將4臺日常所用的非專業(yè)相機“捆綁”在一起，變身為可以航空攝影測量的專業(yè)相機。10年前，曾被認為是“無稽之談”，如今已大規(guī)模應(yīng)用于國內(nèi)的航空攝影測量……
“大面陣數(shù)字航空影像獲取關(guān)鍵技術(shù)及裝備”項目科研人員
在近日舉行的2012年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由河南理工大學(xué)作為第一完成單位，劉先林院士，鄒友峰、郭增長等教授共同完成的“大面陣數(shù)字航空影像獲取關(guān)鍵技術(shù)及裝備”研究成果獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎。
填補國內(nèi)空白，保障國家測繪地理信息安全
研究成果改變了我國中小比例尺地形圖測繪作業(yè)方式，解決了無人區(qū)、極其困難地區(qū)的地形圖測繪難題，打破了數(shù)字航攝裝備國外壟斷的局面，填補了國內(nèi)空白。
航空攝影是測制和更新國家地形圖及地理信息數(shù)據(jù)庫的重要資料源。長期以來，我國航空攝影測量一直采用基于膠片的航空攝影儀獲取數(shù)據(jù)，這種作業(yè)方式效率和自動化、智能化程度低。近年來，國外已研制出數(shù)字航攝儀取代膠片航空攝影儀，但進口一套數(shù)字航攝儀價格昂貴，且存在著不能滿足我國基本比例尺地形圖測繪要求等諸多問題。發(fā)展我國自己的數(shù)字航攝儀刻不容緩。
2003年初，河南理工大學(xué)成立了數(shù)字航空攝影測量研究團隊，致力于國產(chǎn)數(shù)字航空攝影儀的研發(fā)。經(jīng)過近10年的艱苦探索，研制出大面陣數(shù)字影像的多相機組合平臺以及配套的數(shù)字航攝儀飛行控制系統(tǒng)，整合多中心投影影像單中心化以及多影像高精度拼接技術(shù)，創(chuàng)新研制出國內(nèi)首臺大面陣數(shù)字航空影像獲取裝備。
該項目研究成果改變了我國中小比例尺地形圖測繪作業(yè)方式，解決了無人區(qū)、極其困難地區(qū)的地形圖測繪難題，性能指標優(yōu)于國外同類產(chǎn)品水平，高程精度國際領(lǐng)先，打破了數(shù)字航攝裝備國外壟斷的局面，填補了國內(nèi)空白，保障了國家測繪地理信息安全。
作為項目第二完成人，河南理工大學(xué)校長鄒友峰表示，航空攝影測量是測繪和更新國家基礎(chǔ)地形圖的重要技術(shù)手段，能夠快速地獲取地理空間信息，在信息化測繪中起著至關(guān)重要的作用，而航空影像獲取是航空攝影測量的首要環(huán)節(jié)。長期以來，國內(nèi)數(shù)字航空影像獲取主要依靠國外進口的數(shù)字航攝儀，國外數(shù)字航攝儀采用專業(yè)量測型相機，不但價格昂貴、檢測維修困難，且存在著中小比例尺測圖數(shù)據(jù)冗余大、效率低，大比例尺地形圖測繪高程精度低等問題。因此，開展數(shù)字航空影像獲取關(guān)鍵技術(shù)研究和裝備研制，對提升我國測繪技術(shù)水平和實現(xiàn)測繪儀器國產(chǎn)化具有十分重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。
達到國際先進水平，實現(xiàn)“把地球搬回家”的愿望
數(shù)字航測儀可采集地面山川河流的海量數(shù)據(jù)，再通過影像數(shù)據(jù)處理，生成全數(shù)字化三維地形圖。為實現(xiàn)“把地球搬回家”提供了最好工具。
數(shù)字航空攝影測量關(guān)鍵技術(shù)成果產(chǎn)品——數(shù)字航攝儀是將鏡頭所成影像的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，再把這種電信號轉(zhuǎn)化成計算機可以識別的“數(shù)字信號”記錄下來，最后轉(zhuǎn)換成影像。
數(shù)字航測儀可采集地面山川河流的海量數(shù)據(jù)，再通過內(nèi)業(yè)利用自主研發(fā)的JX-4數(shù)字攝影測量工作站進行影像數(shù)據(jù)處理，生成全數(shù)字化三維地形圖。該技術(shù)被認定為整體達到國際先進水平，改寫了中國航空攝影測量長期采用膠片的歷史，推動了我國測繪從傳統(tǒng)向數(shù)字化技術(shù)體系的跨越式發(fā)展，為實現(xiàn)“把地球搬回家”提供了最好工具。
“傳統(tǒng)的膠片航攝儀體積大、價格高、周期長、效率低，而基于數(shù)碼相機的數(shù)字攝影儀體積小、價格低、周期短、效率高。”劉先林院士說。數(shù)字攝影測量系統(tǒng)在全球推廣應(yīng)用、數(shù)字航測儀的研制成功，使中國科學(xué)家在“數(shù)字地球”研究領(lǐng)域成了世界公認的“領(lǐng)頭羊”。
把4臺非專業(yè)相機利用尖端技術(shù)“捆綁”到一起，該研究項目從2003年開始，經(jīng)過科研人員的艱辛努力，2007年就實現(xiàn)了技術(shù)突破。項目成果共獲得專利4項，軟件著作權(quán)3項。
“2007年5月底，科技部正式對外宣布：我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字航空攝影測量儀研制成功!該攝影儀填補了國內(nèi)空白，高程精度指標達到同類產(chǎn)品國際領(lǐng)先水平，整體技術(shù)指標達到國際先進水平。”鄒友峰說。作為第一參研單位的河南理工大學(xué)，師生們的臉上也無法掩飾成功的喜悅。2007年11 月，數(shù)字航測技術(shù)成果獲得河南省政府授予的河南省科技進步一等獎。
鄒友峰說，測繪用大面陣數(shù)字航空影像獲取裝備的成功研制，使我國成為繼德國、美國、奧地利等國之后少數(shù)掌握數(shù)字航空影像獲取技術(shù)的國家。所研制的裝備價格不及國外同類產(chǎn)品價格的三分之一，已成為我國測繪航空影像獲取的主力裝備，并使航空攝影測量走向普及化。
在全國廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生經(jīng)濟效益40多億元
在全國28個省、市區(qū)完成了70萬km2的航空影像獲取任務(wù)，所獲取的影像應(yīng)用在數(shù)字測圖、數(shù)字城市建設(shè)、城市規(guī)劃、礦產(chǎn)資源勘探等領(lǐng)域產(chǎn)生經(jīng)濟效益約40.4億元。
“過去搞地形測繪，必須到野外進行實地測量。有了這套設(shè)備，可以通過航空照片、衛(wèi)星照片，把地面模型按原樣搬到室內(nèi)來。以前需要艱辛的野外測繪，現(xiàn)在坐在電腦前就可完成了。所有測繪要求的圖種，這套設(shè)備都能繪制，應(yīng)用面非常廣。”鄒友峰說。
據(jù)介紹這項此成果可廣泛應(yīng)用于國土、測繪、水利、公路、鐵路、城建、環(huán)保、旅游等部門，具有廣闊的應(yīng)用前景。
“數(shù)字航攝儀高程精度比國外同類產(chǎn)品高三到四倍，分辨率、幾何精度也高于國外同類產(chǎn)品;鏡頭覆蓋范圍更大，因而拍攝效率更高，成本更低;鏡頭可以更換，一臺儀器可以滿足不同比例尺地形圖測制的需要，大大提高儀器的利用率。同時我國研制的數(shù)字航攝儀體積更小，重量更輕，對天氣條件要求不高，即使陰天也能在云層下攝影。”河南理工大學(xué)測繪學(xué)院院長郭增長教授說。
“國外數(shù)字航攝儀價格平均為1500萬元/臺套，而我們研制的裝備售價僅400萬元/臺套。價格低是一大優(yōu)勢，還可根據(jù)需要，隨時更換不同焦距的鏡頭，使用非常方便。用戶只需購置一臺本設(shè)備就可以滿足不同項目影像獲取的需要，國外的航攝儀則沒有這項功能。另外，拍攝前后，都可對相機參數(shù)及時進行檢校，以符合我國測繪行業(yè)的作業(yè)標準，保證測繪成果的精度和可靠性。但進口的數(shù)字航攝儀需要送到國外檢校，周期長、成本高，用戶難以承受。”鄒友峰說。
據(jù)介紹，數(shù)字航攝儀還在其關(guān)鍵技術(shù)——多像機高精度拼接，即多幅影像拼接的虛擬影像生成技術(shù)方面取得了突破性進展。同時項目研制出GPS飛行控制管理系統(tǒng)，承擔(dān)導(dǎo)航、記錄航跡和像機曝光時刻、精確提供曝光點坐標的使命，使得系統(tǒng)實現(xiàn)無人操作而準確無誤。
這種相機投產(chǎn)以來，已在全國28個省、市區(qū)完成了70萬km2的航空影像獲取任務(wù)，所獲取的影像應(yīng)用在數(shù)字測圖、數(shù)字城市建設(shè)、城市規(guī)劃、礦產(chǎn)資源勘探等領(lǐng)域，產(chǎn)生經(jīng)濟效益約40.4億元，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。
延伸閱讀
航空攝影測量的產(chǎn)生及中國航空攝影測量的開始
1858年的一天，法國首都巴黎的上空飄蕩著一個巨大的氣球。氣球距地面80米。攝影師湯納森在氣球上用照像機拍下了世界上第一張空中像片。之后，氣球攝影盛行。
1860年10月13日，美國的博蘭克在“空中皇后”號氣球上，從365米的高空拍下了波士頓商業(yè)區(qū)一部及鄰近的港口的像片。這像片刊登在大西洋月刊1863年7月號上，其標題是：波士頓，如同老鷹和野雁在天上的眼光來看，與一般市民站在屋頂和煙囪上看同一地方的景觀非常不同。這是保存下來的最早的空中像片。
1903年萊特兄弟發(fā)明了飛機，但是當時并沒有用來航空攝影，直到1909年，一位電影攝影師跟隨萊特飛行，拍下了第一部以飛機為平臺的電影。這一年4月23日，萊特兄弟在意大利訓(xùn)練海軍軍官時，在機翼上安放照像機，拍下了世界第一張真正意義上的航空像片。第一次世界大戰(zhàn)期間，為了軍事偵察，飛機上的攝影才受到重視，并獲得了迅速發(fā)展，于是誕生了航空攝影測量。
中國的航空攝影測量始于1931年。這年8月，在購置航攝飛機、航攝設(shè)備及培訓(xùn)人員的基礎(chǔ)上，南京國民黨政府參謀本部陸地測量總局正式建立航攝隊。在以后的幾年里，這個隊主要測制了局部地區(qū)1∶1萬和1∶2.5萬比例尺的軍事要塞圖，以及湘黔、成渝一帶l∶5萬比例尺的地形圖。（徐春浩）
{{item.content}}