摘要：航空攝影技術(shù)是影像數(shù)據(jù)獲取的主要手段之一，可用于3D產(chǎn)品的生產(chǎn)。本文利用航空攝影技術(shù)獲取呼倫湖流域真彩色影像數(shù)據(jù)，并用于生產(chǎn)1∶10000比例尺3D產(chǎn)品，通過影像解譯實現(xiàn)了對呼倫湖流域自然資源地表信息的監(jiān)測，是呼倫湖流域國家級自然保護區(qū)生態(tài)與環(huán)境綜合治理的重要數(shù)據(jù)來源，為自治區(qū)生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：航空攝影；真彩色影像；影像解譯；生態(tài)監(jiān)測

1.引言

黨的十九大報告要求加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國，強調(diào)推進綠色發(fā)展。為促進自治區(qū)生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展，推進“一湖兩?！鄙鷳B(tài)綜合治理，內(nèi)蒙古自治區(qū)航空遙感測繪院于2017年開展了呼倫湖流域國家級自然保護區(qū)生態(tài)與環(huán)境綜合治理航空遙感影像獲取工作，為呼倫湖流域國家級自然保護區(qū)生態(tài)與環(huán)境綜合治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為自治區(qū)生態(tài)文明建設(shè)與變化監(jiān)測提供了技術(shù)手段。

呼倫湖是我國第四大淡水湖、北方第一大湖，被譽為“草原之腎”，在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防止荒漠化及維系周邊草原生態(tài)平衡等方面具有極其重要的生態(tài)功能。航空攝影是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的主要獲取手段之一，是通過使用大幅面框幅式數(shù)字航攝儀，搭載通用航空飛行平臺，按設(shè)計的航跡飛行作業(yè)，采用定點曝光的模式，可快速獲取高分辨率真彩色影像數(shù)據(jù)，結(jié)合IMU/GNSS輔助航空攝影測量技術(shù)，可極大地減少外業(yè)相片控制點的數(shù)量，提高了后期作業(yè)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

獲取的呼倫湖流域影像數(shù)據(jù)，是環(huán)境綜合治理的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了呼倫湖流域自然信息地物的詳細獲取，為后續(xù)的環(huán)境評價提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過對影像解譯，以期得到針對性地治理，使得呼倫湖周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境將發(fā)揮更好的調(diào)節(jié)作用，為更多野生動物創(chuàng)造優(yōu)越的棲息、繁衍條件，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)和漁業(yè)生產(chǎn)提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，是自治區(qū)生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展的重要體現(xiàn)。

2.項目概況和要求

呼倫湖流域攝區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市西部，南靠新巴爾虎右旗，北臨滿洲里市，地形西高東低基本為丘陵地，屬于北方溫帶半干旱區(qū)，氣候寒冷干燥，冬長夏短，適宜進行航空攝影的季節(jié)為5月～11月。

攝區(qū)位于東經(jīng)116°45′00″～118°30′00″，北緯49°00′00″～49°20′00″之間，攝區(qū)面積4731.22km2，要求使用IMU/GNSS輔助航空攝影技術(shù)獲取真彩色數(shù)字影像數(shù)據(jù)，地面分辨率優(yōu)于0.5m，滿足1∶10000成圖比例尺精度要求。攝區(qū)技術(shù)指標(biāo)見表1。

影像成果采用Tiff格式，POS數(shù)據(jù)采用TXT格式，2000國家大地坐標(biāo)系，大地高系統(tǒng)。

3.航空攝影技術(shù)方案

3.1技術(shù)路線

航空攝影分為五個階段，分別為設(shè)計階段、飛行階段、數(shù)據(jù)處理階段、質(zhì)量檢查階段和驗收階段。技術(shù)路線流程如圖1所示。

在設(shè)計階段，需要掌握航攝區(qū)域的地形地貌、氣候、機場位置等情況，確定航攝區(qū)域的基準(zhǔn)面，以此判斷攝區(qū)是否分區(qū)，根據(jù)航攝儀設(shè)計相對航高，從而確定攝區(qū)的絕對航高，根據(jù)攝區(qū)的面積、位置走向設(shè)計航攝的飛行方向、航線數(shù)、航片數(shù)，編寫技術(shù)設(shè)計書報專家評審。

飛行階段期間，根據(jù)項目要求準(zhǔn)備航攝儀，聯(lián)系通用航空公司，上報飛行計劃，辦理機場入場證。飛機調(diào)運至機場后，安裝航攝儀并進行地面調(diào)試。選擇天氣晴好日進行航空攝影作業(yè)，每飛完一個架次，要及時將影像提交數(shù)據(jù)處理人員，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果確定是否需要補飛。

數(shù)據(jù)處理期間，要將原始數(shù)據(jù)從0級處理到2級，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，將涉及質(zhì)量問題需補飛的影像以及航線號及時反饋給飛行作業(yè)人員，將數(shù)據(jù)從2級處理到3級，制作相片索引圖，進行POS數(shù)據(jù)聯(lián)合解算。

質(zhì)量檢查階段，需對航空攝影全部成果的飛行質(zhì)量、影像質(zhì)量、附件質(zhì)量、文檔資料等進行全數(shù)檢查，檢查合格后編制質(zhì)量檢查報告。

驗收階段，由技術(shù)負責(zé)人向驗收評委會做項目驗收匯報，最后由驗收評委會出具驗收文件。

3.2軟硬件配置

使用的軟件包括飛行計劃設(shè)計軟件Trackair，飛行控制軟件Snapshot，POS數(shù)據(jù)記錄軟件POS AV510，POS數(shù)據(jù)處理軟件POSPac MMS，影像數(shù)據(jù)處理軟件UltraMap，影像勻色軟件Worldview等。

航攝儀選用微軟公司新一代超大幅面、高集成度的數(shù)字航攝儀UltraCam Eagle（UCE），鏡頭編號70617114，技術(shù)參數(shù)見表2。

項目選用北大荒通用航空有限公司空中國王C90GTi飛機（編號B-9791），從海拉爾東山機場起降，飛機飛行升限9000米，航程可以達到1800千米，適合本攝區(qū)作業(yè)。

3.3航攝因子計算

根據(jù)呼倫湖流域攝區(qū)的地形情況，結(jié)合UCE數(shù)字航攝儀的各項參數(shù)和空中國王C90飛機性能，并參考當(dāng)?shù)貧庀笄闆r，設(shè)定本攝區(qū)地面分辨率為0.4m。按照規(guī)范要求，航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線不少于兩條基線，旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線不少于像幅的30%，設(shè)定航向重疊度為65%，旁向重疊度為33%。

相對航高由如下公式計算：

絕對航高為相對航高與基準(zhǔn)面高程之和。本攝區(qū)絕對航高為6800m。

攝區(qū)航線敷設(shè)情況如圖2所示。

4.航空攝影成果

本項目獲取了4731.22km2真彩色影像數(shù)據(jù)，共600張影像，可覆蓋224幅1∶10000地形圖范圍，累計飛行3架次約12h。獲取的數(shù)據(jù)影像清晰、層次豐富、反差適中、色彩均勻、覆蓋完整。

成果主要包括數(shù)字航空攝影真彩色影像數(shù)據(jù)、真彩色相片數(shù)據(jù)、瀏覽影像數(shù)據(jù)、相片索引圖、相片中心點坐標(biāo)數(shù)據(jù)、航攝相片和航攝文檔資料等。影像數(shù)據(jù)采用Tiff格式，相片幅面尺寸高20cm，寬13cm，四周側(cè)邊距5mm。數(shù)據(jù)成果和文檔資料整理參照GB/T 27920.1-2011《數(shù)字航空攝影規(guī)范》的相關(guān)要求，數(shù)據(jù)成果以硬盤存儲，文檔資料裝訂成冊。真彩色影像示例數(shù)據(jù)見圖3。

5.成果應(yīng)用研究

5.1為呼倫湖周邊草原生態(tài)保護與建設(shè)提供技術(shù)手段

呼倫湖周邊草原生態(tài)保護與建設(shè)包括草地退化治理、環(huán)湖及周邊沙化土地治理、保護區(qū)生態(tài)移民三個方面內(nèi)容。本攝區(qū)獲取的呼倫湖流域的真彩色影像數(shù)據(jù)，制作生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖后，可直觀地對圖像進行目標(biāo)地物識別和解譯，對草地退化區(qū)域和沙土治理區(qū)域準(zhǔn)確識別、移民區(qū)域的選址提供了可視化的技術(shù)手段。為實現(xiàn)到2030年保護與建設(shè)退化草地面積20206km2，治理湖區(qū)周邊437333.33公頃（656萬畝）沙化土地、完成新巴爾虎左旗北部沙帶綜合治理面積62000公頃（93萬畝）提供準(zhǔn)確、精細的地理信息數(shù)據(jù)保障。

5.2為加快呼倫湖流域濕地保護與恢復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐

加快濕地保護與恢復(fù)工作，涉及河湖生態(tài)治理工作和濕地建設(shè)與恢復(fù)兩個方面。航空攝影影像數(shù)據(jù)的近紅外波段，能夠很好地識別需要治理的水域區(qū)域，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合水下地形測量工作，完成對600km圍欄建設(shè)、淤積疏浚清方、干涸濕地與主湖區(qū)水體聯(lián)通的建設(shè)，為功能性濕地建設(shè)和湖濱緩沖帶濕地植被建設(shè)提供可視化的技術(shù)手段。

5.3為完善流域水資源配置提供基礎(chǔ)服務(wù)

航空攝影獲取的真彩色影像，通過空中三角測量等技術(shù)可以獲取該區(qū)域的地形數(shù)據(jù)和數(shù)字正射影像圖，可為工程選址和項目施工提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)。同時，河湖整治的重點治理選取、動態(tài)監(jiān)測等工作都可以用航空攝影測量數(shù)據(jù)為客觀數(shù)據(jù)來源進行分析，利用近紅外波段分析植被覆蓋情況，精準(zhǔn)的實施牧草地節(jié)水灌溉工程建設(shè)。

5.4為環(huán)境污染整治提供分析方法

獲取的影像數(shù)據(jù)可以提供地理信息空間分析方法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以疊加分析、緩沖區(qū)分析、連通性分析等技術(shù)手段，對各項治理工程的選址、監(jiān)測等提供技術(shù)方法，在生活污水治理、工業(yè)污水治理、牲畜糞便污染治理、露天礦地質(zhì)環(huán)境治理以及旅游景區(qū)環(huán)境綜合整治發(fā)揮重要的作用。

5.5為加快流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級保駕護航

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級支持生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此在星級廁所建設(shè)方面，既要滿足游客的使用方便，又要盡可能減小對環(huán)境景觀的影響。利用本項目影像成果可以通過地形分析的技術(shù)方法作為輔助手段，在兩種需求中間尋找平衡點，同時通過對該流域的定期航拍，可以動態(tài)監(jiān)測畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)模。

5.6為保護區(qū)管護能力建設(shè)提供技術(shù)保障

管護能力建設(shè)要求建成保護區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)字化平臺，航空攝影的成果可為該平臺提供基礎(chǔ)的地理底圖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)將文字化資料向圖形化表達的轉(zhuǎn)變。同時，影像的各類地物清晰可見，這就為執(zhí)法人員檢查提供了原始的證據(jù)和數(shù)據(jù)依據(jù)。以影像數(shù)據(jù)為支撐，疊加各類環(huán)保專題數(shù)據(jù)，分析實地生態(tài)效益補償點，開展野生動物救護、防火巡護等工作。

6.結(jié)論

（1）本項目主要服務(wù)于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新，影像清晰，層次分明，影像數(shù)據(jù)色彩良好。POS數(shù)據(jù)精度高，經(jīng)過飛行質(zhì)量因子計算，各項質(zhì)量參數(shù)均滿足要求，為各級政府規(guī)劃、國情監(jiān)測和應(yīng)急保障等提供重要的數(shù)據(jù)資源。（2）項目位于北部戰(zhàn)區(qū)管轄范圍內(nèi)，攝區(qū)周邊軍事設(shè)施較多，協(xié)調(diào)難度較大。通過多年的努力與實踐，我院已形成較為完善地測繪航空攝影工作方案，從空域申請、技術(shù)設(shè)計、協(xié)調(diào)保障、航空攝影、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量檢查等一系列的工作流程，通過不斷的學(xué)習(xí)與摸索，形成一定的作業(yè)方法，在自治區(qū)境內(nèi)執(zhí)行航空攝影任務(wù)具有一定優(yōu)勢。（3）項目采用IMU/GNSS輔助航空攝影，利用直接獲取的POS數(shù)據(jù)與攝區(qū)范圍內(nèi)及周邊的CORS站、地面基準(zhǔn)站進行聯(lián)合解算，得到高精度的POS成果，極大地提高攝影測量作業(yè)效率和空三精度。（4）實現(xiàn)了呼倫湖流域航空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取，為環(huán)境保護和生態(tài)文明建設(shè)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為推動綠色發(fā)展提供了技術(shù)支撐，是自治區(qū)生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測的重要數(shù)據(jù)來源。

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