航空摄影测量在GIS数据采集中的应用

苏 亮

（苍穹数码技术股份有限公司，北京 100176）

地理信息系统是面向地理信息、环境资源等的分析管理系统，指分析处理地理信息数据的计算机技术系统，该系统注重其对地理信息数据的管理能力和分析能力，该系统需要计算机硬件和软件的支持，是一种空间信息系统。地理信息系统是一种建立在计算机系统基础上的地理信息系统工具，可以对空间信息进行分析和处理。例如在现有的地理信息系统基础上，增加新的分析功能、管理功能，或重新开发一个新的地理信息系统、利用现有地理信息系统工具解决一定的技术问题。将航空摄影测量应用于GIS中，能够提高GIS中单个信息的处理和分析能力。地理信息数据可以更快地被发现，以便快速地得到更完美的地理分析结果，满足用户的需求。航空摄影测量与GIS技术还可应用于相关资源管理、旅游道路规划、乡村土地利用管理、城市乡村相关开发规划等方面。例如，地理信息系统（GIS）可以在规划建设、车辆停放位置、道路规划、小区绿地面积等方面进行规划，使城市布局更合理。

1 GIS与航空摄影测量

1.1 航空摄影测量的简介

航空摄影测量是把拍摄用的航拍仪器安装在飞机上，让航拍仪器不断拍照取相，仪器制图通过地面控制点测量、制图和立体制图完成。利用摄影影像提供的信息测量计算目标物的具体形状、尺寸、相对空间位置、性质和相互关系的信息科学技术。摄影测量地物，除建立坐标系定量描述像点和地面点的空间位置外，还需要建立物体和相片之间的数学关系，才可实现摄影测量的目的。应确定摄影物镜与相片在航空摄影瞬间在地面设定的空间坐标系中的相对位置和姿态。为了表述方向和位置关系的参数，将其定义为相片的方位元素。空中摄影测量既需要户外测量，又需要室内进行数据加工处理，户外使用照相点，通过解读和测绘照片上的地形、地貌等，确定照片的平面坐标和高度，并利用平板测绘单张照片上的高度线。航空测量工作包括利用各种先进仪器对测绘控制点进行加密和绘图。

航空摄影测量的作业分外业工作和内业工作。外业包括基础控制测量、给排水及水消防工程控制点联测、相片调绘、野外补充测量、综合法测图等。外业测量的数据成果是航空摄影测量的基础资料，成果的优劣直接影响项目质量，必须严格按照规范进行测量。摄影测量内业工作就是利用像对重建立体模型，并对立体模型进行量测，就是将外业测绘工作搬到室内进行。如果利用像对进行立体测图，必须重建几何模型，该模型需要与实地相似且符合比例尺及空间方位要求。如果能恢复摄影瞬间射影像对的内方位元素和外方位元素，就能恢复几何关系。内业包括加密测图控制点和测制地形原图等工作，通过内业处理，绘制出地形图，为生产项目提供各种类型的地理信息数据。

1.2 GIS对航空摄影的具体影响

最初的航空摄影测量只对飞机起飞条件有严格限制。能源消耗大、成本高、分析时间长，缺乏相应的灵活性、自由性，不能适应时代的要求、现代应用的需要。目前，航测测图方法和测量仪器正向半自动化、全自动化方向发展，GIS技术的应用可以弥补不足，有效地提高测量水平，降低测量成本，大幅度提升地形图测量工作效率，减少测量误差，使地理信息数据采集更快、更智能、更详细，更方便地理信息行业工作开展。

2 航空摄影测量数据采集分析

在航测数据采集过程中，对航测质量有一定的要求，其要求主要为对摄影环境和天气的要求、对飞行速度的要求、对拍摄时间的要求等。航测所获得的图像和信息是航测数据采集的重要参考依据，如果航摄质量出现问题，采集的地理信息数据将会有误，无法使用。在航空摄影测量数据的采集中，摄影质量、飞行质量、图像质量、外观质量等，都是影响数据准确性的重要因素。

2.1 图像的倾斜角度

在航空测量过程中，航空测量图像通常具有特定的倾斜角度，通常倾斜角度为3°，并且航空测量图像的倾斜角度基于航空图像在边缘水平图像中气泡的多个位置可以进行综合判断。

2.2 航摄比和航高比

航向重叠度要求控制在30%～35%，按照35%设计。航摄相片航向重叠度一般控制在60%～65%之间，按照65%设计。保证全摄区不会产生航测漏洞，航向超出摄区范围六条基线，旁向超出摄区不少于30%像幅。影像要求色彩均匀清晰，颜色饱和无云影和划痕、层次丰富、反差适中，像元分辨率为6.41 μm。相片倾斜角小于4.5°，最大不超过12°，出现超过8°的相片不超过总数的10%。每条航线的有效航片要超出成图范围5条基线以上。在收集航测数据的过程中，主要以地尺的形式存在，线段图像与地面上相应线段之间的水平距离之比为航测尺。在收集航空摄影数据的过程中，航空摄影的比例不是任意确定的，主要基于与比例尺非常接近的测绘数据的比例。在制定航拍飞行计划时，确定航拍相机和航拍比例后，根据航高进行确定。在收集航空摄影数据的过程中，根据先验确定的航空高度，会存在一些飞行差异。对此，应对其差值进行全面控制，一般不得小于5%，航高偏差不应超过50 m。

3 航空摄影测量对GIS的影响

3.1 GIS简介

GIS即地理信息系统，是空间信息系统的重要组成部分之一。该系统是由计算机硬件和软件系统支持的技术系统，软件系统收集、存储、管理、计算、分析、显示和描述整体或部分地球表面（包括大气层）的地理分布数据。随着科学技术的不断发展，地理信息系统技术已日趋成熟，地理数据象征性地表达了各种地理特征与现象之间的关系，是地理环境要素的数量、质量、分布特征与规律。坐标系是地理信息系统的重要组成部分，每个GIS可以将不同的地理参考系应用于其他系统。数据库管理系统包括一个请求编译器，如果请求正确，则将其发送到数据库的处理机，通过数据库管理系统实现数据的采集。

3.2 航空摄影测量对GIS的影响

航空摄影测量法在GIS数据收集中的应用航空摄影测量法对于GIS数据收集非常重要。通过使用天空中的飞机，并配合专业配置的航拍相机恢复分析测量设备光束进行设置。可以从类似于字段的三维模型开始，收集每个坐标、点、线和面数据的地理信息数据，以符号、线性格式记录地理位置，并在三维空间坐标系中记录地理数据的空间位置。

进行地理信息数据处理后，对图形进行编辑，再将处理后的地理信息数据输入、存储到地理信息系统中，生产需要的地理信息产品。在地理信息数据采集的过程中，应保证产品的质量，采用过程检查或最终检查。质量检查工作应贯穿整个产品生产过程中，成立专门的质量检查组，分级设置质量检查工作职责，各级检查应配备充足的技术人员，检查工作应有计划、有组织地进行，不得随意省略或代替各阶段各工序的质量检查。质量检查的过程文件应认真填写保存备案，以便核查，保证每一道工序都处于可控的状态，每道工序检查完成，签字确认，形成质量检查过程资料。质量合格后进入下一道工序。对作业质量和进度进行抽查、定期检查，避免质数据影响空间数据。

4 应用航空摄影测量技术在GIS数据采集中的关键点

航空摄影测量的数据质量特别重要，应用航空摄影测量进行地理信息数据采集过程中，采集的数据的准确性受到多种因素的影响。因此，在航空摄影测量应用过程中，应对所采集的空间数据质量进行严格管控。

（1）在航空摄影测量数据采集过程中，航空摄影测量数据质量受多种因素影响，并不完全等同于真实数据。包括空间数据的质量和数量的不准确带来的影响、地理系信息系统实用价值的差异性、经济价值的差异性等影响。

地理信息工作者应用航空摄影测量技术时，对采集的空间数据质量应进行严格管控，认真检查，避免返工。

（2）由于空间数据数据量大，存储困难，一般储存在计算机自带的系统内，计算机系统具有自带的自动检测功能，技术人员也可以利用该功能，对航空摄影测量数据的准确性、完整性、坐标标注，高程标注、汉字标注、输入参数逐一检测。然后，执行计算机回放检查功能。对航空摄影测量数据线性质量、对角线精度、数据偏差、数字完整性、图像尺寸进行检查，提升地理信息系统数据可靠性。

为了避免对数据质量控制不严格、检查工作不到位，产生的劣质数据对数据精度造成的不利影响，在航空摄影测量地理信息数据采集阶段，应要求地理信息工作者严格贯彻执行“数据质量高于数据采集速度”的基本原则，从源头上控制数据质量，保证航空摄影测量的成果与相关的技术标准要求相符。

由于地理信息系统中数据量大且结构复杂，各数据均具有相关的参照物且处于空间坐标系中。建立坐标系时，相关人员应根据具体测量项目的特点，设置有利于该项目实施的最合理的坐标系，保证坐标系内各个数据间存在相对稳定联系，方便地理信息数据生产。

5 结语

为了使地理信息系统更完整、更准确，空间地理信息数据收集至关重要，航空摄影测量是地理信息系统数据收集的重要方法之一。为了更好地执行维护、数据更新、数据回放和数据服务，正在取得技术进步。航空摄影技术操作起来较为简单方便，高效快捷，应用过程中安全系数较高，较多项目在开展地形图测绘工作时会优先考虑使用该项技术。为了让测绘测量新技术在地理信息工作中充分发挥其重要作用，测绘测量工作人员应大力推广这项技术的应用，促进地理信息技术进步，更好地服务于社会。