航空遥感

第五章航空遥感

§5.1 航空遥感系统

航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行摄影(或扫描)成像的遥感方式

航空遥感所获取的图像空间分辨率较高，且具有较大的灵活性，适合比较微观的空间结构的研究分析

一、航空遥感平台

航空遥感平台一般是指高度在80 km以下的遥感平台，主要包括飞机和气球两种。航空平台的飞行高度较低，机动灵活，而且不受地面条件限制，调查周期短，资料回收方便，因此其应用十分广泛。

(一)气球

早在1858年，法国人就开始用气球进行航空摄影。它是一种廉价的、操作简单的航空平台，气球上可携带照相机、摄像机、红外辐射计等简单传感器。按其在空中的飞行高度，可分为低空气球和高空气球两类。凡是发送到对流层中的气球都叫做低空气球，其中大多数可人工控制在空中固定位置上进行遥感，用绳子系在地面上的气球叫做系留气球，最高可升至地面上空5km处；凡是发送到平流层中的气球均称为高空气球，它们大多是自由漂移的，可升至12～40km高空。

(二)飞机

飞机是航空遥感中最常用的、也是用得最早、最广泛的一种遥感平台。航空摄影测量和早期军事侦察都是采用飞机作为工作平台的。飞机平台在高度、速度上可以控制，也可以根据需要在特定的地区、时间飞行，它可以携带多种传感器，信息回收方便，而且仪器可以及时得到维修。按飞行高度可分为低空飞机、中空飞机、高空飞机三种。飞行高度的界限划分有不同的方式，其中一种划分方式是：低空飞机飞行高度在地面上空2 km以下，直升机最低可飞行距地面上空1Om左右，遥感试验时飞机通常在1～1.5km高度。中空飞机飞行高度为2～6km，通常遥感试验时其飞行高度在3km以上。高空飞机飞行高度为1 2～30km，有人驾驶机一般飞行在12km高度左右，无人驾驶机可飞到20～30km高度。

二、航空摄影方式

为了获得航空遥感的基础资料，首先要进行航空摄影。通常需进行以下工作：

一是摄影前的准备工作。当航空摄影区域较大和区域内地形起伏明显时，应在旧的地图上将区域划分为若干分区。然后编辑航空摄影设计书，包括确定航空摄影的比例尺，航空摄影机的选择，摄影航高的确定，航向和旁向重叠的计算，摄影基线和航线间距的确定等工作。同时计算曝光间隔和曝光时间，编辑航空摄影领航图。

二是空中摄影的实施。航空摄影必须按航空摄影设计书进行。摄影时还应考虑风向和风力，依据摄影时的风速和飞机速度，进行偏流角的修正，使摄影方向与设计时一致。通常要求采用的定向装置按航空摄影设计航线进行，保持摄影航线相互平行。摄影时间一般在上午9时至下午4时，摄影完毕后，应即时进行摄影处理。

根据用途的不同，航空摄影可选用不同的方式，以得到功能不同的航空像片。

(一)按摄影机主光轴与铅垂线的关系分

通过物镜中心并与主平面(或焦平面)垂直的直线称为主光轴。每一台摄影机的物镜都有一主光轴。航空摄影机的感光片是放在与主光轴垂直且与物镜距离很接近焦距的平面(主平面)上。主光轴与感光片的交点称为传主点，主光轴与铅垂线的夹角a称为航摄倾角或像片倾角。由于主光轴垂直于像片面，铅垂线垂直于水平面，因而像片面与水平面的夹角等于航摄倾角(或像片倾角)a。按照主光轴与铅垂线的关系，也就是按照航摄倾角，可将航空摄影分为：

1．垂直航空摄影

即航摄倾角a≤3°的航空摄影，这种摄影得到的是近似水平的航空像片。垂直摄影得到的航空像片是编制及制作地形图、地质图和其他专题图的主要资料。对于地面平坦的垂直摄影的影像，与地物顶部形状基本相似。各部分的比例尺大体相同。根据水平航空像片可以判断各目标间的相互关系、位置和量测距离。垂直航空摄影是航空遥感图像的主要获取方法。

2．倾斜航空摄影

即航摄倾角α>3°的航空摄影，它得到的是倾斜航空像片。又可以进一步分为浅倾航空摄影(在摄影像片上没有地平线构像)和深倾航空摄影(在摄影像片上存在地平线构像)。它一般用于科学研究。

(二)按摄影所用的波段分

1．普通黑白摄影

这是城市航空摄影测量中使用的基本资料。目前，黑白航空摄影已覆盖全国范围至少一遍，这类像片一般具有几何变形小、像片倾斜角小、空间分辨率高以及可进行立体观察等特点，其用途极广。

2．天然彩色摄影

天然彩色摄影图像能较好地显示景物的天然色彩且具有较高的空间分辨率，其信息量比黑白像片丰富得多。但由于蓝光在穿过大气时被严重散射，使彩色航片的色调存在着不饱和、偏蓝绿色及波谱分辨率下降等缺陷。所

以目前航空摄影一般都滤去蓝光波段，增加近红外通道，同时采用彩红外胶片成像。

3．黑白红外摄影

黑白红外摄影是在摄影时加用黑白滤光片，滤去全部可见光(或保留可见光的部分波长范围)，同时使用增感红外敏感胶片而得。该图像对于那些对近红外波段辐射敏感(强吸收或强反射)的地物，如水体、植被等有较好的显示，具有较高的反差和地面分辨率。

4．彩色红外摄影

彩红外航片由于在摄影时滤去了蓝光波段，大气散射的影响减小，色调饱和度高，图像清晰。特别是由于增加了近红外通道，对水体、植被等地物的解像力大为提高，在航空遥感中得到了广泛应用。

5．多光谱摄影

通过加不同颜色的滤光片分光和使用敏感波段不同的黑白胶片摄影，可以同时获取多个波段的黑白航空像片。这种多谱段航片既可分波段使用，以分析对该波段敏感的地物类别和现象，也可以进行彩色合成，制成模拟的天然彩色航片或彩色红外航片等；亦可进行光学相关掩膜等处理，以突出显示某些信息。

6．机载侧视雷达

侧视雷达是一种主动式微波传感器，由于发射到地表的微波散射情况随物质种类和地表粗糙度的不同而变化，因此较高空间分辨率的雷达图像上包含地物的许多信息。另外，由于地物中含水率不同造成的导电率不同等情况，在图像上会有所显示，所以雷达图像又可用于经济作物、植物的含水量及长势，以及土壤含水量及古河道富水带的分析研究等。

(三)按摄影实施方式分

1．单片摄影

为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、一对或数张不连续的像片。

2．单航线摄影

是沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物(如铁路、公路、河流、管道等)进行的连续摄影。为了使相邻两像片之间没有航摄漏洞，也为了做立体观察，应使相邻两像片之间有一部分互相重叠，这重叠的部分叫航向重叠。航向重叠的面积与一张像片的总面积之比称为航向重叠度，一般为60%，不得小于53%

3．多航线摄影(面积摄影)

这是沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续的、布满全区的摄影。它是由几个互相平行、互相连续并有一定重叠部分的单航线摄影组成的。除了有航向重叠外，在相邻航线的诸相邻像片之间也应有一定的重叠(旁向重叠)，如图5．1所示。旁向重叠面积与一张像片总面积之比叫做旁向重叠度，一般为1 5％～3 O％。为了避免飞行距离太长可能产生较大飞行偏差，一般限制航线的长度为6 O～1 2 O km，航线一般为东西(或南北)方向飞行的航线。

(四)按航摄比例尺分

1．大比例尺航空摄影：像片比例尺大于1：1万；

2．中比例尺航空摄影：像片比例尺为l：1万～1：3万；

3．小比例尺航空摄影：像片比例尺为1：3万～1：1O万；

4．超小比例尺航空摄影：像片比例尺为1：10万～1：25万。

三、航空遥感特点

航空遥感是遥感技术的重要组成部分，与其他遥感技术系统相比，具有很多的优点：

1．航空遥感空间分辨率高、信息容量大。利用航空像片，可以取得较精确的位置、方位、距离、面积、高度、体积和坡度等数据。主要服务于较大比例尺的区域资源与环境详查、制图，以及解决工程技术上的具体问题，其经济与社会效益明显。

2．航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究。它可以根据用户的需求，灵活选择具有特定空间分辨率、波谱分辨率、时间分辨率的传感器，设计航空遥感飞行的方案和路线等。

3．航空遥感作为实验性技术系统，是各种星载遥感仪器的先行检验者。一般来说，检测传感器的功能首先需要用遥感飞机作为平台在地面实验场上空采集数据。可以认为，一切星载遥感仪器都是以机载试验为前提的。4．信息获取方便。航天遥感需要发射卫星，因此受到时间和空间限制，不能随时对感兴趣的目标进行观测。而航空摄影的平台主要是飞机，受到的限制少，可以随时随地对需要侦察或普查的地区进行遥感。

与其他遥感技术系统一样，航空遥感也有其固有的弱点，主要表现在：航空遥感受天气等条件限制大；航空遥感的观测范围受到限制；航空遥感数据的周期性和连续性不如航天遥感。

一.航空像片的投影原理

(一)中心投影

凡空间任意点A(物点)与一固定点S(投影中心)连成的直线或其延长线(即中心光线)被一个平面(像平面)所截，则此直线与平面的交点以(像点)称为A点的中心投影