案例名称:农村土地承包经营确权之航片VS卫片

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——农村土地承包经营确权之航片VS卫片——

航片


    我们将低空域领域获取到的照片统称之为航片,即为飞行拍摄的影像,这类影像严格意义上分为两种硬件结构:

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小型无人机+全画幅相机的工作模式

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大型通航飞机+大尺寸航空摄影相机的工作模式


    其前者机动性强,获取照片迅速,成本较低,但是拍摄大面积工作区时又无法满足性能、技术指标的要求。后者成本较高,获取照片更为迅速,且更适用于大面积工作区的数据采集,唯一缺点就是技术门槛过高以及成本大幅度高于小型无人机获取采集。

    但是无论经由哪一种方式获取航空影像,在获得照片后都要进行漫长的内业、外业后期处理工作。

    就后期处理工作而言,目前有两种处理方式,一种为国标所认可的航空摄影测量办法(包含无人机摄影测量技术),一种为高效的“图片”处理版本,后者只能够被称为航拍照片,因为没有经过国标技术标准的处理,所以精度层面无从谈起,为何要在图片二字上用引号,如果说以国标方式处理的航测影像叫做测绘成果的话,后者只能被称为具有一定参考意义的航拍图片。

    在国标的处理航拍影像要求中,获取到的航拍影像必须为立体片,也就是需要获取同一区域前视角与后视角的影像,并要经过构建DEM、内定向、相对定向、绝对定向,空三加密,等一系列的技术手段完成技术处理,最终得到正射影像。那么这样流程的影像如何保证其精准呢?

    拍摄到的数据由于镜头的变形、拍摄姿态的不稳定,首先要对所有照片进行内定向也就是绝对定向还原成像照片比对摄影姿态时的中心坐标,四角坐标,这个坐标仅针对于照片而言,不涉及坐标系的问题,将每一张照片精准还原拍摄姿态后,结合亚米级甚至更高精度的GPS全站仪对测区进行与坐标系、投影方式挂钩的外业控制点采集以及高程控制点采集,完成这一步后,以少量的地面控制点为依据,进行空中三角测量网的密度加密,以求用较为精准的模型,进行电算没有控制点的区域,为基础控制点增加密度,通常被叫做空三加密。在完成这一步后就需要进行相对定向,通俗来说就是用立体片构建DEM数字高程成果,最终以DEM模型用于数据地表模型基准,对绝对定向后的航片完成正射数字摄影测量结果。

    而这样一个繁杂的过程同时涉及到了内业、外业的工作,是一个标准的数字航空摄影测量成果。同时我们也可以看出,数据的精度是因为有了高精度的外业调绘,然后为空三加密带来了优质的作业基础,这样就能进行高质量的相对定向,从而得到结果。

    而另一种方式是直接省略外业调绘、相对定向过程,控制点的来源取自国家西安80坐标系或54坐标系,更有甚者直接以谷歌地球这样不严肃的商业数据进行控制点获取,而谷歌上上坐标是如何得到的呢?因为谷歌不可能前往世界各地去采集当地的实地控制点,所以他的数据坐标来源,是类似于航测空三加密的方式,依托卫星本身的RPC模型实施地面电算的结果。以此而来的数据精度是无从说起的。

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    在处理时长的问题上,也与产品的成熟度及搭载设备的完成度高低有直接的关系,通航飞机航测除飞机外,航测摄影设备与卫星无异,均为大幅面多光谱传感器,此技术条件成熟,且设备费用最便宜的高达几百万,所以相关配套及人员数量要求反倒没有对计算机硬件要求高。无人机方面则因飞机拍摄照片零散,一个50平方公里的区域,因为像素低,单次成像范围小,会出现几千张照片,结合到参差不齐的飞行控制系统,在不严谨的情况下会比大型飞机带来更大的误差,而且面积几千张目标区域的照片量,完全需要进行人海战术的数据处理,所有流程在半自动化的处理过程中,处理效率会较低。通常小面积的区域,人手合理的情况下处理时长需要最快半个月,且没有外业工作的参与。如以国标方式进行,那么时间则会更长。

    所以综合以上航测在市场上存在的两种数据处理的特征,来对航片数据进行一个综合评定。

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卫片

    在已知以上航拍所面临的问题后,起初将其定位于对于航拍影像的一种补充,补充那些无人机无法达到,拍摄难度大的区域的数据获取。对于卫星成像而言,这类成像的距离地表高度较高,往往高达400KM以上。经过从50年代KEYHOLE的蜕变,现在国际上已经发展出了2家(原为3家)规模较大、资源掌控能力强、技术领先的卫星影像供应商。分别为美国的DigitalGlobe,含旗下的Quickbird(快鸟)、Wolrdview-2、Geoeye-1、即将发射的Worldview-3(0.3米分辨率)。

    法国的AIRBUS(空中客车)旗下的Pleiades-1。以上卫星目前可以提供0.5米级别的卫星影像,即便如此影像的细节并不能达到航拍影像的清晰度。但经过实地与卫星影像的对比,卫星成像的分辨率已能够基本满足田埂、田亩边界的识别。从视觉上,这样的产品首先满足了内部工作的需要。

    在数据精度中,卫星影像的处理过程相对于航片而言,要小许多,这得益于卫星成像的高空大面积获取数据的能力,以及上百亿美元的研究花费(以此带来了更高精度的卫星飞行姿态记录),可以在还原卫星影像物理成像参数上有数据变形的保证,以及非常高的系统功能完成度。同时各家卫星公司均给出了一个类似于航测空三加密的误差参数,对于山地地区,无控制点状态下误差为15RMS,平原地区无控制点状态下误差为5RMS,这一指标,比对于无控制点的航测,其本身已经拥有理想的测绘成图基础,如果辅助控制点的情况下将能够得到比分辨率稍低的大比例尺成图。

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    而如果借助卫星的自身参数记录,也就是我们说的RPC文件,辅助地面用模型解算RPC,并再正射影像,那么这个精度误差将会缩小一半,山地地区完全可以满足7.5RMS以内的误差,平原地区2以内的误差。

同样在数据获取层面上,卫星获取大面积数据的优势非常明显,且有很多现成的历史影像成图,可以方便对未有进行作业的试点地区使用已有的数据进行工作开展。

    综合而言,卫星影像产品是一个在空间面积覆盖,数据质量恒定、工作量小的基础上各方面参数中庸的一种产品选择

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