将4台日常所用的非专业相机“捆绑”在一起，变身为可以航空摄影测量的专业相机。10年前，曾被认为是“无稽之谈”，如今已大规模应用于国内的航空摄影测量……
“大面阵数字航空影像获取关键技术及装备”项目科研人员
在近日举行的2012年度国家科学技术奖励大会上，由河南理工大学作为第一完成单位，刘先林院士，邹友峰、郭增长等教授共同完成的“大面阵数字航空影像获取关键技术及装备”研究成果获国家科学技术进步二等奖。
填补国内空白，保障国家测绘地理信息安全
研究成果改变了我国中小比例尺地形图测绘作业方式，解决了无人区、极其困难地区的地形图测绘难题，打破了数字航摄装备国外垄断的局面，填补了国内空白。
航空摄影是测制和更新国家地形图及地理信息数据库的重要资料源。长期以来，我国航空摄影测量一直采用基于胶片的航空摄影仪获取数据，这种作业方式效率和自动化、智能化程度低。近年来，国外已研制出数字航摄仪取代胶片航空摄影仪，但进口一套数字航摄仪价格昂贵，且存在着不能满足我国基本比例尺地形图测绘要求等诸多问题。发展我国自己的数字航摄仪刻不容缓。
2003年初，河南理工大学成立了数字航空摄影测量研究团队，致力于国产数字航空摄影仪的研发。经过近10年的艰苦探索，研制出大面阵数字影像的多相机组合平台以及配套的数字航摄仪飞行控制系统，整合多中心投影影像单中心化以及多影像高精度拼接技术，创新研制出国内首台大面阵数字航空影像获取装备。
该项目研究成果改变了我国中小比例尺地形图测绘作业方式，解决了无人区、极其困难地区的地形图测绘难题，性能指标优于国外同类产品水平，高程精度国际领先，打破了数字航摄装备国外垄断的局面，填补了国内空白，保障了国家测绘地理信息安全。
作为项目第二完成人，河南理工大学校长邹友峰表示，航空摄影测量是测绘和更新国家基础地形图的重要技术手段，能够快速地获取地理空间信息，在信息化测绘中起着至关重要的作用，而航空影像获取是航空摄影测量的首要环节。长期以来，国内数字航空影像获取主要依靠国外进口的数字航摄仪，国外数字航摄仪采用专业量测型相机，不但价格昂贵、检测维修困难，且存在着中小比例尺测图数据冗余大、效率低，大比例尺地形图测绘高程精度低等问题。因此，开展数字航空影像获取关键技术研究和装备研制，对提升我国测绘技术水平和实现测绘仪器国产化具有十分重要的战略和现实意义。
达到国际先进水平，实现“把地球搬回家”的愿望
数字航测仪可采集地面山川河流的海量数据，再通过影像数据处理，生成全数字化三维地形图。为实现“把地球搬回家”提供了最好工具。
数字航空摄影测量关键技术成果产品——数字航摄仪是将镜头所成影像的光信号转化成电信号，再把这种电信号转化成计算机可以识别的“数字信号”记录下来，最后转换成影像。
数字航测仪可采集地面山川河流的海量数据，再通过内业利用自主研发的JX-4数字摄影测量工作站进行影像数据处理，生成全数字化三维地形图。该技术被认定为整体达到国际先进水平，改写了中国航空摄影测量长期采用胶片的历史，推动了我国测绘从传统向数字化技术体系的跨越式发展，为实现“把地球搬回家”提供了最好工具。
“传统的胶片航摄仪体积大、价格高、周期长、效率低，而基于数码相机的数字摄影仪体积小、价格低、周期短、效率高。”刘先林院士说。数字摄影测量系统在全球推广应用、数字航测仪的研制成功，使中国科学家在“数字地球”研究领域成了世界公认的“领头羊”。
把4台非专业相机利用尖端技术“捆绑”到一起，该研究项目从2003年开始，经过科研人员的艰辛努力，2007年就实现了技术突破。项目成果共获得专利4项，软件著作权3项。
“2007年5月底，科技部正式对外宣布：我国具有完全自主知识产权的数字航空摄影测量仪研制成功!该摄影仪填补了国内空白，高程精度指标达到同类产品国际领先水平，整体技术指标达到国际先进水平。”邹友峰说。作为第一参研单位的河南理工大学，师生们的脸上也无法掩饰成功的喜悦。2007年11 月，数字航测技术成果获得河南省政府授予的河南省科技进步一等奖。
邹友峰说，测绘用大面阵数字航空影像获取装备的成功研制，使我国成为继德国、美国、奥地利等国之后少数掌握数字航空影像获取技术的国家。所研制的装备价格不及国外同类产品价格的三分之一，已成为我国测绘航空影像获取的主力装备，并使航空摄影测量走向普及化。
在全国广泛应用，产生经济效益40多亿元
在全国28个省、市区完成了70万km2的航空影像获取任务，所获取的影像应用在数字测图、数字城市建设、城市规划、矿产资源勘探等领域产生经济效益约40.4亿元。
“过去搞地形测绘，必须到野外进行实地测量。有了这套设备，可以通过航空照片、卫星照片，把地面模型按原样搬到室内来。以前需要艰辛的野外测绘，现在坐在电脑前就可完成了。所有测绘要求的图种，这套设备都能绘制，应用面非常广。”邹友峰说。
据介绍这项此成果可广泛应用于国土、测绘、水利、公路、铁路、城建、环保、旅游等部门，具有广阔的应用前景。
“数字航摄仪高程精度比国外同类产品高三到四倍，分辨率、几何精度也高于国外同类产品;镜头覆盖范围更大，因而拍摄效率更高，成本更低;镜头可以更换，一台仪器可以满足不同比例尺地形图测制的需要，大大提高仪器的利用率。同时我国研制的数字航摄仪体积更小，重量更轻，对天气条件要求不高，即使阴天也能在云层下摄影。”河南理工大学测绘学院院长郭增长教授说。
“国外数字航摄仪价格平均为1500万元/台套，而我们研制的装备售价仅400万元/台套。价格低是一大优势，还可根据需要，随时更换不同焦距的镜头，使用非常方便。用户只需购置一台本设备就可以满足不同项目影像获取的需要，国外的航摄仪则没有这项功能。另外，拍摄前后，都可对相机参数及时进行检校，以符合我国测绘行业的作业标准，保证测绘成果的精度和可靠性。但进口的数字航摄仪需要送到国外检校，周期长、成本高，用户难以承受。”邹友峰说。
据介绍，数字航摄仪还在其关键技术——多像机高精度拼接，即多幅影像拼接的虚拟影像生成技术方面取得了突破性进展。同时项目研制出GPS飞行控制管理系统，承担导航、记录航迹和像机曝光时刻、精确提供曝光点坐标的使命，使得系统实现无人操作而准确无误。
这种相机投产以来，已在全国28个省、市区完成了70万km2的航空影像获取任务，所获取的影像应用在数字测图、数字城市建设、城市规划、矿产资源勘探等领域，产生经济效益约40.4亿元，取得了显著的经济和社会效益。
延伸阅读
航空摄影测量的产生及中国航空摄影测量的开始
1858年的一天，法国首都巴黎的上空飘荡着一个巨大的气球。气球距地面80米。摄影师汤纳森在气球上用照像机拍下了世界上第一张空中像片。之后，气球摄影盛行。
1860年10月13日，美国的博兰克在“空中皇后”号气球上，从365米的高空拍下了波士顿商业区一部及邻近的港口的像片。这像片刊登在大西洋月刊1863年7月号上，其标题是：波士顿，如同老鹰和野雁在天上的眼光来看，与一般市民站在屋顶和烟囱上看同一地方的景观非常不同。这是保存下来的最早的空中像片。
1903年莱特兄弟发明了飞机，但是当时并没有用来航空摄影，直到1909年，一位电影摄影师跟随莱特飞行，拍下了第一部以飞机为平台的电影。这一年4月23日，莱特兄弟在意大利训练海军军官时，在机翼上安放照像机，拍下了世界第一张真正意义上的航空像片。第一次世界大战期间，为了军事侦察，飞机上的摄影才受到重视，并获得了迅速发展，于是诞生了航空摄影测量。
中国的航空摄影测量始于1931年。这年8月，在购置航摄飞机、航摄设备及培训人员的基础上，南京国民党政府参谋本部陆地测量总局正式建立航摄队。在以后的几年里，这个队主要测制了局部地区1∶1万和1∶2.5万比例尺的军事要塞图，以及湘黔、成渝一带l∶5万比例尺的地形图。（徐春浩）
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