国家航空影像获取工程技术体系构建与实现

2015-12-23

遥感影像是开展测绘生产的基础数据源，航空遥感数据获取技术、获取效率、产品质量是影响测绘生产技术水平高低的重要因素。近年来，航空遥感技术发展取得了突破性成就，数字航摄、IMU/GNSS辅助航摄、机载SAR、机载Lidar等新技术趋于成熟，但原有的国家航空影像获取技术体系完全基于模拟（胶片）技术手段建立，缺乏数字技术获取标准，质检手段、技术管理模式不能适应技术发展，航空遥感新技术全面工程化应用面临严峻挑战。

2005年以来，国家基础地理信息中心围绕“建立新的国家航空影像获取工程技术体系，适应航空影像获取新技术发展”这一目标，联合中测新图(北京)遥感技术有限责任公司等有关单位持续开展研究，在影像获取标准制定、数字化质检、技术管理等方面取得了多项创新性成果，构建了数字时代下的国家航空影像获取工程技术体系，实现了我国航空影像获取技术的跨越式发展和产业技术升级。该项目实施过程中，先后获得国家基础航空摄影、西部测图工程影像获取、927工程影像获取等项目支持，主要完成人有廖安平、赵俊霞、李明、朱祥娥、郭童英、李焕达、张宏伟、刘沛、李玲、张丽娜、武昊、郑新燕、彭舒、陈力宏、郑安武。

一、总体思路

根据航空遥感获取新技术的特性，重点从数字影像获取标准体系、质检体系、技术管理等方面开展攻关研究。

数字影像获取标准体系主要研究数码航摄、IMU/DGPS、低空航摄等新型传感器（平台）在产业化应用中需要建立的标准作业流程、关键技术指标、成果要求及质量缺陷弥补措施等，制定相应的国家和行业标准规范。

质检体系研究主要在全面分析各类新型航空遥感成果的质量特性基础上，总结提炼数字航空遥感成果的核心质量元素，提出适应数字成果质检的方法，研发质检工具提高质量效率，制定质检规范，保障对新型影像技术成果的全面、准确检核。

技术管理研究主要针对航空遥感新技术在工程化实施过程中面临的技术管理困难，综合利用GIS、基础地理信息数据库等技术和资源，建立新的影像获取技术管理手段与方法，促进国家影像获取项目实施，保障获取的影像成果及资料符合相关测绘工程的需要。

项目首先开展各项关键技术研究，在取得技术突破后，及时安排一定规模的生产性试验加以测试和总结完善，保障形成的标准规范、软件工具的科学性和普适性。

二、主要技术创新及研究成果

1．制定了数字影像获取系列标准，构建了国家数字航空影像获取标准体系，实现了我国航空遥感数据获取从模拟到全数字、从有控制到无（少）控制、从单一光学影像到多源遥感数据的产业技术升级。

（1）研究建立了多类型数字航空摄影技术的标准作业流程，制定了涵盖框幅式数字航摄、推扫式数字航摄、低空航摄、机载Lidar等当今前沿航空遥感技术的影像获取系列标准，填补了数字航空摄影领域的国家技术标准空白，有效指导不同分辨率、不同成图精度、不同获取技术模式的航空遥感任务作业，规范了新技术在我国航空影像获取工作中的应用。

（2）系统研究了分辨率与成图比例尺关系、飞行姿态对惯导设备观测精度影响、动态GPS观测精度保障、检校场消除系统误差、数据联合处理等数字航空遥感新技术在工程化实施中所需解决的难题，科学确定了相关技术参数，制定了IMU/GNSS辅助航摄技术标准，为实现无（少少）控影像获取技术提供了作业技术依据。

（3）研究了数字影像获取过程中因设备故障、飞行质量偏差等造成的缺陷弥补要求及方法，有效控制了过程质量和返工工作量，保障了影像及辅助数据的最终质量。

 2．研究了数字航摄成果的质检流程、技术方法及内容，开发了数字化质检系统，形成了数字航摄成果质检体系，保障了新技术成果的可靠性。

（1）研究建立了各类航空影像及附件成果的核心质量元素和质量检查与评价方法，建立了全面、可操作的质检技术流程，制定了涵盖框幅式数字航摄、推扫式数字航摄等数字影像成果质检系列标准，有效指导规范影像成果的质量检验，保证数字影像产品质量。

（2）发展了基于快速自适应影像匹配、影像直方图、对比度与模糊度、地形匹配等数字航摄成果的自动化质检技术方法，开发了质量检查系统，将质检效率提高10倍以上。

3．创新了国家航空影像获取的技术管理体系，实现了国家航空影像获取从计划制定、方案评估到实施监督等全过程的精确、量化技术管理。

（1）研究实现了基于DEM的快速精确设计方法，研发了适应多源传感器的高精度航摄飞行规划设计系统，改变了传统纸图手工设计模式，保障了国家航空影像获取计划编制及政府采购文件的科学性、精确性。

（2）建立了可量化的项目实施方案综合评价模型和可量化的业绩诚信考核体系等，革新了项目技术监督管理模式。

三、成果应用情况

1．该项目的实施有力推动了我国航空遥感获取技术的跨时代发展与产业升级。该项目形成的技术标准、相关软件、项目管理模式在行业内全面应用，目前我国已全面实现从模拟到全数字的技术跨越，航空遥感新技术在测绘、国土资源、水利交通、城市规划等领域广泛应用，十年来累计支撑了我国近40亿航空影像获取任务。　　 　　

2．项目成果有力支撑了国家重大测绘工程的顺利实施。技术体系的构建保障了十年来600余个影像获取项目的顺利实施，累计为基础测绘、西部测图、927工程、国情普查、数字城市等重大测绘工程提供各类数字遥感成果660万平方公里。IMU/GNSS辅助航摄技术在927工程、西部测图等项目中广泛应用，解决了困难地区高精度控制技术难题。利用新技术，在减少野外控制、航片扫描等方面，不仅提高了生产效率，仅测绘地理信息部门就节约经费近5亿元。

3．促进了产业队伍的快速发展及航空遥感获取能力的提升。项目成果打通了航空遥感新技术到工程化应用的技术瓶颈，有效推动了我国影像获取的产业技术升级和产业队伍建设，十年时间，数字航空摄影装备从零发展到现在超200台套的规模，航摄资质企业从原来的不足10家发展至现在的近300家。影像获取技术的发展大大提高了生产效率，影像获取周期平均缩短1/2，年生产能力大幅提高，已具备较短时间内全国性覆盖能力。

总体来看，技术体系的构建支撑了国家基础测绘等重大工程项目的顺利实施，并成功推广应用于国土资源、水利交通、城市规划、生态环境、灾害监测评估、国家安全保障等领域，实行了航空影像获取新技术向生产力的成功转化，为社会各行业提供了丰富优质的影像数据源。项目的开展，实现了我国航空影像获取从模拟到数字、从有控制到无（少）控制、从单一光学影像到多源遥感数据的产业技术升级，提升了国家航空影像在国民经济建设中的保障能力，带动了航空摄影产业的快速发展。