航空摄影测量的技术流程

1、嘉鱼市国土资源局航空摄影测量及DEM、DOM、DLG生产项目技术文件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 31.1 技术说明 31.1.1 含惯导的 ADS40 技术路线 31.1.2 不含惯导的 DMC 技术路线 51.1.3 传统彩色胶片相机技术路线 61.1.4 作业流程 71.2 技术方案 81.2.1 主要工作内容 81.2.2 技术依据 81.2.3 测区概况 91.2.4 成图规格 111.2.5 航空摄影 121 航摄技术文件1.1 技术说明1.1.1 含惯导的 ADS40 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

2、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、

3、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 ADS40 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。首先，根据合同要求收集测区必要的控制， 地形

4、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 ADS40 数码航空摄影系统对嘉 鱼市全境实施影像地面分辨率为 15厘米的航空摄影。在摄影同时POS按不 同频率记录航摄仪的 位置和姿态数据，将此数据与两个以上 GPS 基站同步 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数 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 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

5、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 ，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、特征线和高程数 据，构 TIN 和质检，生成 DEM 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 DEM 数据对匀光后的影像进行正 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 LP

6、S 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 DMC 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 。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。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 DLG 数据生 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MicroStatio n制图软件平台上利用美国In terg

7、raph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

8、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作业流程空域申请航摄准备航空摄影成果提交说明：蓝色虚线框内为ADS40航摄方案所需的流程。1.2技术方案1.2.1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

9、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技术依据序号标准名称标准代号1全球疋位系统城市测量技术规程CJJ73-972航空摄影技术设计规范GB/T19294-20033城市测量规范CJJ8-994数字测绘产品检查验收规定和质量评定标准GB/T18316-20015地球空间数据交换格式GB/T: 500、1 : 1000、1 : 2000地形图航空摄影测量数字化测图规范GB159

10、6 19957国豕测绘局GPS辅助航空摄影技术规疋（试行）8国家三、四等水准测量规范GB 12898 919数字测绘产品质量要求第1部分:数字线划地形图，数字GB/T17941.1高程模型质量要求2000101 : 500、1 : 1000、1 : 2000地形图航空测量外业规范GB7931-87111 : 500 , 1 : 1000 , 1 : 2000比例尺地形图航空摄影规范GB6962-2005121:500 1:1000 1:2000地形图图式GB/T7929-1995131: 500、1: 1000: 1: 500地形图航空摄影测量内业规范GB7930 8714测绘产品检查验收规定

11、CH1002-9515测绘产品质量评定标准CH1003-951.2.3测区概况1.2.3.1地理位置及地貌气候特征嘉鱼市位于东经113 39114 22北纬29 4830 19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17OC。最

12、冷月为一月，平均气温4.5 C，极端最低气温-12 C ;最热月为七月，平均气温 29.2C，极端最高气温40.2C。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 5C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

13、属偏旱季节。1.2.3.2 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

14、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1.2.5.1 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:In tergraph 的 DMC该相机是美国In tergraph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

15、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7KMK的面阵全色 组合镜头构成一个13.5K WK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（7860X13824）输出的。由于其结构采用了 13.5K$K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

16、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 （ 1 2bit）、 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

17、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

18、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 ADS40ADS40 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

19、分别记录，能直接生成 3对 立体像对；R、 E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0140、界面支架IS40、领航指示器GI40、领航控制器OC50、陀螺稳定平

20、台PAV30、Pos系统、GPS天线等部件组成（实物图如图所示）。E4V30幷制单兀实物图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 航线设计由于国内还

21、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

22、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

23、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。12521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。12522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。12523分区设计1 DMC设计: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 设计:3 RC30设计:12524航摄因子表DMCADS40RC30最咼点咼程808080暂定基准面505050最低点咼程000焦距(m )0.120.062770.1524最咼点与基准面咼差303030最低点与基准面咼差505050航高(m)144014491524基准面Qy35.0%35%35.0%最咼点Qy33.6%34%33.7%最低点Qy37.2%37%37.1%基准面Px65.0%-65.0%最咼点Px64.3%-64.3%最低点Px66.2%-66.1%基准面m(1:)12000-100

25、00最咼点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：261411121.2.5.3各相机参数及优缺点对照表DMCADS40RC30像元12 阿6.5 阿航摄比例尺/设计GSD1:1200015cm1:

26、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。4和传统相机成像原理一致，后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，更 加快速的进行后续生产1大像幅可以有 效地节约