航空航天技術(shù)論文(2)
航空航天技術(shù)論文
航空航天技術(shù)論文篇二
現(xiàn)代航空航天技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
摘要：本文主要探討了航空攝影測量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、GPS測量技術(shù)以及遙感技術(shù)等四種現(xiàn)代航空航天技術(shù)在測繪中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：航空攝影測量;地理信息系統(tǒng);GPS測量技術(shù);遙感技術(shù);測繪
中圖分類號：P228文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
隨著現(xiàn)代人造衛(wèi)星技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，建立在這些技術(shù)基礎(chǔ)上的甚長基線干涉測量(VLBI)、衛(wèi)星激光測距(SLR)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等空間大地測量技術(shù)，已可以精度測定地球的整體運(yùn)動(地球的自轉(zhuǎn)和極移等)和局部運(yùn)動(板塊運(yùn)動和區(qū)域性地殼形變等)，這些同慣性測量、衛(wèi)星重力梯度儀、衛(wèi)星測高等新技術(shù)的研制和應(yīng)用一起，推動了整個(gè)測繪的發(fā)展，使之從單一學(xué)科的封閉狀態(tài)向著與天文、地質(zhì)、海洋、大氣、地球物理等學(xué)科互相滲透、交叉、綜合發(fā)展的方向前進(jìn)。目前在測繪工程中常用的航空航天測繪技術(shù)有：航空攝影測量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、GPS測量技術(shù)以及遙感技術(shù)?，F(xiàn)簡要分述如下。
1航空攝影測量技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
隨著科技進(jìn)步，航空攝影測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市測繪、復(fù)雜地形及國界等測繪區(qū)域。目前，航空攝影測量技術(shù)發(fā)展迅速，測繪技術(shù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了數(shù)字航攝儀DMC、IMU/DGPS新技術(shù)、LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)等攝影測量新技術(shù)。
1.1數(shù)字航攝儀DMC
數(shù)字航攝儀DMC是一種用于高精度、高分辨率航空攝影測量的數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)。DMC數(shù)字航空相機(jī)由四個(gè)全色傳感器和四個(gè)多波段傳感器組成。DMC航空相機(jī)通過四個(gè)多波段傳感器分別捕捉紅色、藍(lán)色、綠色及近紅外數(shù)據(jù);而四個(gè)全色傳感器分別捕捉的影像，依靠少量的重疊區(qū)域生成一個(gè)大的鑲嵌影像。DMC能夠滿足小比例尺和高分辨率大比例尺航攝業(yè)務(wù)的需要。該系統(tǒng)在不同的光線條件下，通過改變曝光時(shí)間，確保影像質(zhì)量，其對地面分辨率可達(dá)到5 cm。
低空數(shù)字航空攝影測量以2000萬像素以上的小像幅數(shù)碼相機(jī)為傳感器，采用無人飛機(jī)進(jìn)行低空航攝，具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢。該技術(shù)能夠在短時(shí)間獲取局部區(qū)域的較高精度的高分辨率數(shù)字影像，且天氣及機(jī)場的依賴性小，已廣泛應(yīng)用于應(yīng)急保障、防災(zāi)減災(zāi)、地形測繪等領(lǐng)域。
1.2 IMU/DGPS輔助航空攝影測量技術(shù)
GPS，即全球定位系統(tǒng) ，應(yīng)用于航空攝影測量后，通過空三的方法獲取角元素，部分實(shí)現(xiàn)了直接獲取投影光束。IMU/DGPS，即慣性測量單元/差分GPS，應(yīng)用與航空攝影后，可直接獲取三個(gè)線元素和三個(gè)角元素，無需或只需極少數(shù)的地面控制點(diǎn)就可進(jìn)行航空攝影測量，簡化和加速航片定向乃至整個(gè)測圖工作。
IMU/DGPS輔助航空攝影測量是通過聯(lián)合IMU、DGPS數(shù)據(jù)聯(lián)合處理后，從而獲得高精度外方位元素相片的航空攝影測量理論、技術(shù)和方法。其首先通過飛機(jī)上的GPS接收機(jī)和地面或基站上的 GPS接收機(jī)連續(xù)而同步地觀測GPS衛(wèi)星信號，然后經(jīng)過GPS載波相位測量差分定位技術(shù)從而獲取航攝儀的位置參數(shù)，進(jìn)而應(yīng)用于航攝儀緊密固連的高精度慣性測量單元直接測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)。IMU/DGPS輔助航空攝影測量方法主可以分為IMU/DGPS輔助空中三角測量法和直接定向法。IMU/DGPS技術(shù)可以直接獲得每張像片的外方位元素，將其作為帶權(quán)觀測值參與攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差，從而獲得更高精度的像片外方位元素成果的測量方法為IMU/DGPS輔助空中三角測量方法;高精度差分GPS和慣性測量單元獲取航空攝影曝光時(shí)刻影像確定空間方位，而后對其進(jìn)行誤差的校正，從而獲得每張像片的高精度外方位元素的測量方法為直接定向法。
1.3 LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)
LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)利用GPS輔助空中三角測量技術(shù)，可以減少地面控制點(diǎn)，縮短作業(yè)周期，降低成本，可以真正應(yīng)用于困難地區(qū)、無圖區(qū)及邊境區(qū)的基礎(chǔ)測量。利用該種測量技術(shù)，在有地面控制點(diǎn)的四角帶，完全可以滿足1∶10000比例尺的地圖精度要求;在地面特征豐富、影像較好時(shí)，可以達(dá)到1∶50000比例尺的精度要求。這種測量技術(shù)對于實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略、完善國家基本地形圖有重要意義。
2地理信息系統(tǒng)技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
2.1 數(shù)據(jù)采集
為了在數(shù)據(jù)存儲中得到柵格和矢量兩種形式的連續(xù)對象實(shí)體，測繪初期便要對自然界監(jiān)測對象施以不同的離散和抽象。決定柵格數(shù)據(jù)集的分辨率和矢量的存儲方式分別為地面單位網(wǎng)格寬度和利用點(diǎn)線面三要素來表示監(jiān)測對象。當(dāng)然除了這一方式，還有其他方式來存儲非空間數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法是對人工測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化或掃描來得到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而比較先進(jìn)的方法則是通過GPS 全球定位系統(tǒng)檢測出相應(yīng)坐標(biāo)，接著將坐標(biāo)輸入到GIS 系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)處理。當(dāng)然，這一過程也可以通過遙感技術(shù)來完成。
2.2 數(shù)據(jù)處理
屬性特征、時(shí)間特征和空間特征并稱為地理數(shù)據(jù)三大基本特征。屬性特征又分為主觀屬性和客觀屬性，城市測繪中需要測量的設(shè)施最主要的便是城市建筑和道路。主觀屬性主要體現(xiàn)為城市道路和道路交叉口的交通量，客觀屬性主要為城市道路名稱和道路交叉口形狀。地理特征專題屬性得到的信息不僅可以存在FAT表中，也可以存儲在其他表中，其他表中的數(shù)據(jù)通過對象標(biāo)志碼與FAT形成聯(lián)系。
2.3數(shù)據(jù)管理
在城市測繪中，城市道路、交叉口以及橋梁等設(shè)施，一般通過點(diǎn)來表示;城市道路中線及邊線，通訊線的走向等則用線來表示;城市建筑物(如學(xué)校、企事業(yè)單位、商場、醫(yī)院等)則通過面表示。這些數(shù)據(jù)集中起來，合理組織，則會形成一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫。在這一數(shù)據(jù)庫中，所有諸如道路線、道路交叉口等則會構(gòu)成城市測繪要素集;同樣的，通訊線路、電力設(shè)備等則會構(gòu)成數(shù)據(jù)庫中的管線要素集。
2.4 數(shù)據(jù)顯示
一般來說，單一值地圖、單一的符號、相關(guān)多重屬性和相應(yīng)字段屬性數(shù)量表達(dá)表示等圖形表達(dá)方式構(gòu)成了地圖特征。其中，相應(yīng)字段屬性數(shù)量表達(dá)則包括符號分級、顏色分級和密度值分級。在地圖上，單一符號展示可以直觀地看到相應(yīng)對象分布的密集程度。如用點(diǎn)來表示城市居民的居住情況，那么就可以直觀地從地圖上得到相應(yīng)區(qū)域居民分布情況;同樣的，用線可以直觀地表達(dá)相應(yīng)區(qū)域的道路網(wǎng)密集程度。
3 GPS測量技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
GPS 是由美國最先研發(fā)的一種全球性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)普及到全球并得到廣泛應(yīng)用。GPS 擁有高精度、高效益、全天候等優(yōu)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確、高效、快速的提供要素的三維坐標(biāo)和相關(guān)的其他信息，目前主要應(yīng)用的領(lǐng)域包括地質(zhì)測量、農(nóng)業(yè)發(fā)展、軍事領(lǐng)域攝影測量等。
3.1 GPS控制網(wǎng)在地質(zhì)測繪工作中的建立
新地區(qū)進(jìn)行測繪時(shí)，地質(zhì)測繪人員會對該地區(qū)建立一個(gè)相應(yīng)的測繪控制網(wǎng)。為了減小測繪的誤差，測繪人員可以分級別的應(yīng)用GPS 技術(shù)建立測繪網(wǎng)，并且還可以分階段的對布設(shè)進(jìn)行跟蹤改變，此外對數(shù)據(jù)的核算也可以分階段進(jìn)行，這樣做簡單方便。
3.2 野外地質(zhì)測繪
在地質(zhì)測繪的野外測繪工程中GPS 也發(fā)揮著巨大的作用。在野外地質(zhì)測繪過程中應(yīng)用GPS 技術(shù)可快速進(jìn)行選址，特別是對于那些山區(qū)等復(fù)雜的地質(zhì)測繪選址中GPS 技術(shù)更具有明顯的優(yōu)勢。即使是應(yīng)用GPS 技術(shù)進(jìn)行選址，也需要測繪工作人員的慎重考慮，目的是確保測繪工作得以順利進(jìn)行。此外，GPS 技術(shù)不僅應(yīng)用于選址定點(diǎn)，還可以靜態(tài)監(jiān)測野外地質(zhì)的測繪工作。對于地面上的一些情況，GPS 技術(shù)可利用遙感技術(shù)和衛(wèi)星對其實(shí)施監(jiān)測。野外地質(zhì)測繪所使用的一些參考數(shù)據(jù)也是應(yīng)用GPS 技術(shù)獲得的，GPS 技術(shù)監(jiān)測到地面上的數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果可為野外地質(zhì)測繪服務(wù)。
3.3 對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理
GPS 測量數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容有 GPS 網(wǎng)平差和基線解算。只有解算基線，詳細(xì)分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)文件，修復(fù)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的誤差與漏洞，才能把詳細(xì)精確地?cái)?shù)據(jù)提供給地質(zhì)測繪。地質(zhì)測繪所用的數(shù)據(jù)主要是先通過GPS 技術(shù)獲取，接著對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，數(shù)據(jù)的這種一系列分析不僅為數(shù)據(jù)的精確性提供保障，還優(yōu)化了地質(zhì)測繪的效率。
3.4 GPS實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用
新的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型可在控制網(wǎng)解算之后建立。要想對測繪區(qū)域內(nèi)的地形圖進(jìn)行測量，首先，確定基本控制點(diǎn)，基本控制點(diǎn)就是應(yīng)用GPS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)在測繪區(qū)域內(nèi)對控制點(diǎn)加密，然后，就可以應(yīng)用GPS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)對區(qū)域內(nèi)地形圖進(jìn)行測量。GPS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用不僅保證了地形圖的精準(zhǔn)度，而且還在很大程度上節(jié)約了戶外作業(yè)時(shí)間。在地質(zhì)測繪中應(yīng)用GPS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)使測繪工作變得更加容易，GPS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)在測繪工作中發(fā)揮著不可替代的作用。
3.5 測量勘探線剖面選址
為了確定施工地點(diǎn)的高程和坐標(biāo)，可應(yīng)用GPS技術(shù)對于地質(zhì)測繪中的各個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行有效測定，測定結(jié)束后可獲得一系列的數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)后就可以很快的整理資料，緊接著就可以繪制出所測地形的剖面圖。剖面圖繪制好以后，就可以根據(jù)它選擇視野開闊地勢平坦的地區(qū)進(jìn)行施工。
4遙感技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
遙感是由空基系統(tǒng)、地基系統(tǒng)和研究技術(shù)支持系統(tǒng)組成，利用各種非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測技術(shù)，根據(jù)地面上空的飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，獲取信息，經(jīng)記錄、傳送、分析和判讀識別他物。
遙感技術(shù)具有獲取數(shù)據(jù)資料范圍大、獲取信息速度快、周期短、受條件限制少、手段多、信息量大等特點(diǎn)。
遙感對地觀測技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分，具有時(shí)效性好、宏觀性強(qiáng)、信息量豐富等特點(diǎn)。利用 GPS 監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害體的形變與蠕動情況，從衛(wèi)星遙感圖像上可實(shí)時(shí)反映災(zāi)時(shí)情況，監(jiān)測重點(diǎn)災(zāi)害點(diǎn)的發(fā)展趨勢，增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的預(yù)見性。遙感技術(shù)在地質(zhì)測繪中廣泛應(yīng)用，在大比例尺地質(zhì)測繪和地質(zhì)制圖中，遙感與地質(zhì)的符合程度和可兼容程度有了很大的改進(jìn)，真實(shí)地反映地質(zhì)事實(shí)，有利于促進(jìn)地質(zhì)礦產(chǎn)持續(xù)發(fā)展。
此外，地質(zhì)圖上對巖漿巖、變質(zhì)巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)的描述比較粗略，常規(guī)地質(zhì)圖則記述簡單。由于遙感地質(zhì)資料在各類鉆井、物探資料等運(yùn)用過程中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的可靠度，如利用遙感資料將各種各樣的隱伏地質(zhì)信息、隱蔽地質(zhì)界限等，補(bǔ)充到這類地區(qū)的地質(zhì)圖上去，可大大改善其地質(zhì)研究程度，所以將遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)測繪，開展大比例尺地質(zhì)填圖，也必將大幅度提高大比例尺地質(zhì)圖件的精度和專業(yè)水平，加快詳細(xì)地址測繪、專業(yè)勘測的進(jìn)度。
參考文獻(xiàn)
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