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    “航空地质一号”:给珠峰拍全景立体写真

    2020-05-18 17:26:36 来源: 中国自然资源报
    聊聊
     
      “航空地质一号”飞机
    要给珠峰拍摄一套全景高清立体照片,一定得是一位世界级的摄影师。
    你可能想,这位摄影师要先来到珠峰脚下,从下往上拍一组广角照片,以显山之高邈;再在攀登途中拍摄一组近景照片,横看成岭侧成峰;最后顶风冒雪冲顶成功,从上往下拍一组俯瞰照片,一览众山小。
    现在,就有这么一位“摄影师”,不用爬山也可以胜任这项工作。这就是号称“中国地调空军”、隶属于自然资源部中国地质调查局的“航空地质一号”飞机。它能飞到比珠峰更高的高空,运用三组特殊的“镜头”,从空中拍摄一套单幅可达上亿像素的珠峰全景高清照片。
    大名鼎鼎的“航空地质一号”,擅长高山、高原区的航空物探遥感调查。下面,我们就逐一揭秘这位会飞的“摄影师”和它的独家摄影“镜头”。
    挑战极限飞行
    “航空地质一号”飞机由中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心完成改装设计,飞行海拔高度可达10500米。它曾在西藏羌塘高原执行过测量任务。
     中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心副主任孙承志介绍,此次珠峰航空高程测量,“航空地质一号”主要飞行在平流层与对流层交界处,飞行高度为9800米~10250米,接近“航空地质一号”的极限高度。“航空地质一号”飞行员于思明说,在高原飞行最大的难点就是突如其来的侧向风,这里山峰高耸、连绵不绝,山与山之间经常会形成风口,致使吹来的风被突然加速。“看不见的风”成为对飞行员技术的最大考验。
    2020珠峰高程测量技术协调组组长、中国测绘科学研究院研究员党亚民参与起草了航空重力测量实施方案。他告诉记者,一开始询问了测绘系统经常做重力测量的飞行员,人家一听说要去这么高的地方飞,直接就拒绝了。“珠峰天气变化太剧烈,飞行还是有一定风险的。”党亚民说,随后他了解到航遥中心的“航空地质一号”飞机为了勘测地下物质,经常要贴近地面飞行,而且是飞得越低越好。这对飞行技术的要求也更高。于是,“中国地调空军”挑起了空中测量珠峰高程的重担,并且在重力测量的基础上完善了航空遥感实施方案。
    中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心副总工程师陈斌计算了此次空中测量的工作量。其中,航空重力测量的面积达到了1.25万平方公里,预计将用4~5个架次完成测量,每个架次平均用时6小时。航空遥感摄影至少需要8个架次。特别是中午1点之后,珠峰地区天气会变得非常恶劣,很难进行摄影。所以,和地面测量人员一样,“航空地质一号”也需要抢抓时间窗口,如果天气条件允许,飞行人员每天早上5点就要在拉萨机场做好准备,随时等待起飞。从拉萨机场到珠峰测区大约需要飞行1小时。
    寻找珠峰的“脚底板”
    我国自主研发的航空重力仪DGA01,负责航空重力测量。
    同时,飞机上还配备有GT-2A型航空重力仪。两台重力仪的测量数据互为备份,保证每架次测量的成功率。
    什么是重力测量呢?简单说,就是测量山峰的海拔零点。就像我们量身高要从脚底量起一样,一座山峰究竟有多高,也要从它的“脚底板”量起。
    那么珠峰的“脚底板”在哪里呢?这就要用到大地水准面的概念。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面,也就是海拔高程系统的起算面。精确求出这个水准面,就相当于找到了珠峰的“脚底板”。
    孙承志告诉记者,计算珠峰大地水准面,以前是用水准测量的方法,也就是从青岛的水准原点,应用国家一等水准测量规范,一路测到距离珠峰最近的西藏定日。从定日到珠峰大本营,因地形条件限制,观测次数、视距和时间无法满足一等水准测量规范,只能用二等水准规范进行测量。从大本营再往上,只能应用三等水准规范了,测量的精度也相应降低。
    在1975年我国第一次珠峰高程测量中,一名队员在海拔7790米、距珠峰1.9公里处,因戴着手套不便操作,便毅然脱掉右手手套,冒着零下40摄氏度的严寒操作重力仪测得了重力数据,创造了世界重力测量史上的奇迹,但同时也付出了4根指头因冻伤坏死的沉重代价。
    精度是测绘的生命。现在,地面队员不需要再冒着冻掉手指头的风险去测量重力了。航空重力测量不受地面条件限制,可以完美解决从定日到珠峰峰顶这“最后一公里”的测量难题,把精度一致性延展到峰顶。
    “水准测量是沿着一条线测过来,测的是一些点位。航空重力测量则是通过连续测线飞行,可以测出一整个面。”孙承志说,航空重力测量可将大地水准面的测量精度较以往提高近40%。
    拍摄上亿像素珠峰大写真
    航空遥感测量分别要拍摄两组“照片”。一是利用先进的机载航空相机获得高分辨率的影像数据;二是使用先进的机载激光雷达仪获取高精度的三维地形点云数据。两数据融合形成高分辨率、高精度的三维地形数据,能够逼真、直观地反映测区的地形、地貌特征,这是名副其实的珠峰大写真!
     这次的机载航空相机是目前世界上最新一代的数字航空摄影测量系统:ADS100推扫式数字航摄仪。它具有效率高、数据信息丰富、性能稳定高、集成度高等一系列优势,同时投影变形小、影像拼接量小。
     孙承志介绍,遥感设备需要光学玻璃,要在飞机上开窗,技术要求比较苛刻。为此,飞机上专门为高空作业改装了摄影窗口。相比普通的光学照相,使用这台相机拍出来的照片畸变并且可以测定成像位置的坐标。
    那么,这样一张可以用来测绘的照片,像素能达到多少?据说单幅不少于4亿像素!拍摄出来的图像色彩均匀、定位精度高、图像分辨率高。
    机载激光雷达仪的外观更炫酷。它是目前行业内体积最小的大幅面激光测量系统,有最高级别的点密度和采集率,也是目前国际上广泛用于多种测量平台的激光雷达测量系统。
    机载激光雷达仪在飞机上发射激光波束,通过地面回波测定从飞机到地面的距离,得到精密的地面数字模型。孙承志说,以前都是靠立体测绘,在两个位置拍摄两张照片,用立体交会的方法绘制一个模型,再在模型上间接采点。飞机则可以用激光直接在地面采点,用来再现地面的三维地形。
    党亚民告诉记者,遥感摄影测量将在自然资源监测方面发挥重要作用,留下第一手的精细资料。“很多人想用无人机完成遥感摄影,但七八级大风在珠峰是家常便饭,无人机根本不可能飞行。”党亚民说,针对珠峰一般会使用卫星遥感影像,但像“航空地质一号”这么近距离地获取精细遥感资料,所获数据将是弥足珍贵的。
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