航空摄影测量的技术流程汇总.doc

嘉鱼市国土资源局航空摄影测量嘉鱼市国土资源局航空摄影测量及及 DEM、DOM、DLG 生产项目生产项目 技术文件技术文件 航空摄影部分航空摄影部分 武大吉奥信息技术有限公司 2009 年 10 月 目 录 1 航摄技术文件航摄技术文件.3 1.1 技术说明.3 1.1.1 含惯导的ADS40技术路线.3 1.1.2 不含惯导的DMC技术路线.5 1.1.3 传统彩色胶片相机技术路线.6 1.1.4 作业流程.7 1.2 技术方案.8 1.2.1 主要工作内容.8 1.2.2 技术依据.8 1.2.3 测区概况.9 1.2.4 成图规格.10 1.2.5 航空摄影.11 1 航摄技术文件航摄技术文件 1.1 技术说明技术说明 1.1.1 含惯导的含惯导的 ADS40 技术路线技术路线 ADS40 是由全球著名的摄影测量公司徕卡公司开发的线阵列推扫式摄 影系统，它高度集成了高精度全球定位系统（GPS）和惯性测量单元 （IMU） ，其中高精度全球定位系统与地面基站 GPS 或精密星历数据联合 解算后能够以 2HZ 频率提供高精度绝对坐标，具有长时低频高精度特点； 惯性测量单元能够以 200HZ 频率记录航摄仪相对位置和高精度姿态数据， 具有短时高频高精度的特点，两者紧密集成能够有效补偿彼此的系统误差， 利用 ADS40 进行航空摄影，可以为每条扫描线产生准确的外方位元素。而 利用摄影测量技术成图的关键技术是如何获取精确的影像外方位元素以恢 复摄影时的立体状态，使用 ADS40 航摄系统进行航摄，一方面可以直接获 取高清晰、高品质、高分辨率、多光谱数字航摄影像，另一方面能够获取 每一条扫描影像的外方位元素，这样在影像后处理过程中只需结合精密卫 星星历或 GPS 同步观测数据就能够得到准确的外方位元素，从而恢复整条 航带摄影时的立体构像；空三加密处理时只需要在加密分区四角和中心加 测像片控制点就可以保证影像空三加密精度，大大减少外业像控点数量， 同时 ADS40 基高比较大，高程量测精度高，也可以成倍地减少外业高程控 制点测量工作，有效缩短成图周期。4 采用采用 ADS40 实施航摄的总体技术步骤包括资料收集和空域申请、实施航摄的总体技术步骤包括资料收集和空域申请、POS 辅助航空摄影、像片控制测量、航摄内业四个部分。辅助航空摄影、像片控制测量、航摄内业四个部分。 首先，根据合同要求收集测区必要的控制，地形图分幅图名，市行政首先，根据合同要求收集测区必要的控制，地形图分幅图名，市行政 划分，主要交通干线等资料以及航空摄影空域申请资料，再根据空域申请划分，主要交通干线等资料以及航空摄影空域申请资料，再根据空域申请 资料办理航空摄影批文及调机手续；资料办理航空摄影批文及调机手续； 其次，按甲方确定的重叠度要求，采用其次，按甲方确定的重叠度要求，采用 ADS40 数码航空摄影系统对嘉数码航空摄影系统对嘉 鱼市全境实施影像地面分辨率为鱼市全境实施影像地面分辨率为 15 厘米的航空摄影。厘米的航空摄影。在摄影同时 POS 按 不同频率记录航摄仪的位置位置和姿态姿态数据，将此数据与两个以上将此数据与两个以上 GPS 基站同基站同 步观测数据或同步精密星历数据联合步观测数据或同步精密星历数据联合解算来获得每张像片精确外方位元素解算来获得每张像片精确外方位元素 数据。数据。 再次，在完成测区航空摄影及后处理解算后，根据再次，在完成测区航空摄影及后处理解算后，根据 POS 辅助空三的像辅助空三的像 控要求，对加密分区实施像片控制测量。控要求，对加密分区实施像片控制测量。 在进行像片控制测量的同时，利用 ADS40 配套的 GPro 系统构建项目 工程，下载数据，联合 GPS 同步观测记录或精密星历数据对 POS 数据进 行联合解算，获取每套扫描线准确的外方位元素，再进行自动点匹配工作再进行自动点匹配工作， 纠正影像得到 L1 级影像，划分加密分区，制作像控片实施像控测量，利用 Orima 软件完成空三加密，在空三加密精度满足规范要求后利用 LPS 或我 公司自主开发的全数字摄影测量工作站采集和编辑地形特征点、特征线和采集和编辑地形特征点、特征线和 高程数据，构高程数据，构 TIN 和质检，生成和质检，生成 DEM 数据；数据；同时利用自主研发的匀光软 件 Geodoging 对 L1 级像片进行匀光；利用利用 DEM 数据对匀光后的影像进行数据对匀光后的影像进行 正射纠正，正射纠正，勾绘航带拼接线完成影像拼接，按成果分幅和挂图要求完成裁 图，再次利用 LPS 或公司自主开发的全数字摄影测量工作站进行数据生产， 制作数字线划图。 1.1.2 不含惯导的不含惯导的 DMC 技术路线技术路线 航摄外业采用数码相机 DMC 对全摄区进行数码航空摄影数码航空摄影。 除航空摄影工作外，成图部分采用航测法与全野外实测航测法与全野外实测相结合相结合的作业 方法进行。 航测法是指先航摄并采用先进的全数字摄影测量系统进行先航摄并采用先进的全数字摄影测量系统进行 DLG 数据数据 生产生产；再通过全野外实测法利用先进的实时 RTK GPS 测量定位以及全站仪 对新增地物和立体模型不清晰地物以及高程注记点等进行全野外实测形成 DLG 数据。即航空摄影、基础控制测量、像片控制测量、空三加密工作结 束后在 MicroStation 制图软件平台上利用美国 Intergraph 公司的 SSK 全数 字摄影测量工作站进行全要素数据采集，并按制定好的线型库、符号库对 全要素地形图进行初编、回放。全野外实测隐蔽地物工作底图，外业利用 初编回放的全要素工作底图（DLG 线划图）进行全要素野外调绘，并对隐 蔽和新增地物如房屋、地名、城市设施等进行全野外采集，同时为了保证 高程精度应全野外实测铺装路面和平坦区域内的高程注记点，然后依此为 基础在 MicroStation 制图软件平台或对采集获取的 DGN 数据进行数据转换， 在 AutoCAD2000 软件平台上进行 DLG 数据精编，并按本工程执行的相关 技术标准对 1：2000 矢量地形图数据标准要求进行分层、分色、附加相应 属性代码等。编辑结束后再回放线划地形图进行野外全面巡视检查与精度 检测并进行修改，以确保 DLG 图形数据的正确性和数学精度。 1.1.3 传统彩色胶片相机技术路线传统彩色胶片相机技术路线 航摄外业采用常规相机 RC30 使用彩色胶片对全摄区进行航空摄影。 除航空摄影工作外，成图部分采用航测法与全野外实测相结合的作业 方法进行。 （有关航测法的说明见 1.1.2） 1.1.4 作业流程作业流程 航 空 摄 影 航摄设计 设备安装 系统测试 空域申请 机载数据记录 航摄飞行 影像数据处理/胶 片冲洗扫描 数 据 处 理 DGPS/IMU数据处理 偏心角系统误差改 正、外方位元素计算 影像成果 航 摄 准 备 质量检查 成 果 提 交 数字线划图成果 像片控制测量空三加密 地形数据采集 数字高程模型成果 数字正摄影像图制作 数字正摄影像成果 GPS偏心分量测量 数字线划图制作 说明：蓝色虚线框内为ADS40航摄方案所需的流程。 1.2 技术方案技术方案 1.2.1 主要工作内容主要工作内容 1、获取嘉鱼市市域范围内约 1000 平方公里（预计约 1300 平方公里） 真彩色数码航片。 2、嘉鱼市市域范围内约 1000 平方公里 1：2000 数字高程模型 （DEM）生产。 3、嘉鱼市市域范围内约 1000 平方公里 1：2000 数字正射影像图 （DOM）生产。 4、嘉鱼市市域范围内约 1000 平方公里 1:2000 数字线划图（DLG）生 产。 1.2.2 技术依据技术依据 序序号号标标准准名名称称标标准准代代号号 1 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73-97 2 航空摄影技术设计规范 GB/T19294-2003 3 城市测量规范 CJJ8-99 4 数字测绘产品检查验收规定和质量评定标准 GB/T18316-2001 5 地球空间数据交换格式 GB/T 17798 1999 6 1：500、1：1000、1：2000 地形图航空摄影测量数字 化测图规范 GB15961995 7 国家测绘局GPS 辅助航空摄影技术规定(试行) 8 国家三、四等水准测量规范 GB 1289891 9 数字测绘产品质量要求第 1 部分:数字线划地形图，数字 高程模型质量要求 GB/T17941.1 2000 10 1：500、1：1000、1：2000 地形图航空测量外业规 范 GB7931-87 11 1：500，1：1000，1：2000 比例尺地形图航空摄影 规范 GB6962-2005 12 1:500 1:1000 1:2000 地形图图式 GB/T7929-1995 13 1：500、1：1000：1：500 地形图航空摄影测量内业 规范 GB793087 14 测绘产品检查验收规定 CH1002-95 15 测绘产品质量评定标准 CH1003-95 1.2.3 测区概况测区概况 1.2.3.1 地理位置及地貌气候特征地理位置及地貌气候特征 嘉鱼市位于东经 11339-11422，北纬 2948-3019，地处长江中游 南岸，北与武汉接壤，离武汉仅 80 公里，南近洞庭岳阳，东邻京广铁路、 京珠高速公路和 107 国道，西与荆州洪湖隔江相望。县境地形狭长，全境 长 85 公里，宽 5.717.9 公里，总面积 1017 平方公里，其中陆地面积 712 平方公里，水域面积 305 平方公里。 嘉鱼市属亚热带湿润型季风气候。具有四季分明、气候温和、湿度较 大、日照充足、雨热同季、无霜期长等特点。境内平原与丘岗气候亦无明 显区别。全县年平均气温 17.0。最冷月为一月，平均气温 4.5，极端最 低气温-12；最热月为七月，平均气温 29.2，极端最高气温 40.2。无 霜期初日 3 月 1316 日，终日 11 月 1628 日，全年无霜期 249-262 天。 因受幕阜山脉的阻隔，冬、春季冷暖气流交汇于长江流域，冬季气温下降 慢、早春回温快，农业界限温度（稳定通过 5的持续期）平均初日在 2 月 27 日，终日在 12 月 10 日，具有一些既不同于南方，也不同于北方的气 候特点。全市年均降水量为 1370mm，主要特点是时空不匀，年际变化大， 旱涝变幻异常。量大时达 1812mm，量小时 849mm，相差 963mm。2-6 月 属偏涝季节，7-10 月属偏旱季节。 1.2.3.2 测区范围测区范围 测区范围示意图如下： 备注：测区面积约 1000 平方公里。 （图中红色阴影部分） 1.2.3.3 困难等级困难等级 从气候条件、空域条件、地形地貌条件等综合分析，该地区属航空摄 影二类区域。 1.2.4 成图规格成图规格 1) 平面坐标系：采用 1980 年西安坐标系，3 度分带，中央子午线为 东经 114 度； 2) 高程基准：采用 1985 年国家高程基准； 3) DOM 成图比例尺 1:2000； 4) 图幅分幅、图名及编号：影像图采用 50cmX50cm 正方形标准分幅， 图幅号按西南角坐标编号；以图内显著地理或单位名称做该图图名。 5) 正射影像图整饰：正射影像图整饰均按相应图式执行，图幅的右上 角加注“秘密”字样、东图廓下边加注“嘉鱼市国土资源局”字样、西 图廓下边加注生产单位名称； 1.2.5 航空摄影航空摄影 1.2.5.1 使用设备使用设备 1）航摄飞机：Y-5 飞机 该机是小型涡轮单螺旋桨双翼飞机，最高升限 3800 米，最大巡航速 度 180 公里/小时，最小地速可低于 100 公里/小时，飞机姿态保持由先进的 GPS 全球定位系统与相机陀螺平台共同承担，在航迹修正，飞机的俯仰、 横滚与侧滚的控制方面均能达到较满意的效果。 2）航摄仪： Intergraph 的 DMC 该相机是美国 Intergraph 公司生产的全波段数字航摄仪，该相机基于 CCD 面阵的模块化设计，具有非常 高的内部稳定性，以达到在几何和 辐射两方面的高分辨率和用户化最 佳系统性能。 该相机共由八个探测器（镜头） 组成，中间四个 7K4K 的面阵全色 组合镜头构成一个 13.5K8K 的大面阵，获得全色影像；四个角镜头构成 RGB（红绿蓝）和彩红外四个波段影像，以与全色影像进行彩色合成，多 光谱彩色合成影像的地面覆盖范围与全色影像覆盖范围完全相同。数据处 理后可以得到几种不同类型的文件格式，即全色、彩色（RGB 模式）和彩 红外格式，这三种文件格式都是高分辨率（786013824）输出的。由于其 结构采用了 13.5K8K 面阵形式的中心投影，其摄影成果与光学航摄成果 在应用上完全相同。 该相机还具有自动像移补偿装置（FMC） ，这种全电子 FMC 和每像 素 12 比特的辐射分辨率设计获得的影像质量大大优于胶片扫描影像，先进 的全电子 FMC 技术、高精密度光学系统的结合，使得 DMC 最高可以达到 4 厘米的地面分辨率。同时该相机还配备了稳定的 T-AS 陀螺平台，它可以 将飞机的俯仰、侧滚和旋偏等情况进行校正，先进的陀螺仪技术、动态控 制组件技术、防震技术以及改良的垂直稳定技术都确保了 DMC 能够拍摄 出高品质的图像。 该相机的数据在线存储性能尤为优越，当相机在高辐射分辨率（12bit） 、 四频段彩色模型工作状况下，DMC 相机系统每 2.3 秒得到一幅 260M 原始 RAW 图像。因此，控制电路需要一个特殊的高速数据传输和存储设计，它 由三个基于 PC 完整的 PCI 总线并行操作，相机模块得到的图像数据，通 过各自独立的光纤从 CPU 传送到可插拔的移动硬盘，每个硬盘的容量为 280G，能提供带有三个并行的光纤通道的总容量为 840G 的存储能力。 DMC 一次运行能拍摄并存储 2000 张以上照片，这相当于传统相机 3 桶 120 米胶卷。另外，可移动硬盘在运行中可更换，这样又进一步提高了图 像存储空间。 该相机光学性能也很突出。光学镜头由世界著名的光学仪器公司卡尔 蔡司为 DMC 量身定做的，它具有最小的畸变、较大的光圈（f/4） 、高分辨 率，同质的视场响应等特点。由于相机使用各自的镜头，全色波段和彩色 波段镜头特性尽可能一致，这种设计使得多个较小的相机拍摄的带有重叠 的图像的光学特性要比大孔径的单个镜头还要高。 DMC 选用的面阵 CCD 成像器件，具有高光学感受品质，它的像元尺 寸是 12 um*12 um，并提供高线性动态范围的辐射分辨率(12bit)。该 CCD 具有四个角并行输出信号的能力，这种输出能力对提高信噪比和每 2.3 秒 完成一幅图像的重复输出能力是非常重要的。 Leica 的 ADS40 ADS40 采用高分辨率线阵列 CCD 元件为探测器件,镜头采用中心垂直 投影设计,焦平面的 2 个全色波段和 1 个绿色波段阵列构成了对地面的前视、 下视和后视成像格局,所有目标在 3 个扫描条带分别记录，能直接生成 3 对 立体像对；、和近红外波段阵列安置在下视和后视位置，通过三色分 色镜记录目标的多光谱信息，能够通过 Gpro 软件融合生成真彩色影像。航 空摄影时,传感器采用推扫式成像原理,8 个通道同时对地面连续采样,同时获 取目标的多波段影像，飞行期间影像数据、GPS 接收机产生的 2Hz 定位数 据、IMU 产生的 200Hz 定位和姿态数据以及其它管理数据以特定的格式记 录在 MMS 中,整个系统呈现高度自动化、智能化和专业化特性。 ADS40 由传感器头 SH41、控制单元 CU40、机载大容量存储器 MM40、操作界面 OI40、界面支架 IS40、领航指示器 GI40、领航控制器 OC50、陀螺稳定平台 PAV30、Pos 系统、GPS 天线等部件组成（实物图如 图所示） 。 实物图 3）DMC/ADS40 数据处理服务器 由于 DMC/ADS40 数字航摄系统是由多个面阵/线阵的 CCD 探测器 （镜头）组成的，所获取的影像数据容量较大，需要在高档次的服务器中 经利用其固有的 DPPS（DMC 用）/GPRO（ADS40 用）软件配合高配置的 服务器进行影像数据辐射和几何后处理。辐射处理以补偿由于温度、光圈 和其他辐射所造成的缺陷，几何处理以修正镜头畸变和倾斜，最终达到无 缺陷的一组合成影像数据。 4）影像数据输出设备 美国 HP 公司的 HP5500 彩色喷墨打印机。 1.2.5.2 航线设计航线设计 由于国内还没有关于数码航空摄影的技术设计规范，DMC/ADS40 的 数码相机的具体参数指标和地形特征，参照现行的航空摄影技术规范，按 下述原则作技术设计： 1)根据本项目招标文件划定的摄区范围，依据规范的要求及测区地形 特征的实际情况进行摄影分区的划分，然后在分区基准面高程的基 础上进行航线设计； 2)航摄分区：按照现行规范要求划分航摄分区，并尽量使分区内地形、 类型基本保持一致； 3)航线按常规方法敷设，平行于摄区边界线的首末边缘航线应敷设在 摄区边界线外，确保摄区边界覆盖不少于 50%像幅，极个别的部分 不少于 30%像幅； 4)基线保证：航向超出范围不少于 2 条基线； 5)航高：摄影时同一航线上相邻像片的航高差不得大于 30 米；同一航 线上最大航高与最小航高差不得大于 50 米；实际航高与设计航高之 差不得大于 5%； 6)航线的弯曲度：航线弯曲度不大于 3%； 7)相邻分区之间，航向各自超出分区界限 2 条基线，旁向确保各自满 幅； 8)航空摄影像片按照 5cm 的地面分辨率进行技术设计。 9)航片重叠度：像片航向重叠度设计一般为 60%65%，最大不超过 75%，最小不少于 56%，像片旁向重叠度设计一般为 30%35%， 最小不少于 13%； 10)倾角：航摄仪瞬时曝光的倾角一般不大于 2，个别最大不得超过 4。整个项目的航摄平均倾角不超过 1； 11)摄影条件：航摄应选择在最有利的气象条件，既要保证足够的光照， 又要避免过大的阴影，摄影时间应安排在上午 10:00 至下午 2:00 期 间，太阳的高度角不小于 30 度。 1.2.5.2.1 摄区范围摄区范围 航摄范围示意图如下： 备注：同种红色框线范围，约 1300 平方公里。 1.2.5.2.2 航摄分区航摄分区 根据对测区范围的地形的分析，以及 Pos 系统的实际时间要求，嘉鱼 市全测区不需分区。 1.2.5.2.3 分区设计分区设计 1 DMC 设计： 2 ADS40 设计： 3 RC30 设计： 1.2.5.2.4 航摄因子表航摄因子表 DMCADS40RC30 最高点高程808080 暂定基准面505050 最低点高程000 焦距（m）0.120.062770.1524 最高点与基准面高差303030 最低点与基准面高差505050 航高(m)144014491524 基准面 Qy35.0%35%35.0% 最高点 Qy33.6%34%33.7% 最低点 Qy37.2%37%37.1% 基准面 Px65.0%-65.0% 最高点 Px64.3%-64.3% 最低点 Px66.2%-66.1% 基准面 m(1:) 12000-10000 最高点 m(1:)11750-9803 最低点 m(1:)12417-10328 照片分辨率0.0000120.0000065- 最低点分辨率0.1490.16 - 最高点分辨率0.1410.15- 基准面分辨率0.1440.15- 绝对航高149014991574 基线387N/A805 航线间隔129311701495 南北覆盖因子50%50%50% 东西覆盖因子 3 条基线1.5 公里3 条基线 航线总数:384234 航线总长度(km)997.11261867.8 总曝光数:26141112 1.2.5.3 各相机参数及优缺点对照表各相机参数及优缺点对照表 DMCADS40RC30 像元12 m6.5 m 航摄比例尺/设计 GSD 1:1200015cm1:10000 飞行高度144014491524 曝光方式GPS 定点曝光GPS 定点曝光GPS 定点曝光 影像分辨率14.4cm15cm 是否有惯导否是是否 成像方式框幅式线阵推扫框幅式 数据介质硬盘硬盘胶片+硬盘 后处理系统要求和传统相机相同，无特殊要求LPS 系统，或 GeoOne无特殊要求 基线长387-805 像片总数261442*81112 模型数量2576421078 外业控制工作量按常规方法布设，工作量较大 按加密分区，四角及中 间适当布设少量控制点 即可，工作量较少。 按常规方法布设， 工作量较大 航线总长997.11261867.8 预计飞行小时111210 预计架次数量333 各相机的优势 1 对于天气质量的要求较宽松， ccd 的 12bit 辐射分辨率及先 进的后处理软件可以更清晰真 实的还原地物的真实色彩。 2 无需查看星历数据，GPS 仅 做为参考导航使用，甚至在完 全失去 GPS 信号的情况下，依 旧可以使用手动或固定时长的 方式触发曝光。 3 全数字摄影测量，用于生产 的影像分辨率和实际航摄的一 致。 1 对于天气质量的要求 较宽松，ccd 的 12bit 辐射分辨率及先进的后 处理软件可以更清晰真 实的还原地物的真实色 彩。 2 线阵推扫式成像，可 以更高效的进行后续生 产工作。 3 自带 Pos 系统，较少 外业控制的工作量，