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航摄仪(A3)

      A3系统是中科遥感在国内率先引进的新一代数字航空摄影系统,是以色列VisionMap公司的核心产品,目前中科遥感负责A3系统在中国地区的设备代理、推广和技术支持。A3系统代表了航空摄影测量和数据自动处理系统的最新发展水平,为全方位三维建模提供数据支持。

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新一代数字航空摄影系统

      A3数字航空摄影系统包括宽幅航空摄影相机与“光速”全自动地面数据处理系统,具有目前市场上同等地面分辨率条件下最大的正射影像制图覆盖面积和最快的数据处理流程。A3的先进性:Automatic、Accelerated、Accurate.
      宽幅航空摄影相机
      采用300mm的镜头,拥有超高的数据获取能力和影像分辨率,同样的分辨率要求下,A3能够飞行更高的高度,获取更大面积的数据,节约飞行成本,实现低碳作业。
      可用于不同飞行高度,大大减小了飞行任务受天气的影响。每个条带可扫描33个影像对,处理系统自动拼接可生成超大幅影像。

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宽幅航空摄影相机

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数据获取能力示意图

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超大幅影像原理示意图

      全自动地面数据处理系统
      在无地面控制点条件下,通过独创的软件算法,对数据进行全自动化处理。
      在2至5天的时间里可处理约5,000平方公里、空间分辨率优于15厘米的航拍数据。

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全自动地面数据处理系统

      提供DGPS、PPP及结合GCPS等4种空三解算方式,可实现高精度空三测量。一次飞行可获取多种高分辨率垂直和斜拍测图产品。经全自动地面数据处理系统处理可得到一系列产品:高精度斜拍影像、超大幅立体像对、DSM,经人工辅助处理可快速高效生产DEM和DOM,为城市景观三维表达和可视化提供快捷的解决方案。

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DOM产品图

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DEM产品图

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DSM产品图

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精模产品图

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白模产品图

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A3多角度摄影测量视图

      A3航摄仪说明报告
      一、数据获取效率

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      如上表所示:在同等航高要求下,A3航摄仪可以获取更高分辨率的影像;在同等分辨率要求下,A3航摄仪数据获取效率远高于其他航摄仪。
      利用A3航摄仪获取宁波全市域优于0.2米地面分辨率影像,相对航高为6667米,与其他航摄仪和飞机的组合方案相比,可以更大程度上避开军民航空飞机起降路线空域,降低空域协调难度,方便空域的申请;A3常用搭载平台运八飞机(飞行速度370km/h),数据获取效率为2073km2/h,宁波市域影像覆盖用时4.8小时,航摄效率是其他航摄仪2-3倍,可有效利用原本就十分有限的航摄天气,降低项目总成本和风险,使航飞项目更安全、更经济和更可控。
     特有的除薄雾功能,有效应对大城市普遍存在的雾霾现象,保证航摄影像质量。

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 二、技术先进
      在不增加航飞成本的前提下,A3数字航摄仪获取的数据,配合其一体化数据后处理系统Lightspeed,可自动化生产多种测图产品:数字表面模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、倾斜影像和立体像对。

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图:Lightspeed数据处理流程图

      “光速”全自动地面数据处理系统(LightSpeed)以其全自动、超速度、无控制点依赖的数据处理能力享誉全球,全力匹配A3航摄仪超强的数据获取能力,能够为客户提供快速、高效的大范围数据获取预处理服务。它由5个高性能刀片服务器和1个磁盘阵列组成,见下图:

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图:“光速”全自动地面数据处理系统

      LightSpeed地面处理系统可为A3航摄仪获取的影像数据提供一体化生产流程,通过独创的软件算法,对数据进行全自动生产。在2-5天时间内,可处理5000平方公里,空间分辨率优于0.15m的航拍数据,得到一系列符合国家制图标准的产品:正射影像图DOM、数字表面模型DSM、数字高程模型DEM、斜拍影像。

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图:A3成果图

      获取的数据具备多重利用价值
      A3航摄仪的设计具备传统线阵和面阵成像方式特点,是结合两者优势、扬长避短的新一代步进分幅成像方式产品。A3采用步进式成像,可在一次飞行中同时获取高分辨率的垂直和斜拍测图产品,从而保证航摄数据具有一次飞行多重利用价值。

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图:A3步进分幅成像方式与传统成像方式的比较

      A3系统一次飞行后,再无需额外飞行和数据处理,即可同时获得多种数据产品。且数据同源性好,最大程度上支持数据的后期应用和再开发:
      · 高地面分辨率、高图像质量的数字影像;
      · 一次性自动生成高精度的DSM产品,无需额外工作量;
      · DSM可以直接应用于建筑三维建模,无需进行通常的建筑高程测量,将传统三维建模成本降低一半以上;
      · 高精度DEM产品;
      · 高精度的DOM产品(最高满足1:500基本比例尺测图);
      · 超大像幅倾斜摄影测量产品(用于建立立体像对,3D纹理等);
      A3一体化数据生产项目说明
     
我单位于去年引进该设备从事航测项目应用,并在广东省东莞地区、广州市全市域(中标公告见下图)进行了航摄数据一体化采集、生产DSM、DEM、DOM产品、建立密集城区建筑物白模的项目实践。项目要求对于DSM、DEM和DOM产品的数据采集、处理及生产全流程一体化进行,避免因为数据获取不同步、不同数据源间匹配等问题造成产品精度损失并提高时效性。

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图:A3影像处理的海量同名点匹配示意图

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图:A3系统一体化生产1:2000 DOM产品

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图: A3系统一体化生产(1:2000)DSM产品

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图:A3系统一体化生产(1:2000)DEM产品

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图:A3系统获取的单幅原始相片

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图:准真正射影像图,示例一

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图:东莞松山湖中心区域单幅正射影像

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图:准真正射影像图,示例二(见图中蓝色框内,高层建筑)

 三、成果精度
      
对于数据预处理过程中重要的空三解算处理,A3地面处理系统提供4种方式的处理:
      l 使用双频GPS地面基站观测数据的差分GPS处理(DGPS模式)
      l 使用双频GPS地面基站观测数据结合地面像控点的处理(DGPS+GCPs模式)
      l 使用单点定位技术的处理(PPP模式)
      l 使用单点定位技术结合地面像控点的处理(PPP+GCPs模式)
      对于这四种处理方式,A3系统得到的处理精度分别为:
      l 采用DGPS模式处理得到的产品最终测量精度为1.0-1.5个像素
      l 采用PPP模式处理得到的产品最终测量精度为2-4个像素
      l 采用DGPS+GCPs模式和PPP+GCPs模式处理得到的精度是一致的,如果外业测量地面像控点采用WGS84坐标系统,且精度在2-4cm,则最终的产品精度在XY平面上可达到0.5像素,在高程(Z方向)上可达到小于1个像素。
      例如在广东东莞松山湖项目中,经国家测绘质检中心检验,抽样检测的高程精度统计中误差±0.15m(误差允许值±1.05m ),平面位置精度统计中误差±0.107m(误差允许值±1.2m ),远优于国家测绘标准要求的精度。

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图:检测报告图

四、国内应用案例
     
2012年3月,中国科学院遥感应用研究所首次将A3引进到中国,并成功应用该设备执行了广东省东莞市松山湖地区、广州市区、广东清远地区、广东阳江地区、天津市城区、广西桂东等地的航空摄影项目。