DMCⅡ數碼影像在大比例尺地形測繪中的應用

周光平，陳玲

(1.溧陽市測量隊，江蘇 溧陽 213000;2.常州市測繪院，江蘇 常州 213002)

1 引言

隨著航空攝影測量技術的快速發展，數碼航空相機技術已經成熟并開始廣泛應用于各部門的航空攝影。Z/I公司的DMC(Digital Mapping Camera)作為數碼航空相機中較成熟的一種，已經開始在國內外得到廣泛應用，其配備先進的電子設備、控制和糾正系統，是行業中最先進的大幅面數字航空相機之一。國內目前大多數使用的還是DMCⅠ數碼相機，由于一些技術原因，DMCⅠ數碼航空相機的像幅與傳統航攝相機相比像幅面較小，成像方式也存在一定差別。目前，Z/I公司的DMCⅡ140已面市并已投入市場，DMCⅡ數碼相機的像幅更接近于傳統膠片的形狀，對于成像及畸變等都有了明顯的改善與提高。內業對獲取的原始數據進行后期處理，得到高分辨率的數字航空影像，可為測繪成圖、地理信息提取提供最基礎的數據。

2 DMCⅡ數碼影像特點

DMC II數碼航攝儀是第二代產品，是當前國際上最為先進的全數字航空攝影系統之一，由美國Intergraph公司研制生產。用于完成高精度、高分辨率的航空攝影測量任務的數字相機。

2.1 DMC II數碼相機組成

DMC II 140數碼航攝儀光學部分一共有5個鏡頭，其中1個為全色鏡頭，4個為多光譜鏡頭。在航攝過程中，航攝儀根據接收到的GPS信號，實時計算飛機所在位置。當飛機到達預定地點，DMC航攝儀內部5個鏡頭會同時自動曝光，獲取地面影像。DMC的電子部分，將曝光瞬間CCD獲取的電子信號進行數字轉換。然后分成2個通路同時進行存儲，直接得到數字影像原始數據。DMC II 140航攝儀具有大幅面、高分辨率的全色鏡頭，可直接得到像素數量為 12 096×11 200的全色影像。利用影像融合技術，將高分辨率全色影像與多光譜波段影像進行融合，生成高分辨率真彩色和彩紅外影像。

2.2 DMC II與DMCⅠ相關參數對照

DMC II與DMCⅠ數碼航攝儀參數對照表 表1

2.3 DMC II優點

(1)像幅更接近于傳統膠片，提高穩定性。

(2)單個大幅面CCD相機鏡頭，無需進行影像拼接。

(3)像素變小，提高地面分辨率。

(4)輻射分辨率提高，獲取信息更多。

(5)基高比增大，提高區域網平差精度。

3 DMCⅡ數碼影像在溧陽測繪項目中的應用

為滿足溧陽市國民經濟建設、信息化管理和城市規劃建設的需要，溧陽市規劃局決定在溧陽市城區周圍約21 km2范圍內實施1∶1 000航測數字化地形圖測繪工程，以完善溧陽市基礎地理數據庫和管理信息系統。

3.1 測區介紹

溧陽市地處江蘇省南部，測區位于東經119°22'～119°31'、北緯 31°21'～31°30'，西南部有山區。本工程共分為3個測區，分別位于溧陽市區的南部、東部及北部，總計施測范圍 20.78 km2，其中北部測區7.96 km2，東部測區 4.39 km2，南部測區 8.43 km2。施測內容為1∶1 000數字地形圖測繪工作，共計圖幅138幅，其中滿幅84幅，破幅54幅。測區具體分布如圖1所示。

圖1 測區分布圖

3.2 航測資料情況

航攝時間:2010年11月

航攝面積:190 km2

航攝儀:DMC二代全數字航攝儀DMC II 140

焦距:92 mm

航高:943 m

像幅:8.06 cm×8.7 cm

像元分辨率:7.2 μ

航線敷設:航線南北向飛行，旁向常規接飛。

像片重疊度:航向60% ～65%，旁向30%左右。

像片旋偏角:小于7°;傾斜角:小于2°;航線彎曲度:小于3%。

影像質量:色彩均勻清晰，顏色飽和無云影，層次豐富反差適中。

3.3 區域網的劃分和像控點聯測

按照《城市測量規范》區域網劃分要求，根據測區的位置分布，整個測圖范圍空三加密共分5個測區。在滿足技術要求的情況下，每個區域航線不超過8條，每條航帶的基線數不超過25條。測區內全部布設為平高控制點，每5條～7條基線一個點，航帶間均布設平高點。點位的選擇按照規范要求，選在影像清晰明顯的地物點、接近正交的線狀地物點、地物拐角點或固定的點狀地物上，當選在高出或低于地面的地物上時，在略圖上標注比高。

3.4 空三加密

使用全數字攝影測量系統VirtuoZo，AATM+PATB進行空三加密，生成加密點，并創建立體模型。加密過程中各項目定向限差如下:

(1)相對定向后標準點殘余上下視差限差為0.005 mm，檢查點殘余上下視差限差為0.008 mm;

(2)絕對定向后，定向點殘差、多余控制點不符值、區域網內公共點較差、區域網間公共點較差的限差符合表2要求。

區域網平差限差表表2

空三解算結果，相對定向上下視差一般為0.002 mm，最大不超過0.005 mm。空三絕對定向:控制點平面最小中誤差為 0.040 m，最大中誤差為0.060 m，最小殘差為0.003 m，最大殘差為0.124 m。控制點高程最小中誤差為 0.028 m，最大中誤差為0.045 m，最小殘差為0.001 m，最大殘差為0.097 m。區域網接邊精度:平面最大中誤差為0.101 m，平面最大較差為0.149 m，高程最大中誤差為0.139 m，高程最大較差為0.270 m。

所有測區加密成果均優于設計書要求，加密過程中，模型的連接通過率較高，只有少量模型需手工連接，穩定性較高，標準點位加點時匹配性較好，降低了人工干預程度。

3.5 內業數字化測圖

在Virtuo Zo全數字攝影測量工作站上進行內業數據采集，像對定向直接將加密像對導入測圖工作站。內業測繪所有地物的外輪廓，對立體判測有疑問的影像加注說明，為下一工序提供準確、可靠、完整的數據。

全數字航測內業測圖的原則是“內業定位、外業定性”。內業對有把握并能夠判定的地物與地貌元素，按圖式符號直接采集標注。對每個能判定的地物按地物外輪廓描繪。能準確判定輪廓全部可見的地物與地貌元素，用測標中心切準地物外輪廓線或定位點直接繪出，做到了無遺漏、變形和移位每一地物要素。地物輪廓部分可見時，最大限度測出，地物影像立體不明顯、對地物位置沒有把握時，標注記號或在圖廓線外圖幅空白處予以說明，留待外業補測處理。利用像片上影像的信息，凡能提供新增或困難地物定點的幾何圖形或線條、拐角等均準確地測繪在圖上。

3.6 外業調繪及補測

外業地形圖調繪采用回放紙圖進行作業，外業根據內業測定的定位點、線調繪地物性質，將內業測定的定位點、線修改到地形圖要求的表示位置。

當遇到少量的新增地物或內業測圖無法測出地物，并且該周圍有可以參照的相對地物時，可以采取交會的方法量取兩個以上的相關距離，量取地物之間距離的夾角應在30°～150°之間，以此補繪出新增地物;當遇到沿主要道路兩側被行樹密集遮蓋的地物，或大面積建成定型的新增建筑物，用距離交會不易補測時，采用全站儀作全野外解析采集。全站儀數據采集時，必須先用CZCORS(常州CORS)布設控制點，以保證全站儀采集數據的正確無誤;當遇到地形變化(如測區有大片魚塘邊界變化)或其他可以采用CZCORS測量的情況時，允許采用CZCORS直接進行地形地物的數據采集。

本次地形圖測繪中的高程采集均采用網絡RTK方法進行。

3.7 精度檢查及質量控制

通過對地形圖成果的主要質量特性檢測表明:該項目地形圖樣本圖幅的地物點點位中誤差為0.198 m，間距中誤差為0.192 m，高程中誤差為0.07 m，數學精度、地理精度均優于設計的要求。通過內、外業各道工序的抽樣檢查，參照測繪產品質量評定標準，經加權綜合評判，判定溧陽市城區地形測量補測工程項目1∶1 000航測數字化地形圖成果質量為“優”。限于篇幅，各類部分精度統計如表3～表5所示。

地物點點位精度統計表 表3

6 80.0－54.0 0.272 ±0.5 7 80.8－54.0 0.157 ±0.5 8 81.2－54.0 0.206 ±0.5 9 84.4－45.0 0.165 ±0.5 10 84.4－47.0 0.269 ±0.5

地物點間距精度統計表 表4

高程精度統計表 表5

4 結語

溧陽本次采用DMCⅡ數碼相機進行航飛在省內屬于首家。DMCⅡ數碼影像的成像寬度比DMCⅠ有所加大，焦距變小，增大了基高比。通過實際生產，證實利用DMCⅡ航攝測量系統進行大比例尺地形測繪，空三加密及測圖精度較以前的DMCⅠ都有所提高(平面精度平均提高約18%，高程精度平均提高約30%)。DMCⅡ幅面的改變(DMCⅠ為長方形，DMCⅡ為類似正方形)使得空三加密時測區模型連接通過率也較高，同名點比較容易匹配。但我們在作業過程中也發現了一些不足，如航飛受天氣的影響較大，天氣不理想產生的霧氣較大;后期影像處理還需改進，影像質量還有待提高。希望隨著DMC產品的不斷發展與改進，能為我國大比例尺全數字攝影測量發揮更大的作用。

［1］張祖勛，張劍清.數字攝影測量學［M］.武漢:武漢測繪科技大學出版社，1996

［2］張祖勛.從數字攝影測量工作站(DPW)到數字攝影測量網格(DPGrid)［J］.武漢大學學報(信息科學版)，2007(7)

［3］王長進，趙海.DMC影像在大比例尺地形測繪中的應用［J］.地礦測繪，2005(2)

［4］韓涼，羅永新.DMC數字航片在蘇州測繪項目中的應用［J］.測繪與空間地理信息，2006(2)

［5］宋大明.DMC影像在數字攝影測量中的應用［J］.測繪與空間地理信息，2006(3)

［6］中國標準出版社第四編輯室.測繪標準匯編——攝影測量與遙感卷［M］.北京:中國標準出版社，2009