基于南方CASS航測影像矢量化立體采編軟件開發

吉緒發等

摘 要：隨著航空測圖的迅猛發展，其已經成為一種趨勢化的測圖手段，但是后期的數據處理問題一直存在影像處理和矢量化處理不同步的問題，處理效率偏低，且容易遺漏部分要素。文章從實際工作出發，詳細介紹了基于南方CASS航測影像矢量化立體采編軟件的設計和工作原理，以期提供一種新的解決思路和方法。

關鍵詞：航測影像；南方CASS；立體采編

1 概述

隨著科技的進步，特別是計算機技術和影像技術的發展，航空測圖已經成為地理信息系統數據獲取的一種重要手段。然而，測圖工作結束之后，使用現有的航空攝影測量軟件，大部分都需要經過復雜的轉換，才能獲得目的地圖。而且在數據轉換的過程中會出現相當的問題，例如線型不全面、坡度的線狀地物不貼合立體、無法匹配等。

文章在已有理論和平臺基礎上，介紹了一種新的、一體化的航測矢量化立體采編軟件的設計和研發思路，旨在解決目前航測采編過程中出現的環節不連貫、效率低下、數據損失率高的問題。

2 基于南方CASS軟件的二次開發介紹

CASS軟件是廣東南方數碼科技有限公司基于CAD平臺開發的一套集地形、地籍、空間數據建庫、工程應用、土石方量算等功能為一體的制圖軟件系統。基于南方CASS軟件開發航測采編一體化軟件的好處在于采用成熟的成圖編輯環境，既不改變影像處理的基本方法，也不改變CAD平臺的操作習慣。解決了航測數據采集編輯的多個環節不連貫的難題，能較大提高作業人員效率，大大降低數據采編過程中遺漏要素的幾率。

3 系統設計與工作流程

航測模塊基本功能應包括：使用空中三角測量成果生成核線影像；在立體窗口上觀測核線影像生成的立體；在立體上進行地物采集；在立體窗口能進行CASS中的一系列地物編輯操作；用戶的采編結果能在CASS以及相關平臺中正常讀取、顯示和入庫。

CASS主窗口和航測模塊窗口之間的互操作如圖1所示。

航測模塊使用的CASS接口：

獲取CASS中某個坐標范圍內的實體（包括坐標和屬性）功能接口、實體符號化功能接口、調整CASS窗口顯示范圍接口，高程調整接口、鼠標移動信號接口。

航測模塊從CASS中接收的信號：

實體增刪改完成的信號、選中實體的信號、橡皮筋信號。利用這些接口和信號，集合Qt信號插槽的機制，既可以做到立體窗口與CASS窗口同步且相同表現方式的渲染。

立體采集相當于傳統調繪方法中立體判繪及清繪的部分工作。在采集過程中不僅要很好地掌握立體采編系統中采集板塊的工具應用，還應保證地物要素代碼屬性的正確性，更要結合外業調繪經驗充分利用立體影像進行分析和判斷。

4 關鍵技術

4.1 核線影像處理

核線影像處理是進行航測采編之前的一個步驟。由于使用空中三角測量加密后的數據進行生成，所以基礎數據應包括原始影像數據、經過空中三角測量加密后比較精確的外方位元素以及攝影時的飛行數據。用戶得到這些航測數據后，必須生成核線影像，才能對拍攝的像對進行立體觀測，并在觀測的基礎上對地理信息進行采集和修改。這個功能模塊應該實現以下幾點：

4.1.1 讀取多源的空中三角測量數據，可以讀取用戶在用其它軟件進行空中三角測量后的測區和立體數據，不需要進行轉換；

4.1.2 根據空中三角測量所得參數和原始影像生成可用于觀測立體的核線影像；

4.1.3 生成核線影像時支持批處理方式，用戶可設置需要處理的立體列表或者測區列表。

4.2 圖形繪制與編輯

航測模塊與CASS平臺進行聯動采編，這樣可以依托CASS平臺所提供的強大的圖形編輯功能，在航測窗口上進行繪制，以達到最佳的采編效果。

在與CASS的交互方面，通過使用CASS提供的二次開發接口，航測模塊可以得到CASS數據庫中的坐標、實體、屬性等各種信息，也可以對CASS本身發送鼠標、縮放等信號，這樣就可以實現在立體中漫游與在CASS移動的同步，在CASS中的編輯與在立體中編輯同步。在此基礎上，CASS主程序與航測模塊只需要交換實體、坐標、比例信息，就可以實現在兩個窗口中的同步編輯，航測窗口就可以共享CASS強大的編輯功能。

4.3 立體觀測

一般而言，用戶使用兩張影像進行立體觀測，可以使用紅綠立體、偏振立體、交錯立體等方式，這些方式實際上都是使用了雙目立體技術。目前雙目立體重現有很多成熟的技術支持，DirectX、OpenGL都提供了利用顯卡進行時分或者色分的立體顯示接口。考慮到航測采編生產中所使用的顯卡到多數為專業顯卡，有較強的渲染能力以及支持多緩沖區的功能，所以CASS應選擇OpenGL技術進行立體的生成，在此基礎上，也用OpenGL在立體的基礎上進行三維矢量實體的渲染。

依據當前用戶的觀測需求和用戶的硬件配置不同，航測立體觀測應提供多種顯示方式：

紅綠立體，使用紅綠濾光眼鏡進行立體觀測；

偏振立體，使用偏正濾光眼鏡進行觀測；

交錯立體，使用液晶閃閉式眼鏡進行觀測。

用戶在編輯時可以在這幾種觀測方式中進行切換。每種觀測方式所觀測到的圖像立體和編輯的地物效果一致且易于進行量測和修改。

根據立體顯示的方式，渲染采用分次渲染：第一次只渲染影像和實體，第二次渲染臨時實體等。第一次渲染采用離屏渲染。

OpenGL離屏渲染技術是將渲染目標設置為圖像，紋理，或者自定義的渲染緩沖區中，主要用于分次渲染，分屏渲染等。

圖2 渲染流程

5 開發實例

在CASS文件菜單中導入對應的相對，在影像空間和矢量空間可以分屏顯示，如圖3。

圖3中左圖為CASS軟件主窗口，打開的是格式為.dwg文件，右窗口為影像窗口，打開的是對應的影像數據。

利用CASS的屏幕菜單在立體影像上進行數據采集。將CASS所能繪制的地物在立體圖上進行繪制測試，包括控制點、水系設施、居民地、獨立地物、交通設施、管線設施、境界線、地貌土質、植被土質、市政部件等。

圖4為對某個立體相對采集完成的矢量圖。

6 結束語

經過實際生產證明，該航測立體采編系統已經能順利完成航空測圖工作，使用CASS帶屬性繪制的辦法，矢量數據完成后無需再進行其他轉換編輯的工作，大大降低了工作的繁復度同時提高了數據的質量，經過初步測算可提高航測矢量化立體采編40%以上的工作效率。需要指出的是，由于CAD平臺的限制，CASS航測模塊需要跟其他影像處理軟件做同步接口，下一步如能實現直接讀取其它航測影像處理軟件的空三成果并自動生成核線影像，進行立體測圖，則能進一步提高使用的效率和便利性。

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