机的普通航空（或称大航空）遥感已经十分发达，但在为经济社会服务的及时性方面还很嫌不足。难以满足“需要的时候就能有的”服务需求。经济社会的现代发展则要求更高的分辨率，例如5cm（与1:500地图分辨率相匹配），而且，要求三维高分辨率。要求15cm的高程精度，要求不仅是有正射的高分辨率，而且还要侧面纹理的高分辨率。UAV（UnmannedAerialVehicles）指无人飞行器，包括固定翼无人机，旋翼无人机和无人飞艇等，有时统称无人机。低空航测关键技术低空光学优势光度学中的“照度的距离平方反比定律”2'2KDddHfH像元地面单元低空摄影的优势和问题→低空飞行→低空安全问题→低速、轻小型UAV→轻荷载→成像系统轻小型化→低航高、轻小相机的影像质量问题→研制组合宽角相机→高精度检校→低空摄影问题→低空影像处理的困难→研发特殊专用软件→系统集成测试飞行平台成像系统数据处理软件UAV低空航测系统的组成低空航测适用UAV平台固定翼无人机旋翼无人机（无人直升机）无人飞艇低空湍流对飞行性能的影响低空大气气流常受地形、地物的局部温度场的影响，形成湍流。这种湍流没什么规律性，各种波长的气流混杂，形成上下突风，左右突风或风切变。这种湍流使在其中飞行的无人飞行器产生上下左右颠簸，不仅影响航摄质量，更严重威胁飞行器的安全。低空湍流对固定翼无人机的最大损害是形成颠簸过载，而机体损坏。为防范强颠簸过载，可采取的措施是：减慢航速；重心配置靠后；采用小展弦比机翼或三角翼无人机。相比而言，无人飞艇抗低空湍流性能最好，虽然遇到湍流也影响航摄质量，但因为飞艇主要靠浮力支持，因此安全性可以保障。旋翼无人机抗低空湍流能力最差。UAV低空航测数据处理流程UAV飞行平台飞行前准备航线规划检校场相机检校UAV低空摄影组合相机影像拼接和影像排序自由网空中三角测量GPS/姿态仪数据控制点误差方程野外控制测量光束法区域网平差微分纠正生成DOM影像匹配生成DEM利用航测仪器生产DLG具有自主版权的MAP-AT软件的优点：1.利用POS数据进行全自动排片处理；2.全自动选取相对定向点和连接点，自动完成自由空中三角测量网构建；3.多视影像全部参加匹配，并且通过光束法平差，实现高精度定位；4.充分利用在生产中已经很习惯的测图仪器，例如Vituozo和JX-4等。针对低空大倾角影像变形大的连接点自动选取失败而设计的自动检查和人工操作弥补功能；5.在TIN内插处理中加入适用多种不同情况的人工干预处理功能；6.与组合宽角相机相配套的影像拼接裁切与误差检查功能；7.把大比例尺编图符号更新到2008国标版，支持DLG生产后的编图功能；8.支持建筑物景观三维模型构造的功能。MAP-AT软件数据处理低空航测专用软件MAP-AT快速制作DOM与Virtuozo，JX-4接口，进行DLG生成把大比例尺编图符号库更新到2008国标版利用建筑物多面影像制作三维景观模型固定翼无人机载双拼组合旁向宽角相机系统，无人飞艇载四拼组合纵横向宽角相机及自稳定成像系统，MAP-AT低空航测软件。经广州、武汉、青岛、威海、深圳、天津、重庆等地方的十几项生产试验证明；固定翼无人机载双拼组合旁向宽角成像系统能满足1:2000和1:1000的DOM和DLG生产要求；无人飞艇载四拼组合纵横向宽角成像系统能满足1:2000、1:1000和1:500的DOM和DLG生产要求；MAP-AT与Vituozo或JX-4配合能完成DLG生产任务。遥感的发展遥感对地观测技术带来的变革是很多技术达不到的。近年来，对地观测技术已得到了长足发展。不仅陆续推出了系列机载对地观测系统，更先后成功发射了气象卫星、陆地卫星、海洋卫星、载人飞船、航天飞机，并正在实施综合性系列卫星对地观测计划；所携带的传感器工作波段覆盖了可见光、红外到微波的全波段范围；对地观测信息处理包括星上数据定时处理技术、海量高光谱数据处理技术、雷达数字成像处理技术等关键技术取得突破。特别是卫星对地观测近年来发展迅速。美国、法国、日本、印度等国已研制出若干民用及商业卫星系统并投入使用。小卫星迅速崛起，以后还会有更多的民用及商用对地观测小卫星在巴西、以色列、意大利、韩国、泰国及美国投入使用。国际上对地球系统科学、全球变化的研究已经形成了地球系统科学的理念。美国政府出巨资开展的对地观测系统计划，明确提出以“全球变化”为应用目标（我国也于2011年拟定“地理国情监测计划”），并由美国宇航局、国家科学基金会、海洋与大气局、内政部、农业部、环保局、能源部、史密森研究所、国防部联合承担全球变化研究项目，其中，美国宇航局的贡献主要在于发展由科学研究计划、数据和信息系统、观测平台三部分组成的对地观测系统，将应用需求与技术系统有机地联系成一体，突出了研究计划的科学性、先进性及实用性。卫星对地观测夜以继日地覆盖全球，在全球对地观测热潮中，如何从遥感技术中受益，需要发展关键的技术，我国面临一系列的挑战。地面分辨率：TM（30米）-SPOT1/2/4（10米）-SPOT5HRS（10×5米）-SPOT5HRG（2.5米）-IKONOS（1.0米）-QuickBird（0.6米）-WorldView（0.5m）-GeoEye(0.41m)高质量影像数据：高信噪比，高几何和辐射分辨率（大于8比特/像素）；全色立体（同轨/异轨）+多光谱；高地面覆盖率形成了覆盖全球的各种分辨率的卫星影像序列:卫星测图比例尺由1:25万，10万–1:50000，1:1万甚至是1:5000开创了快速，持续，大范围卫星测图的时代：为快速获取/更新国家和省级基础地理信息技术体系带来革命性的变化WordViewQuickBirdIKONOS遥感有如下主要特点：(1)感测范围大，具有综合、宏观的特点航空像片可提供不同比例尺的地面连续景观像片，并可供像对的立体观测。图像清晰逼真，信息丰富。一张比例尺1∶35000的23cm×23cm的航空像片，可展示出地面60余平方千米范围的地面景观实况。并且可将连续的像片镶嵌成更大区域的像片图，以便总观全区进行分析和研究。卫星图像的感测范围更大，一幅陆地卫星TM图像可反映出34225平方千米（即185km×185km）的景观实况。我国全境仅需500余张这种图像，就可拼接成全国卫星影像图。因此，遥感技术为宏观研究各种现象及其相互关系，诸如区域地质构造和全球环境等问题，提供了有利条件。(2)信息量大，具有手段多，技术先进的特点不仅能获得地物可见光波段的信息，而且可以获得紫外、红外，微波等波段的信息。不但能用摄影方式获得信息，而且还可以用扫描方式获得信息。微波具有穿透云层、冰层和植被的能力；红外线则能探测地表温度的变化等。(3)获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点遥感通常为瞬时成像，可获得同一瞬间大面积区域的景观实况，现实性好；而且可通过不同时相取得的资料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况。因此，可及时地发现病虫害、洪水、污染、火山和地震等自然灾害发生的前兆，为地理国情监测中灾情的预报和抗灾救灾工作提供可靠的科学依据和资料。遥感在测绘制图方面的应用当代遥感的发展使测绘制图的资料来源更为多样化，资料的准确可靠性及其快速及时性和适时动态性等方面都有较大的改观；成图周期大为缩短；影像地图、数字地图等新图种和制图新工艺大量涌现，使测绘制图产生了新的变化和进展。我国依据近年来所发射的卫星获得的图像，完成了黄河三角洲1：5万，1：10万地图的编制，绘制完成了我国第一幅南沙群岛影像地图；现在可利用航测成图方法绘制1：10000甚至1：5000地形图。利用遥感图像进行各种专题图的编制，以及编制中小比例尺大区域的省（区）、全国地图已较普遍。随着遥感信息在空间分辨率、光谱分辨率以及时相分辨率方面的提高，遥感将为测绘制图技术的发展应用，开拓出更加美好的前景。地理信息系统与遥感遥感技术与地理信息系统在地理学的研究及其应用中相互支持、互相借鉴，展现出地理学美好的发展前景。地理信息系统是一种管理和分析地理空间数据（信息）的有效工具和手段。遥感则是建筑在现代空间技术基础上的一种收集地球表面空间信息（数据）的重要技术手段。（1）遥感是地理信息系统的重要信息源。目前，地理信息系统中的遥感信息一般是以航空像片、卫星图像的方式提供的，通常采用遥感系列专题地图经数字化进入系统。遥感系列专题地图是通过遥感图像判读，提取有用信息，分专业（或专题）转绘在统一底图上的地图产品。它具有成图周期短、信息提取准确、及时、可靠，时相现实性好，以及统一底图，几何位置易配准、易叠置等特点。因此，遥感系列专题地图进入系统，为系统的空间分析以及综合分析提供了便利和基础。随着遥感技术的发展以及地理信息系统功能的完善和扩大，遥感和地理信息系统将建立直接的接口。（2）地理信息系统同样可为遥感提供各种支持，促进遥感的发展在对遥感数字图像进行分类处理中，由于各种难以排除的干扰因素影响，常会出现“同物异谱”或“异物同谱”分类混淆现象，影响分类识别的精度。以致于影响遥感的实际应用，成为遥感