航空摄影技术在呼伦湖流域生态综合治理中的应用研究

摘要：航空摄影技术是影像数据获取的主要手段之一，可用于3D产品的生产。本文利用航空摄影技术获取呼伦湖流域真彩色影像数据，并用于生产1∶10000比例尺3D产品，通过影像解译实现了对呼伦湖流域自然资源地表信息的监测，是呼伦湖流域国家级自然保护区生态与环境综合治理的重要数据来源，为自治区生态环境变化监测提供了基础数据。

关键词：航空摄影；真彩色影像；影像解译；生态监测

1.引言

党的十九大报告要求加快生态文明体制改革，建设美丽中国，强调推进绿色发展。为促进自治区生态优先绿色发展，推进“一湖两海”生态综合治理，内蒙古自治区航空遥感测绘院于2017年开展了呼伦湖流域国家级自然保护区生态与环境综合治理航空遥感影像获取工作，为呼伦湖流域国家级自然保护区生态与环境综合治理提供了基础数据，为自治区生态文明建设与变化监测提供了技术手段。

呼伦湖是我国第四大淡水湖、北方第一大湖，被誉为“草原之肾”，在调节气候、涵养水源、防止荒漠化及维系周边草原生态平衡等方面具有极其重要的生态功能。航空摄影是基础地理信息数据的主要获取手段之一，是通过使用大幅面框幅式数字航摄仪，搭载通用航空飞行平台，按设计的航迹飞行作业，采用定点曝光的模式，可快速获取高分辨率真彩色影像数据，结合IMU/GNSS辅助航空摄影测量技术，可极大地减少外业相片控制点的数量，提高了后期作业效率，节约了生产成本。

获取的呼伦湖流域影像数据，是环境综合治理的基础地理信息数据，实现了呼伦湖流域自然信息地物的详细获取，为后续的环境评价提供了基础数据。通过对影像解译，以期得到针对性地治理，使得呼伦湖周边地区的生态环境将发挥更好的调节作用，为更多野生动物创造优越的栖息、繁衍条件，为当地发展畜牧业生产和渔业生产提供良好的物质基础，是自治区生态优先绿色发展的重要体现。

2.项目概况和要求

呼伦湖流域摄区位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西部，南靠新巴尔虎右旗，北临满洲里市，地形西高东低基本为丘陵地，属于北方温带半干旱区，气候寒冷干燥，冬长夏短，适宜进行航空摄影的季节为5月～11月。

摄区位于东经116°45′00″～118°30′00″，北纬49°00′00″～49°20′00″之间，摄区面积4731.22km2，要求使用IMU/GNSS辅助航空摄影技术获取真彩色数字影像数据，地面分辨率优于0.5m，满足1∶10000成图比例尺精度要求。摄区技术指标见表1。

影像成果采用Tiff格式，POS数据采用TXT格式，2000国家大地坐标系，大地高系统。

3.航空摄影技术方案

3.1技术路线

航空摄影分为五个阶段，分别为设计阶段、飞行阶段、数据处理阶段、质量检查阶段和验收阶段。技术路线流程如图1所示。

在设计阶段，需要掌握航摄区域的地形地貌、气候、机场位置等情况，确定航摄区域的基准面，以此判断摄区是否分区，根据航摄仪设计相对航高，从而确定摄区的绝对航高，根据摄区的面积、位置走向设计航摄的飞行方向、航线数、航片数，编写技术设计书报专家评审。

飞行阶段期间，根据项目要求准备航摄仪，联系通用航空公司，上报飞行计划，办理机场入场证。飞机调运至机场后，安装航摄仪并进行地面调试。选择天气晴好日进行航空摄影作业，每飞完一个架次，要及时将影像提交数据处理人员，根据数据处理结果确定是否需要补飞。

数据处理期间，要将原始数据从0级处理到2级，检查数据质量，将涉及质量问题需补飞的影像以及航线号及时反馈给飞行作业人员，将数据从2级处理到3级，制作相片索引图，进行POS数据联合解算。

质量检查阶段，需对航空摄影全部成果的飞行质量、影像质量、附件质量、文档资料等进行全数检查，检查合格后编制质量检查报告。

验收阶段，由技术负责人向验收评委会做项目验收汇报，最后由验收评委会出具验收文件。

3.2软硬件配置

使用的软件包括飞行计划设计软件Trackair，飞行控制软件Snapshot，POS数据记录软件POS AV510，POS数据处理软件POSPac MMS，影像数据处理软件UltraMap，影像匀色软件Worldview等。

航摄仪选用微软公司新一代超大幅面、高集成度的数字航摄仪UltraCam Eagle（UCE），镜头编号70617114，技术参数见表2。

项目选用北大荒通用航空有限公司空中国王C90GTi飞机（编号B-9791），从海拉尔东山机场起降，飞机飞行升限9000米，航程可以达到1800千米，适合本摄区作业。

3.3航摄因子计算

根据呼伦湖流域摄区的地形情况，结合UCE数字航摄仪的各项参数和空中国王C90飞机性能，并參考当地气象情况，设定本摄区地面分辨率为0.4m。按照规范要求，航向覆盖超出摄区边界线不少于两条基线，旁向覆盖超出摄区边界线不少于像幅的30%，设定航向重叠度为65%，旁向重叠度为33%。

相对航高由如下公式计算：

绝对航高为相对航高与基准面高程之和。本摄区绝对航高为6800m。

摄区航线敷设情况如图2所示。

4.航空摄影成果

本项目获取了4731.22km2真彩色影像数据，共600张影像，可覆盖224幅1∶10000地形图范围，累计飞行3架次约12h。获取的数据影像清晰、层次丰富、反差适中、色彩均匀、覆盖完整。

成果主要包括数字航空摄影真彩色影像数据、真彩色相片数据、浏览影像数据、相片索引图、相片中心点坐标数据、航摄相片和航摄文档资料等。影像数据采用Tiff格式，相片幅面尺寸高20cm，宽13cm，四周侧边距5mm。数据成果和文档资料整理参照GB/T 27920.1-2011《数字航空摄影规范》的相关要求，数据成果以硬盘存储，文档资料装订成册。真彩色影像示例数据见图3。

5.成果应用研究

5.1为呼伦湖周边草原生态保护与建设提供技术手段

呼伦湖周边草原生态保护与建设包括草地退化治理、环湖及周边沙化土地治理、保护区生态移民三个方面内容。本摄区获取的呼伦湖流域的真彩色影像数据，制作生产数字正射影像图后，可直观地对图像进行目标地物识别和解译，对草地退化区域和沙土治理区域准确识别、移民区域的选址提供了可视化的技术手段。为实现到2030年保护与建设退化草地面积20206km2，治理湖区周边437333.33公顷（656万亩）沙化土地、完成新巴尔虎左旗北部沙带综合治理面积62000公顷（93万亩）提供准确、精细的地理信息数据保障。

5.2为加快呼伦湖流域湿地保护与恢复提供数据支撑

加快湿地保护与恢复工作，涉及河湖生态治理工作和湿地建设与恢复两个方面。航空摄影影像数据的近红外波段，能够很好地识别需要治理的水域区域，在此基础上，结合水下地形测量工作，完成对600km围栏建设、淤积疏浚清方、干涸湿地与主湖区水体联通的建设，为功能性湿地建设和湖滨缓冲带湿地植被建设提供可视化的技术手段。

5.3为完善流域水资源配置提供基础服务

航空摄影获取的真彩色影像，通过空中三角测量等技术可以获取该区域的地形数据和数字正射影像图，可为工程选址和项目施工提供最基础的数据服务。同时，河湖整治的重点治理选取、动态监测等工作都可以用航空摄影测量数据为客观数据来源进行分析，利用近红外波段分析植被覆盖情况，精准的实施牧草地节水灌溉工程建设。

5.4为环境污染整治提供分析方法

获取的影像数据可以提供地理信息空间分析方法的数据基础，以叠加分析、缓冲区分析、连通性分析等技术手段，对各项治理工程的选址、监测等提供技术方法，在生活污水治理、工业污水治理、牲畜粪便污染治理、露天矿地质环境治理以及旅游景区环境综合整治发挥重要的作用。

5.5为加快流域产业结构转型升级保驾护航

产业结构转型升级支持生态旅游产业发展，因此在星级厕所建设方面，既要满足游客的使用方便，又要尽可能减小对环境景观的影响。利用本项目影像成果可以通过地形分析的技术方法作为辅助手段，在两种需求中间寻找平衡点，同时通过对该流域的定期航拍，可以动态监测畜牧业发展规模。

5.6为保护区管护能力建设提供技术保障

管护能力建设要求建成保护区监控系统及数字化平台，航空摄影的成果可为该平台提供基础的地理底图数据，实现将文字化资料向图形化表达的轉变。同时，影像的各类地物清晰可见，这就为执法人员检查提供了原始的证据和数据依据。以影像数据为支撑，叠加各类环保专题数据，分析实地生态效益补偿点，开展野生动物救护、防火巡护等工作。

6.结论

（1）本项目主要服务于基础地理信息数据更新，影像清晰，层次分明，影像数据色彩良好。POS数据精度高，经过飞行质量因子计算，各项质量参数均满足要求，为各级政府规划、国情监测和应急保障等提供重要的数据资源。（2）项目位于北部战区管辖范围内，摄区周边军事设施较多，协调难度较大。通过多年的努力与实践，我院已形成较为完善地测绘航空摄影工作方案，从空域申请、技术设计、协调保障、航空摄影、数据处理、质量检查等一系列的工作流程，通过不断的学习与摸索，形成一定的作业方法，在自治区境内执行航空摄影任务具有一定优势。（3）项目采用IMU/GNSS辅助航空摄影，利用直接获取的POS数据与摄区范围内及周边的CORS站、地面基准站进行联合解算，得到高精度的POS成果，极大地提高摄影测量作业效率和空三精度。（4）实现了呼伦湖流域航空遥感影像数据的获取，为环境保护和生态文明建设提供重要的基础数据，为推动绿色发展提供了技术支撑，是自治区生态环境变化监测的重要数据来源。

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