將4臺(tái)日常所用的非專業(yè)相機(jī)“捆綁”在一起，變身為可以航空攝影測(cè)量的專業(yè)相機(jī)。10年前，曾被認(rèn)為是“無(wú)稽之談”，如今已大規(guī)模應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的航空攝影測(cè)量……
“大面陣數(shù)字航空影像獲取關(guān)鍵技術(shù)及裝備”項(xiàng)目科研人員
在近日舉行的2012年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)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(zhǎng)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(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，保障國(guó)家測(cè)繪地理信息安全
研究成果改變了我國(guó)中小比例尺地形圖測(cè)繪作業(yè)方式，解決了無(wú)人區(qū)、極其困難地區(qū)的地形圖測(cè)繪難題，打破了數(shù)字航攝裝備國(guó)外壟斷的局面，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
航空攝影是測(cè)制和更新國(guó)家地形圖及地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的重要資料源。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)航空攝影測(cè)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(dòng)化、智能化程度低。近年來(lái)，國(guó)外已研制出數(shù)字航攝儀取代膠片航空攝影儀，但進(jìn)口一套數(shù)字航攝儀價(jià)格昂貴，且存在著不能滿足我國(guó)基本比例尺地形圖測(cè)繪要求等諸多問題。發(fā)展我國(guó)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(cè)量研究團(tuán)隊(duì)，致力于國(guó)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(jī)組合平臺(tái)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(guó)內(nèi)首臺(tái)大面陣數(shù)字航空影像獲取裝備。
該項(xiàng)目研究成果改變了我國(guó)中小比例尺地形圖測(cè)繪作業(yè)方式，解決了無(wú)人區(qū)、極其困難地區(qū)的地形圖測(cè)繪難題，性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品水平，高程精度國(guó)際領(lǐng)先，打破了數(shù)字航攝裝備國(guó)外壟斷的局面，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，保障了國(guó)家測(cè)繪地理信息安全。
作為項(xiàng)目第二完成人，河南理工大學(xué)校長(zhǎng)鄒友峰表示，航空攝影測(cè)量是測(cè)繪和更新國(guó)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(cè)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(cè)量的首要環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)數(shù)字航空影像獲取主要依靠國(guó)外進(jìn)口的數(shù)字航攝儀，國(guó)外數(shù)字航攝儀采用專業(yè)量測(cè)型相機(jī)，不但價(jià)格昂貴、檢測(cè)維修困難，且存在著中小比例尺測(cè)圖數(shù)據(jù)冗余大、效率低，大比例尺地形圖測(cè)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(duì)提升我國(guó)測(cè)繪技術(shù)水平和實(shí)現(xiàn)測(cè)繪儀器國(guó)產(chǎn)化具有十分重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。
達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)“把地球搬回家”的愿望
數(shù)字航測(cè)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(shí)現(xiàn)“把地球搬回家”提供了最好工具。
數(shù)字航空攝影測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再把這種電信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的“數(shù)字信號(hào)”記錄下來(lái)，最后轉(zhuǎn)換成影像。
數(shù)字航測(cè)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?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)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(rèn)定為整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，改寫了中國(guó)航空攝影測(cè)量長(zhǎng)期采用膠片的歷史，推動(dòng)了我國(guó)測(cè)繪從傳統(tǒng)向數(shù)字化技術(shù)體系的跨越式發(fā)展，為實(shí)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(jià)格高、周期長(zhǎng)、效率低，而基于數(shù)碼相機(jī)的數(shù)字?jǐn)z影儀體積小、價(jià)格低、周期短、效率高。”劉先林院士說。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)在全球推廣應(yīng)用、數(shù)字航測(cè)儀的研制成功，使中國(guó)科學(xué)家在“數(shù)字地球”研究領(lǐng)域成了世界公認(rèn)的“領(lǐng)頭羊”。
把4臺(tái)非專業(yè)相機(jī)利用尖端技術(shù)“捆綁”到一起，該研究項(xiàng)目從2003年開始，經(jīng)過科研人員的艱辛努力，2007年就實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。項(xiàng)目成果共獲得專利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)3項(xiàng)。
“2007年5月底，科技部正式對(duì)外宣布：我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)x研制成功!該攝影儀填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，高程精度指標(biāo)達(dá)到同類產(chǎn)品國(guó)際領(lǐng)先水平，整體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(wú)法掩飾成功的喜悅。2007年11 月，數(shù)字航測(cè)技術(shù)成果獲得河南省政府授予的河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
鄒友峰說，測(cè)繪用大面陣數(shù)字航空影像獲取裝備的成功研制，使我國(guó)成為繼德國(guó)、美國(guó)、奧地利等國(guó)之后少數(shù)掌握數(shù)字航空影像獲取技術(shù)的國(guó)家。所研制的裝備價(jià)格不及國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格的三分之一，已成為我國(guó)測(cè)繪航空影像獲取的主力裝備，并使航空攝影測(cè)量走向普及化。
在全國(guó)廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益40多億元
在全國(guó)28個(gè)省、市區(qū)完成了70萬(wàn)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(cè)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(jì)效益約40.4億元。
“過去搞地形測(cè)繪，必須到野外進(jìn)行實(shí)地測(cè)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(lái)。以前需要艱辛的野外測(cè)繪，現(xiàn)在坐在電腦前就可完成了。所有測(cè)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(xiàng)此成果可廣泛應(yīng)用于國(guó)土、測(cè)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(guó)外同類產(chǎn)品高三到四倍，分辨率、幾何精度也高于國(guó)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(tái)儀器可以滿足不同比例尺地形圖測(cè)制的需要，大大提高儀器的利用率。同時(shí)我國(guó)研制的數(shù)字航攝儀體積更小，重量更輕，對(duì)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(cè)繪學(xué)院院長(zhǎng)郭增長(zhǎng)教授說。
“國(guó)外數(shù)字航攝儀價(jià)格平均為1500萬(wàn)元/臺(tái)套，而我們研制的裝備售價(jià)僅400萬(wàn)元/臺(tái)套。價(jià)格低是一大優(yōu)勢(shì)，還可根據(jù)需要，隨時(shí)更換不同焦距的鏡頭，使用非常方便。用戶只需購(gòu)置一臺(tái)本設(shè)備就可以滿足不同項(xiàng)目影像獲取的需要，國(guó)外的航攝儀則沒有這項(xiàng)功能。另外，拍攝前后，都可對(duì)相機(jī)參數(shù)及時(shí)進(jìn)行檢校，以符合我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證測(cè)繪成果的精度和可靠性。但進(jìn)口的數(shù)字航攝儀需要送到國(guó)外檢校，周期長(zhǎng)、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(jī)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(jìn)展。同時(shí)項(xiàng)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(jī)曝光時(shí)刻、精確提供曝光點(diǎn)坐標(biāo)的使命，使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作而準(zhǔn)確無(wú)誤。
這種相機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，已在全國(guó)28個(gè)省、市區(qū)完成了70萬(wàn)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(cè)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(jì)效益約40.4億元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
延伸閱讀
航空攝影測(cè)量的產(chǎn)生及中國(guó)航空攝影測(cè)量的開始
1858年的一天，法國(guó)首都巴黎的上空飄蕩著一個(gè)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(jī)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(guó)的博蘭克在“空中皇后”號(hào)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(hào)上，其標(biāo)題是：波士頓，如同老鷹和野雁在天上的眼光來(lái)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(lái)的最早的空中像片。
1903年萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)，但是當(dāng)時(shí)并沒有用來(lái)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(jī)為平臺(tái)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(shí)，在機(jī)翼上安放照像機(jī)，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(jī)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(cè)量。
中國(guó)的航空攝影測(cè)量始于1931年。這年8月，在購(gòu)置航攝飛機(jī)、航攝設(shè)備及培訓(xùn)人員的基礎(chǔ)上，南京國(guó)民黨政府參謀本部陸地測(cè)量總局正式建立航攝隊(duì)。在以后的幾年里，這個(gè)隊(duì)主要測(cè)制了局部地區(qū)1∶1萬(wàn)和1∶2.5萬(wàn)比例尺的軍事要塞圖，以及湘黔、成渝一帶l∶5萬(wàn)比例尺的地形圖。（徐春浩）
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