城市航空摄影测量研究

自20世纪80年代初起, 北京、上海、沈阳、武汉等十几个城市陆续开展了航空摄影测量技术测制城市大比例尺地形图的生产应用, 随着生产发展的需要, 各城市测绘单位先后组建了航测机构开展航空摄影测量业务, 自CJJ8-85《城市测量规范》颁布实施后, 大比例尺航测成图技术的应用在国内各城市测绘单位快速的得到推广应用。上世纪60年代末摄影测量技术在国际上开始由“模拟到解析”的过渡, 我国城市测绘系统的航空摄影测量也在上世纪80年代初到90年代基本实现了这一过渡, 在城市建设和城市规划管理及城市重大设施的设计与建设中起到了积极作用。

自1983年5月在江苏省镇江召开了由国家城市勘测主管部门主持的“城市航空摄影测量经验交流会”至今, 我国城市航空摄影测量的发展走过了不平凡的历程, 回顾城市航空摄影测量的发展进程, 展望未来城市航测的发展趋势, 对谋划、布局今后城市航测的发展, 探索其发展规律具有重要的意义。

1 大比例尺航测成图成为城市基本地形图成图的主要方式

城市大比例尺地形图精度要求高, 长期以来主要通过平板仪、经纬仪配合小平板仪的作业方法来实现的。这种方法劳动强度大, 成图周期长, 成本高, 因而难以适应城市建设发展与城市规划、管理的需要。采用航测法实施大范围的大比例尺的成图需要一、二级精密立体测图仪方能保证精度, 在上世纪80年代初这类仪器往往需要进口, 而且价格昂贵, 有的甚至需要申请国家外汇额度进行配置。而当时我国城市测绘经费的来源是在城市维护费和规划业务费中安排一定数量的城市勘测基础业务费用, 高昂的仪器购置费用一般城市难以解决, 大多数城市航测成图设备仅有1818立体坐标量测仪、国产HJ-24或Hi-3纠正仪、PC-1500计算机、单投影仪等, 如何使这些设备在城市大比例尺航测成图的生产中形成良好的效益是当时鱼待解决的问题。从我国大多数城市处于地势平坦 (间有小丘陵) 的地理环境方面出发, 经过反复研究试验, 航测综合法成图得到大家的认同和普遍的应用, 航测综合法是摄影测量与平板仪测量相结合的一种方法, 它可以使内、外业分工流水作业, 人力资源得到充分的应用。

1987年5月, 城乡建设环境保护部在杭州市就城市大比例尺航测成图及其设备配套问题, 邀请部分省、市、自治区的有关专家和工程技术人员参加的技术论证会。参会人员从理论与实践、质量与速度、经济与效益等不同角度将城市大比例尺航测成图法与常规平板仪、经纬仪配合小平板仪作业方法进行了比较一致认为:城市大比例尺航测成图是城市基本地形图测绘的主要手段。为了加快城市大比例尺地形图的成图和更新, 缩短地形图的修测和补测周期, 更好地为城市规划、建设和管理服务, 探索和推广适合城市测绘部门特点的航测成图方法, 与会专家认为根据航测综合法的基本原理而形成的“解析综合法”、“数字解析法”、“桩点透刻法”等3种方法在全国大中城市和有条件的小城市都可以推广应用。

2 大比例尺航测计算机辅助成图技术的广泛应用

20世纪80年代, 由于大规模集成芯片的发展, 接口技术日趋成熟, 加之微机的发展, 使解析测图仪的发展更为迅速。在解析测图仪中引人了半自动化的机助作业, 可在机助测图软件控制下, 将在立体模型下的测量结果直接存人计算机中用于数据库建立和传输到数控绘图机上绘出图件, 形成模拟与数字共生的地形图产品, 实现了测图自动化、测量成果数字化的目的, 因而始终受到城市测绘部门的青睐。随后由我国自行设计制造的DPG型、APS-1, APS-2型解析测图仪等相继投人使用, 这些类型的仪器各有其特色, 在性能上虽尚不及进口的同类型仪器稳定但具有扩充功能容易、维修方便、功能齐全、价格低廉的优点, 因而国内各城市测绘部门都竞相配置。

上述各类型解析测图仪的结构原理都是属于当时国际上典型的物方坐标输人型仪器, 如APS-1解析测图仪采用解析原理实现共线条件, 即用数字导杆代替精测仪中的光学/机械导杆, 使其光机部分比较简单, 在该仪器上, 可完成空中三角测量、数据采集、实时图形显示、联机图形编辑、脱机图形编辑、图形输出等工作, 是城市航测在解析测图阶段的主要代表设备。

3 数字摄影测量——城市航测的现代化

当前我国城市测绘部门全面地掌握了利用航空摄影测量技术, 在数字摄影测量系统平台上, 实现从自动空中三角测量到测绘数字线划地形图DLG、数字高程模型DEM、数字正射影像图DOM等数字产品的全套生产作业流程。实现了GIS数据库的建立和更新乃至为“数字城市”提供基础准备。国内的数字摄影测量系统如基于高档微机系统的Virtuo Zo NT及JX一4等因其系统操作简单、维护方便、精度较高, 且具有较高的性价比, 所以在国内有很高的市场占有率。

目前, 城市测绘部门随着数字化测图技术内、外业一体化的实现、基础地理信息系统的建立, 数字摄影测量成为基础地理信息获取和快速更新的重要数据。数字摄影测量系统除了胜任解析测图仪的一切功能外, 还具有诸如图像识别、影像的比较分析、任意方式的纠正和数据库管理等功能, 以测绘常规地形图为主的城市航测成图将全面转向以实现GIS数据库的自动建立和更新。

4 城市航空摄影测量的展望

随着城市信息化的不断发展, 当前在城市数据管理领域创建城市逼真的三维描述显示出强劲的势头。由于影像匹配理论和算法的发展与完善, 数字摄影测量系统已从单纯制作地形图获取影像, 发展到区域社会获取较为全面的基础地理信息数据。要建立一个城市现势性好的、完整的三维空间数据框架, 采用摄影测量技术已经成为世界上越来越普遍的选择, 从二维影像自动建立三维地面几何模型乃至具有影像质感的逼真模型一直是摄影测量的主要目标。城市三维景观的再现需要地表模型和建筑物模型表面的纹理影像, 而这些纹理数据可以从航摄影像信息中获取, 并方便其纹理映射操作, 为三维模型的重建提供了可靠数据来源。

一种利用高分辨率CCD相机所摄倾斜影像, 根据建筑物的几何条件与约束条件, 按照透视变换原理直接获取等主距的平行影像进而获取建筑物立面影像的方法, 随后依最少的地面控制, 将平行影像放大到给定比例尺的数字城市中, 这种方法可大大加快车载系统大比例尺建筑物立面影像的获取过程, 不受建筑物高低的影响, 可用于机载、固定和人工作业多种测量模式, 解决了航空摄影测量的“盲区”, 将成为数字城市建设的核心技术之一。

5 结语

回顾过去, 城市航测走过了艰难曲折的历程, 我们为所取得斐然业绩的今天而自豪, 随着科学技术的快速发展, 城市航测经历了从模拟测绘时代向数字测绘时代的跨越, 正积极朝向信息化测绘时代迈进。由于发展应用的拓展和延伸, 城市航测与RS, GIS, GPS集成技术更趋紧密, 而成为地球空间信息技术的组成部分, 随着计算机技术和互联通信技术的发展, 地球空间信息技术的下一个发展目标是空间信息网格技术, 实现这一目标任重道远, 城市航空摄影测量者将面临着前所未有的机遇和挑战。

摘要：数字航空摄影测量技术正在逐步取代传统方法, 在此重大革新的关口, 笔者基于多年工作经验, 结合大量相关文献, 对城市航空摄影测量的历史与现状进行了详细的分析和探讨, 对未来的发展提出了一定的展望, 全文高屋建瓴, 是笔者多年工作经验和理论学习的成果, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：航空摄影测量,城市,数字摄影测量