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“航空地質一號”:給珠峰拍全景立體寫真

?? 日期:2020-05-21???? 來源:中國自然資源報????瀏覽:103????評論:0????
核心提示:要給珠峰拍攝一套全景高清立體照片,一定得是一位世界級的攝影師。你可能想,這位攝影師要先來到珠峰腳下,從下往上拍一組廣角照
要給珠峰拍攝一套全景高清立體照片,一定得是一位世界級的攝影師。
你可能想,這位攝影師要先來到珠峰腳下,從下往上拍一組廣角照片,以顯山之高邈;再在攀登途中拍攝一組近景照片,橫看成嶺側成峰;最后頂風冒雪沖頂成功,從上往下拍一組俯瞰照片,一覽眾山小。
現在,就有這么一位“攝影師”,不用爬山也可以勝任這項工作。這就是號稱“中國地調空軍”、隸屬于自然資源部中國地質調查局的“航空地質一號”飛機。它能飛到比珠峰更高的高空,運用三組特殊的“鏡頭”,從空中拍攝一套單幅可達上億像素的珠峰全景高清照片。
大名鼎鼎的“航空地質一號”,擅長高山、高原區的航空物探遙感調查。下面,我們就逐一揭秘這位會飛的“攝影師”和它的獨家攝影“鏡頭”。
挑戰極限飛行
“航空地質一號”飛機由中國地質調查局自然資源航空物探遙感中心完成改裝設計,飛行海拔高度可達10500米。它曾在西藏羌塘高原執行過測量任務。

“航空地質一號”飛機
 
中國地質調查局自然資源航空物探遙感中心副主任孫承志介紹,此次珠峰航空高程測量,“航空地質一號”主要飛行在平流層與對流層交界處,飛行高度為9800米~10250米,接近“航空地質一號”的極限高度。“航空地質一號”飛行員于思明說,在高原飛行最大的難點就是突如其來的側向風,這里山峰高聳、連綿不絕,山與山之間經常會形成風口,致使吹來的風被突然加速。“看不見的風”成為對飛行員技術的最大考驗。

2020珠峰高程測量技術協調組組長、中國測繪科學研究院研究員黨亞民參與起草了航空重力測量實施方案。他告訴記者,一開始詢問了測繪系統經常做重力測量的飛行員,人家一聽說要去這么高的地方飛,直接就拒絕了。“珠峰天氣變化太劇烈,飛行還是有一定風險的。”黨亞民說,隨后他了解到航遙中心的“航空地質一號”飛機為了勘測地下物質,經常要貼近地面飛行,而且是飛得越低越好。這對飛行技術的要求也更高。于是,“中國地調空軍”挑起了空中測量珠峰高程的重擔,并且在重力測量的基礎上完善了航空遙感實施方案。

中國地質調查局自然資源航空物探遙感中心副總工程師陳斌計算了此次空中測量的工作量。其中,航空重力測量的面積達到了1.25萬平方公里,預計將用4~5個架次完成測量,每個架次平均用時6小時。航空遙感攝影至少需要8個架次。特別是中午1點之后,珠峰地區天氣會變得非常惡劣,很難進行攝影。所以,和地面測量人員一樣,“航空地質一號”也需要搶抓時間窗口,如果天氣條件允許,飛行人員每天早上5點就要在拉薩機場做好準備,隨時等待起飛。從拉薩機場到珠峰測區大約需要飛行1小時。

尋找珠峰的“腳底板”
我國自主研發的航空重力儀DGA01,負責航空重力測量。
同時,飛機上還配備有GT-2A型航空重力儀。兩臺重力儀的測量數據互為備份,保證每架次測量的成功率。
什么是重力測量呢?簡單說,就是測量山峰的海拔零點。就像我們量身高要從腳底量起一樣,一座山峰究竟有多高,也要從它的“腳底板”量起。
那么珠峰的“腳底板”在哪里呢?這就要用到大地水準面的概念。大地水準面是描述地球形狀的一個重要物理參考面,也就是海拔高程系統的起算面。精確求出這個水準面,就相當于找到了珠峰的“腳底板”。
孫承志告訴記者,計算珠峰大地水準面,以前是用水準測量的方法,也就是從青島的水準原點,應用國家一等水準測量規范,一路測到距離珠峰最近的西藏定日。從定日到珠峰大本營,因地形條件限制,觀測次數、視距和時間無法滿足一等水準測量規范,只能用二等水準規范進行測量。從大本營再往上,只能應用三等水準規范了,測量的精度也相應降低。

在1975年我國第一次珠峰高程測量中,一名隊員在海拔7790米、距珠峰1.9公里處,因戴著手套不便操作,便毅然脫掉右手手套,冒著零下40攝氏度的嚴寒操作重力儀測得了重力數據,創造了世界重力測量史上的奇跡,但同時也付出了4根指頭因凍傷壞死的沉重代價。

精度是測繪的生命。現在,地面隊員不需要再冒著凍掉手指頭的風險去測量重力了。航空重力測量不受地面條件限制,可以完美解決從定日到珠峰峰頂這“最后一公里”的測量難題,把精度一致性延展到峰頂。
“水準測量是沿著一條線測過來,測的是一些點位。航空重力測量則是通過連續測線飛行,可以測出一整個面。”孫承志說,航空重力測量可將大地水準面的測量精度較以往提高近40%。
拍攝上億像素珠峰大寫真
航空遙感測量分別要拍攝兩組“照片”。一是利用先進的機載航空相機獲得高分辨率的影像數據;二是使用先進的機載激光雷達儀獲取高精度的三維地形點云數據。兩數據融合形成高分辨率、高精度的三維地形數據,能夠逼真、直觀地反映測區的地形、地貌特征,這是名副其實的珠峰大寫真!
 這次的機載航空相機是目前世界上最新一代的數字航空攝影測量系統:ADS100推掃式數字航攝儀。它具有效率高、數據信息豐富、性能穩定高、集成度高等一系列優勢,同時投影變形小、影像拼接量小。

 孫承志介紹,遙感設備需要光學玻璃,要在飛機上開窗,技術要求比較苛刻。為此,飛機上專門為高空作業改裝了攝影窗口。相比普通的光學照相,使用這臺相機拍出來的照片畸變并且可以測定成像位置的坐標。
那么,這樣一張可以用來測繪的照片,像素能達到多少?據說單幅不少于4億像素!拍攝出來的圖像色彩均勻、定位精度高、圖像分辨率高。
機載激光雷達儀的外觀更炫酷。它是目前行業內體積最小的大幅面激光測量系統,有最高級別的點密度和采集率,也是目前國際上廣泛用于多種測量平臺的激光雷達測量系統。
機載激光雷達儀在飛機上發射激光波束,通過地面回波測定從飛機到地面的距離,得到精密的地面數字模型。孫承志說,以前都是靠立體測繪,在兩個位置拍攝兩張照片,用立體交會的方法繪制一個模型,再在模型上間接采點。飛機則可以用激光直接在地面采點,用來再現地面的三維地形。
黨亞民告訴記者,遙感攝影測量將在自然資源監測方面發揮重要作用,留下第一手的精細資料。“很多人想用無人機完成遙感攝影,但七八級大風在珠峰是家常便飯,無人機根本不可能飛行。”黨亞民說,針對珠峰一般會使用衛星遙感影像,但像“航空地質一號”這么近距離地獲取精細遙感資料,所獲數據將是彌足珍貴的。

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