“航空地質(zhì)一號(hào)”：給珠峰拍全景立體寫真
2020-05-18 17:26:36 來(lái)源:
中國(guó)自然資源報(bào) 
“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)
你可能想，這位攝影師要先來(lái)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(cè)成峰；最后頂風(fēng)冒雪沖頂成功，從上往下拍一組俯瞰照片，一覽眾山小。
現(xiàn)在，就有這么一位“攝影師”，不用爬山也可以勝任這項(xiàng)工作。這就是號(hào)稱“中國(guó)地調(diào)空軍”、隸屬于自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)。它能飛到比珠峰更高的高空，運(yùn)用三組特殊的“鏡頭”，從空中拍攝一套單幅可達(dá)上億像素的珠峰全景高清照片。
大名鼎鼎的“航空地質(zhì)一號(hào)”，擅長(zhǎng)高山、高原區(qū)的航空物探遙感調(diào)查。下面,我們就逐一揭秘這位會(huì)飛的“攝影師”和它的獨(dú)家攝影“鏡頭”。
挑戰(zhàn)極限飛行
“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心完成改裝設(shè)計(jì)，飛行海拔高度可達(dá)10500米。它曾在西藏羌塘高原執(zhí)行過(guò)測(cè)量任務(wù)。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)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(cè)量，“航空地質(zhì)一號(hào)”主要飛行在平流層與對(duì)流層交界處，飛行高度為9800米~10250米，接近“航空地質(zhì)一號(hào)”的極限高度。“航空地質(zhì)一號(hào)”飛行員于思明說(shuō)，在高原飛行最大的難點(diǎn)就是突如其來(lái)的側(cè)向風(fēng)，這里山峰高聳、連綿不絕，山與山之間經(jīng)常會(huì)形成風(fēng)口，致使吹來(lái)的風(fēng)被突然加速。“看不見(jiàn)的風(fēng)”成為對(duì)飛行員技術(shù)的最大考驗(yàn)。
2020珠峰高程測(cè)量技術(shù)協(xié)調(diào)組組長(zhǎng)、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院研究員黨亞民參與起草了航空重力測(cè)量實(shí)施方案。他告訴記者，一開始詢問(wèn)了測(cè)繪系統(tǒng)經(jīng)常做重力測(cè)量的飛行員，人家一聽說(shuō)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(fēng)險(xiǎn)的。”黨亞民說(shuō)，隨后他了解到航遙中心的“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)為了勘測(cè)地下物質(zhì)，經(jīng)常要貼近地面飛行，而且是飛得越低越好。這對(duì)飛行技術(shù)的要求也更高。于是，“中國(guó)地調(diào)空軍”挑起了空中測(cè)量珠峰高程的重?fù)?dān)，并且在重力測(cè)量的基礎(chǔ)上完善了航空遙感實(shí)施方案。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心副總工程師陳斌計(jì)算了此次空中測(cè)量的工作量。其中，航空重力測(cè)量的面積達(dá)到了1.25萬(wàn)平方公里，預(yù)計(jì)將用4~5個(gè)架次完成測(cè)量，每個(gè)架次平均用時(shí)6小時(shí)。航空遙感攝影至少需要8個(gè)架次。特別是中午1點(diǎn)之后，珠峰地區(qū)天氣會(huì)變得非常惡劣，很難進(jìn)行攝影。所以，和地面測(cè)量人員一樣，“航空地質(zhì)一號(hào)”也需要搶抓時(shí)間窗口，如果天氣條件允許，飛行人員每天早上5點(diǎn)就要在拉薩機(jī)場(chǎng)做好準(zhǔn)備，隨時(shí)等待起飛。從拉薩機(jī)場(chǎng)到珠峰測(cè)區(qū)大約需要飛行1小時(shí)。
尋找珠峰的“腳底板”
我國(guó)自主研發(fā)的航空重力儀DGA01，負(fù)責(zé)航空重力測(cè)量。
同時(shí)，飛機(jī)上還配備有GT-2A型航空重力儀。兩臺(tái)重力儀的測(cè)量數(shù)據(jù)互為備份，保證每架次測(cè)量的成功率。
什么是重力測(cè)量呢？簡(jiǎn)單說(shuō)，就是測(cè)量山峰的海拔零點(diǎn)。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(zhǔn)面的概念。大地水準(zhǔn)面是描述地球形狀的一個(gè)重要物理參考面，也就是海拔高程系統(tǒng)的起算面。精確求出這個(gè)水準(zhǔn)面，就相當(dāng)于找到了珠峰的“腳底板”。
孫承志告訴記者，計(jì)算珠峰大地水準(zhǔn)面，以前是用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，也就是從青島的水準(zhǔn)原點(diǎn)，應(yīng)用國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，一路測(cè)到距離珠峰最近的西藏定日。從定日到珠峰大本營(yíng)，因地形條件限制，觀測(cè)次數(shù)、視距和時(shí)間無(wú)法滿足一等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，只能用二等水準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。從大本營(yíng)再往上，只能應(yīng)用三等水準(zhǔn)規(guī)范了，測(cè)量的精度也相應(yīng)降低。
在1975年我國(guó)第一次珠峰高程測(cè)量中，一名隊(duì)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(yán)寒操作重力儀測(cè)得了重力數(shù)據(jù)，創(chuàng)造了世界重力測(cè)量史上的奇跡，但同時(shí)也付出了4根指頭因凍傷壞死的沉重代價(jià)。
精度是測(cè)繪的生命。現(xiàn)在，地面隊(duì)員不需要再冒著凍掉手指頭的風(fēng)險(xiǎn)去測(cè)量重力了。航空重力測(cè)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(cè)量難題，把精度一致性延展到峰頂。
“水準(zhǔn)測(cè)量是沿著一條線測(cè)過(guò)來(lái)，測(cè)的是一些點(diǎn)位。航空重力測(cè)量則是通過(guò)連續(xù)測(cè)線飛行，可以測(cè)出一整個(gè)面。”孫承志說(shuō)，航空重力測(cè)量可將大地水準(zhǔn)面的測(cè)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(cè)量分別要拍攝兩組“照片”。一是利用先進(jìn)的機(jī)載航空相機(jī)獲得高分辨率的影像數(shù)據(jù)；二是使用先進(jìn)的機(jī)載激光雷達(dá)儀獲取高精度的三維地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)。兩數(shù)據(jù)融合形成高分辨率、高精度的三維地形數(shù)據(jù)，能夠逼真、直觀地反映測(cè)區(qū)的地形、地貌特征，這是名副其實(shí)的珠峰大寫真！
這次的機(jī)載航空相機(jī)是目前世界上最新一代的數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)：ADS100推掃式數(shù)字航攝儀。它具有效率高、數(shù)據(jù)信息豐富、性能穩(wěn)定高、集成度高等一系列優(yōu)勢(shì)，同時(shí)投影變形小、影像拼接量小。
孫承志介紹，遙感設(shè)備需要光學(xué)玻璃，要在飛機(jī)上開窗，技術(shù)要求比較苛刻。為此，飛機(jī)上專門為高空作業(yè)改裝了攝影窗口。相比普通的光學(xué)照相，使用這臺(tái)相機(jī)拍出來(lái)的照片畸變并且可以測(cè)定成像位置的坐標(biāo)。
那么，這樣一張可以用來(lái)測(cè)繪的照片，像素能達(dá)到多少？據(jù)說(shuō)單幅不少于4億像素！拍攝出來(lái)的圖像色彩均勻、定位精度高、圖像分辨率高。
機(jī)載激光雷達(dá)儀的外觀更炫酷。它是目前行業(yè)內(nèi)體積最小的大幅面激光測(cè)量系統(tǒng)，有最高級(jí)別的點(diǎn)密度和采集率，也是目前國(guó)際上廣泛用于多種測(cè)量平臺(tái)的激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。
機(jī)載激光雷達(dá)儀在飛機(jī)上發(fā)射激光波束，通過(guò)地面回波測(cè)定從飛機(jī)到地面的距離，得到精密的地面數(shù)字模型。孫承志說(shuō)，以前都是靠立體測(cè)繪，在兩個(gè)位置拍攝兩張照片，用立體交會(huì)的方法繪制一個(gè)模型，再在模型上間接采點(diǎn)。飛機(jī)則可以用激光直接在地面采點(diǎn)，用來(lái)再現(xiàn)地面的三維地形。
黨亞民告訴記者，遙感攝影測(cè)量將在自然資源監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用，留下第一手的精細(xì)資料。“很多人想用無(wú)人機(jī)完成遙感攝影，但七八級(jí)大風(fēng)在珠峰是家常便飯，無(wú)人機(jī)根本不可能飛行。”黨亞民說(shuō)，針對(duì)珠峰一般會(huì)使用衛(wèi)星遙感影像，但像“航空地質(zhì)一號(hào)”這么近距離地獲取精細(xì)遙感資料，所獲數(shù)據(jù)將是彌足珍貴的。
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