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引言
RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum)縮小最小垂直間隔標準是在實行RVSM 運行的空域內,在高度29000 英尺(8850米)―41000 英尺(12500米)之間的垂直間隔標準由2000 英尺縮小到1000 英尺。該空間范圍內飛行高度層的數量從原來的7個增加到13個。按照這樣的標準從事的飛行活動稱之為RVSM運行。
縮小垂直間隔有眾多優點一、可以在可使用的空間中增加飛行高度層和空域容量,航路得到優化,提升飛機的運營效率;二、該標準有利于航空公司減少航班延誤率;三、有利于機場管制人員調配飛行沖突,減輕空中管制的工作負荷;四、提高航油利用效率,節約燃油,保護生態環境;五、與國際航線網絡對接,降低由非RVSM區域向RVSM區域轉換難度,減少事故發生的概率。
1.蒙皮波紋度對RVSM的影響
波紋度,也稱波度,是形成工件或零件表面形貌特征的形狀誤差成分之一。在航空界,它是指那些在加工過程中, 因零件進行拉伸或者進行熱處理時受壓力與變形諸因素的影響而產生的, 在工件表面呈一定周期性重復出現的、作波浪形高低起伏的一種較小的形狀誤差輪廓起伏的高度及間距的大、小。
進行RVSM 運行就必須要求飛機自身能夠比較精確地測量飛機的飛行高度,這需要靜壓探頭在進行氣壓測量時不受較大影響。影響
飛機高度測量的誤差有系統誤差和制造偏離誤差。為了保證高度測量精度,控制RVSM 區域波紋度是必不可少的。
2.蒙皮波紋度的測量方法
2.1光學照相法
在使用光學照相法測量波紋度過程中,在目前各種CAD軟件中,都能夠實現各類樣條曲線功能,這對于根據飛機蒙皮的實測外形數據進行樣條曲線包絡,從而進行精確分析檢查外形,得出外形波紋度的具體數據,提供了可能性。
首先,利用光學攝影掃描儀器對RVSM區域的機身外蒙皮進行測量獲取外形數據,攝影測量采用MAXscan 激光掃描與攝影測量系統進行定位,用EXAscan 自定位參考點技術掃描系統進行表面掃描,將測量采集的數據通過特殊的數據接口傳入CATIA 系統,生成數據點云。
利用光學測量儀器所配備的軟件功能,按照一定的間隔,利用多個和水平面相平行的平面將點云數據分割成數段,分割所得的點云數據就是該位置蒙皮的實際情況。點云數據切割后,對數據云線進行人工凸包分析,提取凸包特征點,再用樣條方法生成曲線,用點云分析功能分析點云與這些曲線的距離,遠離該曲線的為波谷,貼近該曲線的為波峰,并判斷波峰之間的距離大小作為波谷深度即波幅B,作為波長L,記錄波谷深度和波長,可以計算得到斜率K,通過以上各數據來分析飛機外形的波紋度。
從測量精度上考慮,照相掃描法相比較于一般的物理測量精度會高出很多,但是由于測量儀器的費用較高,操作過程以及分析過程過于繁瑣,該測量方法不適用于生產過程中的多次測量和廣泛使用,只能在最終產品交付時或者要求精度較高時進行精確測量,保證蒙皮的波紋度要求。
2.2樣條曲線法
樣條曲線有非常好的保凸性和支撐性,在飛機外形設計中應用廣泛。由機設計外形的保凸特性,使得在進行飛機制造外形的波紋度檢查時,會自然和樣條聯系在一起,事實證明,良好的外形與樣條的貼合良好,而凹凸不平的外形用樣條可很明顯地檢查出來。在找出飛機蒙皮外形的凹凸特性后,可以利用斜尺來確定飛機外蒙皮和樣條之間的間隙值,從而確定飛機蒙皮的波幅數據。航空制造中用樣條的方法檢查波紋度是最合適也是生產過程中比較方便簡潔的辦法,在歐美和原蘇聯已長期使用。
生產現場中一般采用有機玻璃作為生產樣條的原材料,該材料一般只會產生彈性變形,同時易于彎曲,較容易和飛機蒙皮相貼合,同時又有一定的剛性。通常在RVSM區域每隔一定距離選取一個和構造水平面相平行的平面,沿測量剖面將樣條兩端貼于蒙皮表面,先壓緊樣條一端,然后沿測量剖面將樣條抹平,使樣條貼緊蒙皮。抹平后將樣條兩端與蒙皮壓緊,在兩端施加一定的橫向力使樣條可以較好地和飛機蒙皮貼平,利用楔形塞尺測量樣條與蒙皮最大間隙,記做該剖面最大波幅,標記最大波幅對應的蒙皮與樣條接觸點,測量兩接觸點的曲面距離,記做該剖面最大波幅對應的波長。
樣條測量方法相比較于激光掃描測量法來說,可達精度上有所欠缺,如果需要十分精確的反映出機身蒙皮的波紋度,此方法無法達到,只能采用激光掃描測量法,但是樣條測量方法也有著它自身的優勢,它在現場操作中較能容易實現,同時也可以直觀的反映出蒙皮波紋度所存在的問題,適合于生產現場的多次簡單操作。
2.3短鋼板尺測量
由于有些飛機RVSM區域采用密框結構這種特殊的結構形式,它會在機身蒙皮上出現波長很短的波紋度。針對這一情況,操作更加方便的就是鋼板尺測量法。
遙感技術自誕生之日起,應用逐步延伸至我們日常生活的每個角落。1943年德國開始利用航空相片制作各種比例尺的影像地圖。1945年前后美國開始產生影像地圖,我國在20世界70年代開始研制影像地圖。[1]在日常工作中,我們常常接觸到遙感影像,談及遙感技術及其應用。那么具體是指什么呢?所謂遙感影像,是指紀錄各種地物電磁波數據而生成的各種格式的影像數據,在遙感中主要是指航空影像和衛星影像。目前遙感影像圖無論在農業的土地資源調查,農作物生長狀況及其生態環境的監測,還是在林業的森林資源調查,監測森林病蟲害、沙漠化或是在海洋資源的開發與利用,海洋環境污染監測都有著非常重要的應用。[2]
1.2遙感影像的四個基本特征
遙感影像有其四個基本的影像特征:空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率、時間分辨率。通常意義上,我們平時最多談及精度的問題,常常是指空間分辨率(SpatialResolution),又稱地面分辨率。后者是針對地面而言,指可以識別的最小地面距離或最小目標物的大小。前者是針對遙感器或圖像而言的,指圖像上能夠詳細區分的最小單元的尺寸或大小,或指遙感器區分兩個目標的最小角度或線性距離的度量。它們均反映對兩個非常靠近的目標物的識別、區分能力,有時也稱分辨力或解像力。光譜分辨率(SpectralResolution)指遙感器接受目標輻射時能分辨的最小波長間隔。間隔越小,分辨率越高。所選用的波段數量的多少、各波段的波長位置、及波長間隔的大小,這三個因素共同決定光譜分辨率。光譜分辨率越高,專題研究的針對性越強,對物體的識別精度越高,遙感應用分析的效果也就越好。但是,面對大量多波段信息以及它所提供的這些微小的差異,人們要直接地將它們與地物特征聯系起來,綜合解譯是比較困準的,而多波段的數據分析,可以改善識別和提取信息特征的概率和精度。輻射分辨率(RadiantResolution)指探測器的靈敏度——遙感器感測元件在接收光譜信號時能分辨的最小輻射度差,或指對兩個不同輻射源的輻射量的分辨能力。一般用灰度的分級數來表示,即最暗——最亮灰度值(亮度值)間分級的數目——量化級數。它對于目標識別是一個很有意義的元素。時間分辨率(TemporalResolution)是關于遙感影像間隔時間的一項性能指標。遙感探測器按一定的時間周期重復采集數據,這種重復周期,又稱回歸周期。它是由飛行器的軌道高度、軌道傾角、運行周期、軌道間隔、偏栘系數等參數所決定。這種重復觀測的最小時間間隔稱為時間分辨率。
2常用遙感影像
2.1一般遙感影像
目前,常用的中分辨率資源衛星有LandsateTM5、中巴資源衛星;以及常用的高空間分辨率的Spot5、Rapideye、Alos、QuickBird、WorldviewⅠ、WorldviewⅡ等。高分辨率遙感影像圖信息豐富、成本低、可讀性和可量測性強、客觀真實的反映地理空間狀況,充分表現出遙感影像和地圖的雙重優勢,具有廣闊的發展前景。[3]LandsateTM5、中巴資源衛星對大區域范圍內的資源變化、國土資源變化、自然或人為災害、環境污染、礦藏勘探有著較大的優勢,但是因為分辨率低,所以在林業遙感判讀中誤判率相較于其他幾種高精度遙感影像高,適合大面積地區的使用,譬如內蒙草原的退化變化以及荒漠化變化的監測等。其中ALOS因衛星故障已經于2011年4月開始較少使用。QuickBird雖然精度較高,但它一般對城區影像的覆蓋較多較集中,對山區覆蓋較少,而且存檔數據很少,需要提前預定。不僅如此,QuickBird數據費用較高,綜合以上原因,QuickBird數據一般很難大范圍使用,所以在林業項目中使用較少。
2.2前沿遙感影像
WorldviewⅠ、WorldviewⅡ均為Digitalglobe公司的商業成像衛星系統,被認為是全球分辨率最高、響應最敏捷的商業成像衛星。這兩顆衛星還將具備現代化的地理定位精度能力和極佳的響應能力,能夠快速瞄準要拍攝的目標和有效地進行同軌立體成像。其中WorldviewⅠ為0.5米分辨率。相較于WorldviewⅠ,WorldviewⅡ載有多光譜遙感器不僅將具有4個業內標準譜段(紅、綠、藍、近紅外),還將包括四個額外譜段(海岸、黃、紅邊和近紅外Ⅱ),能夠提供0.4米全色圖像和1.8米分辨率的多光譜圖像。需要特別一提的是,WorldviewⅡ提供的四個額外譜段(海岸、黃、紅邊和近紅外Ⅱ)可進行新的彩色波段分析:(1)海岸波段,這個波段支持植物鑒定和分析,也支持基于葉綠素和滲水的規格參數表的深海探測研究。由于該波段經常受到大氣散射的影響,已經應用于大氣層糾正技術。(2)黃色波段,過去經常被說成是yellow-ness特征指標,是重要的植物應用波段。該波段將被作為輔助糾正真色度的波段,以符合人類視覺的欣賞習慣。(3)紅色邊緣波段,輔助分析有關植物生長情況,可以直接反映出植物健康狀況有關信息。(4)近紅外Ⅱ波段,這個波段部分重疊在NIR1波段上,但較少受到大氣層的影響。該波段支持植物分析和單位面積內生物數量的研究。林業工作對遙感影像的植被信息較為關注,以上提及的四個額外譜段能提供較多的植被信息。國外相關機構已經將四個特色譜段應用于前沿科學研究,譬如生物量遙感估測應用等等。美中不足的是,相較于其他類型的遙感影像,WorldviewⅠ,WorldviewⅡ影像費用較高,在質量和技術上領先但價格上不占優勢,不易于大范圍的使用。
2.3林業工作中應用較多遙感影像
除去以上談及的幾種類型的遙感影像,在工作中較多使用到的是Spot5和Rapideye這2種遙感影像。Spot5是由法國發射的一顆衛星,常規提供2.5米全色影像和10米多光譜影像。SPOT5衛星影像的專業制圖比例尺為1:25,000,概覽成圖比例尺極限為1:10,000。工作中,我們通常將2.5米全色影像與10米多光譜影像在正射糾正完后進行融合,生成2.5米空間精度的影像用于林業應用。Rapideye衛星為德國所有的商用衛星,主要性能優勢:大范圍覆蓋、高重訪率、高分辨率、5米的多光譜獲取數據方式,省去了其他種類遙感影像需要全色影像與多光譜影像融合的步驟,這些優點整合在一起,讓RapidEye擁有了空前的優勢。RapidEye是第一顆提供“紅邊”波段的商業衛星,結合4個業內標準譜段(紅、綠、藍、近紅外)適用于監測植被狀況和檢測生長異常情況,在林業領域應用中較為有利。
3遙感影像準備及處理過程
3.1遙感影像準備
每種遙感衛星對地面覆蓋范圍不同,軌道不同,重訪周期不同,拍攝時間、角度不同等等原因,還常受天氣影響。因此根據實際需要使用的日期,來查詢各景遙感影像是一件頗費周章的工作,一般需要向影像公司提前預定。實際工作中往往要求前后兩期遙感影像對比,前后兩期遙感影像對時間上的要求較為
苛刻,因而這些工作往往經由熟悉遙感業務的高級技術人員執行。另外,遙感影像的購買、使用、存儲需要考慮到保密工作,這一點也是需要謹慎對待。工作經驗總結出Spot5、Rapideye有時因側視角度過大原因,導致某些區域拉伸變形,尤其是高海拔山區部分;影像角度需要提前檢查,側視角度最佳保持在20以下。而較小側視角可以保證鄰近2景影像良好的接邊,并能保證正射糾正后空間位置的準確性。 3.2遙感影像處理