张森
【期刊名称】《《城市勘测》》
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】4页(P47-50)
【关键词】AMC5100倾斜航空相机; 搭载平台分析; 倾斜航空摄影分析成果; 精度评定 【作 者】张森
【作者单位】大连市勘察测绘研究院有限公司 辽宁 大连 116021
【正文语种】中 文
【中图分类】P231
1 引 言
近年来，随着倾斜摄影发展，各种获取倾斜摄影的传感器大量推出。除了无人机搭载的小型倾斜摄影设备外，搭载在有人机上的大型倾斜摄影航空相机也纷纷推出。如天宝公司的AOS系统、德国IGI公司的Penta-DigiCam系统、以列VisionMap公司的A3系统等，尤以徕卡公司的RCD30和微软的UCO为代表，更是为国内用户熟悉[1]。这其中，A3相机为扫摆式成像[2]，其他为框幅式成像。刘先林院士领衔研发的SWDC-5是国内较早推出的大型倾斜航空相机，于2010年12月试飞[3]，之后上海航遥和中测新图推出同类产品[4]。
鼓风式冷却塔
AMC5100倾斜航空相机是上海航遥推出的代表性产品，该相机于2016年5月28日在烟台首次试飞，目前国内已有5台该款相机使用，成为大型倾斜航空相机主流产品之一。
2 AMC5100倾斜航空相机系统构成
该系统由AMC5100倾斜航空相机、Applanix POS AP20惯导系统、GSM4000陀螺稳定平台、FANS飞行管理系统主机等几个模块构成。
其中AMC5100倾斜航空相机由PhaseOneiXU 1000航空相机组成，PhaseOneiXU 1000相机一亿像素(11 608×8 708)，CMOS传感器，0.85 s存储间隔，ISO 50-6400，像元尺寸 4.
6 μm。5台相机1台垂直，另外四台呈45°倾斜角度设计。为方便相机在不同型号飞机上搭载，传感器头部设计为可升降式，升降幅度 17 cm，Amc5100倾斜航空相机全貌及镜头细节如图1所示。
镜头采用施耐德80 mm/110 mm标准镜头组合(可调为50 mm/80 mm、110 mm/150 mm)。
图1 Amc5100倾斜航空相机全貌及镜头细节
相机内集成Applanix POS AP20惯导系统，具有飞行管理系统控制功能模块和YDC飞行偏流修正功能模块。
GSM4000陀螺稳定平台29 kg的自重，可承载 10 kg～120 kg的航摄仪器，俯仰方向高达8.8°，横滚方向高达7.0°。
FANS飞行管理系统主机由中科院遥感所自主研发，进行飞行计划的制定，飞行执行时段的导航管理，航摄仪的曝光控制，后期飞行质量检查。
3 搭载不同平台对航空摄影质量影响差异性分析
2016年4月，大连市勘察测绘研究院有限公司采购AMC5100倾斜航空相机。该公司也成为该款倾斜航空相机首位客户。该公司利用AMC5100倾斜航空相机计划进行大连市域1.37万平方千米倾斜航空摄影工作。航飞计划是大连市核心区域 5 cm分辨率倾斜航空摄影(面积约 300 km2)，建制区 8 cm分辨率倾斜航空摄影(面积约 4 500 km2)，其他区市县 15 cm分辨率倾斜航空摄影(面积约 9 000 km2)。
视频文件加密由于大连地区特殊的地理位置，摄区机场密度较大，再加上大连国际机场地处主城区，因此航空摄影空域是个不得不面对的问题。
经过多次研究，决定采取双平台搭载方案：在大连市核心区域和建制区采用直升机作为航空摄影搭载平台，其搭载方式为外挂；其他区市县采用固定翼飞机，其搭载方式为舱内开口搭载。AMC5100挂载直升机与AMC5100挂载固定翼分别如图2、图3所示。
图2 AMC5100挂载直升机(型号：海豚EC155B1)
图3 AMC5100挂载固定翼(赛斯纳208)
直升机搭载其优点能够有效获取极其有效的空域资源，其缺点是无法搭载陀螺座架，相机
与飞机为硬连接，摄影姿态受直升机姿态影响较大，直升机续航里程短，作业效率低。搭载固定翼舱内，能够将相机搭载在陀螺座架上，在摄影时能保证航空相机稳定，能够根据飞行姿态技术对俯仰角、侧滚角航偏角进行快速的自动修正，确保航空相机自动保证垂直，保证摄影质量[5]。知识竞赛系统
为了确保摄影质量，搭载直升机平台进行航空摄影时，应尽量避开大风天气，并与飞机驾驶人员及时沟通，当飞机姿态变化太大时，实时中止航空摄影。
4 航空摄影参数相关分析
由于该相机主要用于倾斜摄影，而倾斜摄影质量成果主要特点是大重叠和高分辨率。因此两个关键指标就是像移偏量和曝光间隔。
像移偏量指因飞机地速影响，在曝光瞬间造成的像点位移。在直升机和固定翼这两种飞行平台中，前者为硬链接，没有补偿装置，像偏移量较明显，后者由于配有像移补偿装置，同等条件下，像偏移量较小。
(1)像偏移量影响因素分析
像偏移量主要受分辨率、飞机对地速度、快门速度等几个因素。主要有依据GB/T 27920.1-2011《数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影》要求，一般像点位移不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。按照AMC5100参数，其不同分辨率航空摄影像点位移参数如表1所示：
AMC5100航空摄影像点位移参数表 表11像元分辨率/cm像元大小/μm相对航高/m最小快门最大地速限制/m/s最大地速限制/km/h最大地速限制/节最大快门最小地速限制/m/s最小地速限制/km/h最小地速限制/节34.6521.740.000 837.513572.890.001 252486.446.6554.6869.570.000 862.5225121.490.001 2540144.077.7584.61 391.300.000 8100.0360194.380.001 2564230.4124.41104.61 739.130.000 8125.0450242.980.001 2580288.0155.51154.62 608.700.000 8187.5675364.470.001 25120432.0233.261.5像元分辨率/cm像元大小/μm相对航高/m最大快门最大地速限制/m/s最大地速限制/km/h最大地速限制/节最小快门最小地速限制/m/s最小地速限制/km/h最小地速限制/节34.6521.740.000 856.25202.5109.340.001 2536129.669.9854.6869.570.000 893.75337.5182.240.001 2560216.0116.6384.61 391.300.000 8150.00540.0291.580.001 2596345.6186.61104.61 739.130.000 8187.50675.0364.470.001 25120432.0233.26154.
62 608.700.000 8281.251 012.5546.710.001 25180648.0349.89
曝光间隔是指两次曝光的时间间隔。实际上就是相机成像最短时间。AMC5100倾斜航空相机由PhaseOneiXU 1000集成，其中PhaseOneiXU 1000标称成像时间 0.95 s，AMC5100集成后标称成像时间 1 s，考虑到影像从成像到向存储设备有一个传输时间，在实际摄影过程中，一般曝光间隔不低于 1.5 s。
(2)飞行地速、分辨率与重叠度分析
在AMC5100倾斜航空摄影中，必须考虑重叠度与飞机地速及曝光间隔直接的关系。表2是AMC5100倾斜航空相机不同地速、不同分辨率下对应的极限旁向重叠度表格。从表格中看出，如果要获取 3 cm分辨率倾斜摄影，飞行地速90节(166 km/h)，重叠度只能达到73%。按照通常高分辨率倾斜摄影80%重叠度要求，飞行地速67节(124 km/h)。因此当需要高分辨率倾斜航空摄影时，必须考虑飞机平台，其速度是否能够满足要求(低速度)。
不同地速、分辨率对应的航向重叠度 表2飞行地速:90节飞行地速:100节飞行地速:110节飞行地速:120节飞行地速:130节分辨率/cm影像航向长度/m最大航向重叠度/%炼焦配煤
分辨率/cm影像航向长度/m最大航向重叠度/%分辨率/cm影像航向长度/m最大航向重叠度/%分辨率/cm影像航向长度/m最大航向重叠度/%分辨率/cm影像航向长度/m最大航向重叠度/%3261.2473.423261.2470.463261.2467.513261.2464.553261.2461.605435.4084.055435.4082.285435.4080.505435.4078.735435.4076.968696.6490.038696.6488.928696.6487.828696.6486.718696.6485.6010870.8092.0210870.8091.1410870.8090.2510870.8089.3710870.8088.48151 306.2094.68151 306.2094.09151 306.2093.50151 306.2092.91151 306.2092.32
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