DPgrid軟件在<<太原市1∶2000成圖比例尺數(shù)字航空攝影測(cè)量>>項(xiàng)目中的應(yīng)用

□ 陰振聲

（山西省遙感中心，山西太原030001）

DPgrid軟件在<<太原市1∶2000成圖比例尺數(shù)字航空攝影測(cè)量>>項(xiàng)目中的應(yīng)用

□ 陰振聲

（山西省遙感中心，山西太原030001）

利用DPgrid（數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格）系統(tǒng)對(duì)太原市范圍內(nèi)的航片數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，詳細(xì)介紹了空三加密、數(shù)字正射影像制作的過(guò)程，為正射影像的生產(chǎn)提供了一種有效途徑。

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量；空三加密；數(shù)字高程模型；數(shù)字正射影像

1.項(xiàng)目概況

《太原市1∶2000成圖比例尺數(shù)字航空攝影測(cè)量》項(xiàng)目，部分成果是：太原市行政區(qū)域范圍6900km21∶2000數(shù)字正射影像制作,分辨率20cm。本項(xiàng)目成像區(qū)域東西長(zhǎng)約144公里，南北寬約107公里，測(cè)區(qū)面積約6900平方公里。

數(shù)據(jù)處理軟件的選取方面,經(jīng)過(guò)調(diào)研，國(guó)產(chǎn)軟件DPgrid(數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格)系統(tǒng)完全能滿足項(xiàng)目生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的需求，與同行業(yè)軟件相比有技術(shù)支持和成本方面的優(yōu)勢(shì),同時(shí)項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用也有助于國(guó)產(chǎn)軟件技術(shù)的發(fā)展與提高。

2.總體技術(shù)路線

項(xiàng)目采用DPGRID（數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格）系統(tǒng)進(jìn)行GPS輔助空三加密，在此基礎(chǔ)上生成密集的DSM（數(shù)字表面模型）點(diǎn)，通過(guò)處理DSM點(diǎn)獲取DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)。然后利用DEM對(duì)影像進(jìn)行正射糾正及鑲嵌，生成DOM（數(shù)字正射影像）。

3.空三加密

3.1 空三加密技術(shù)流程

本項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍達(dá)到了6900平方公里，涉及到近14000張航片的海量數(shù)據(jù)處理，需處理數(shù)據(jù)量近30TB。航空影像的自動(dòng)空中三角測(cè)量是通過(guò)自動(dòng)匹配技術(shù)獲取影像間的連接點(diǎn)，然后利用外業(yè)控制點(diǎn)和GPS/IMU等輔助測(cè)量參數(shù)來(lái)精確解算航空遙感影像的外方位元素。

本項(xiàng)目空三技術(shù)路線如圖1所示：

圖1 空中三角測(cè)量技術(shù)路線圖

3.2 測(cè)區(qū)影像并行處理與匹配

3.2.1 影像并行預(yù)處理

影像匹配大部分的時(shí)間用于影像預(yù)處理，例如影像的彩色轉(zhuǎn)為灰度，灰度影像的增強(qiáng)，創(chuàng)建多級(jí)金字塔，特征點(diǎn)的提取等。因此影像的并行預(yù)處理將會(huì)極大地縮短匹配的時(shí)間。

3.2.2 影像并行匹配與轉(zhuǎn)點(diǎn)

本系統(tǒng)的匹配算法將采用以下原則：

（1）調(diào)整匹配的搜索范圍的值，以確保搜索效率。

（2）“物體表面連續(xù)光滑”的假設(shè)在宏觀上不成立，應(yīng)保證所有目標(biāo)點(diǎn)的匹配之間的獨(dú)立性，即每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的搜索范圍應(yīng)均等。

（3）由于搜索的區(qū)域越大,影像匹配的效率也會(huì)相應(yīng)降低，所以為了保證數(shù)據(jù)處理的有效性，該系統(tǒng)采用了金字塔影像多級(jí)匹配的策略。

（4）觀測(cè)值獨(dú)立與連續(xù)光滑約束對(duì)立統(tǒng)一的原則。

3.2.3 測(cè)區(qū)自由網(wǎng)的構(gòu)建

利用自動(dòng)匹配獲取的加密點(diǎn)，構(gòu)建測(cè)區(qū)自由網(wǎng)，并進(jìn)行自由網(wǎng)平差解算。

3.3 像控點(diǎn)輸入

在帶像控點(diǎn)點(diǎn)位預(yù)測(cè)功能的輔助下，輸入外業(yè)像控點(diǎn)的影像坐標(biāo)。像控點(diǎn)應(yīng)嚴(yán)格按照像控點(diǎn)點(diǎn)之記展點(diǎn)。

3.4 區(qū)域網(wǎng)平差解算

在連接點(diǎn)、像控點(diǎn)以及GPS攝站坐標(biāo)等數(shù)據(jù)下進(jìn)行光束法的平差解算，解算過(guò)程提供粗差探測(cè)。

在進(jìn)行光束法攝像機(jī)標(biāo)定時(shí)，大多情況下，由于法方程系數(shù)矩陣的原因，需要對(duì)內(nèi)方位元素加以適當(dāng)?shù)臋?quán)進(jìn)行平差，或者采用分步迭代策略，將內(nèi)、外方位元素分別作為未知數(shù)進(jìn)行平差，以保證解算結(jié)果的穩(wěn)定性。

3.5 物方匹配

本次作業(yè)利用飛行構(gòu)架航線的辦法來(lái)節(jié)省外業(yè)控制的工作量，因此，在分別得到主區(qū)和構(gòu)架航線相應(yīng)的近似外方位元素的基礎(chǔ)上，對(duì)主區(qū)和構(gòu)架航線進(jìn)行物方匹配。再通過(guò)探測(cè)粗差點(diǎn)的辦法，進(jìn)行挑點(diǎn)，剔除錯(cuò)誤的像點(diǎn)，使最終的結(jié)果滿足加密規(guī)范的要求。

3.6 主要精度指標(biāo)

3.6.1 內(nèi)定向

使用焦距、像素大小、像素行數(shù)/列數(shù)、像素值等航攝儀鑒定資料,應(yīng)注意影像坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。

3.6.2 相對(duì)定向精度指標(biāo)

相對(duì)定向精度不應(yīng)大于表1的規(guī)定。

表1 相對(duì)定向精度指標(biāo)

3.6.3 絕對(duì)定向

絕對(duì)定向應(yīng)滿足表2誤差的規(guī)定。

表2 基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差、公共點(diǎn)較差最大限值

4.數(shù)字正射影像（DOM）制作

4.1 DEM制作

4.1.1 DSM（數(shù)字表面模型）匹配

利用空三加密后的影像方位元素?cái)?shù)據(jù)，利用核線匹配、多視匹配、多片最小二乘匹配等影像自動(dòng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的影像自動(dòng)匹配密集的DSM點(diǎn)，生成的DSM格網(wǎng)間距為2米。

4.1.2 DSM到DEM數(shù)據(jù)處理

在密集DSM點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將DSM點(diǎn)進(jìn)行剔除粗差、平滑處理，去除屋頂點(diǎn)、樹(shù)冠上點(diǎn)等得到DTM數(shù)據(jù)，然后根據(jù)地形對(duì)DTM進(jìn)行一定范圍內(nèi)平滑處理，最后內(nèi)插規(guī)則格網(wǎng)得到DEM數(shù)據(jù)。

4.2 DOM制作

4.2.1 影像勻光勻色處理

航空攝影所獲取的影像數(shù)據(jù)由于時(shí)相的原因，會(huì)存在影像內(nèi)部以及相鄰之間的亮度與色彩的差異問(wèn)題，利用勻光勻色模塊以標(biāo)準(zhǔn)參考影像為模板，進(jìn)行自動(dòng)化處理。

4.2.2 單片正射糾正處理

由于航空攝影時(shí)，受到相機(jī)搭載平臺(tái)、氣候等因素的影響，以及地面現(xiàn)勢(shì)情況的影響，導(dǎo)致像片成像產(chǎn)生像點(diǎn)位移、圖形形變、比例尺差異等問(wèn)題。通過(guò)將航攝像片投影變換，獲得相當(dāng)于航攝相機(jī)物鏡主光軸在鉛垂位置攝影的水平像片，同時(shí)改化規(guī)定的比例尺，這種作業(yè)過(guò)程稱(chēng)為像片糾正。

利用空三加密成果與DEM數(shù)據(jù)對(duì)勻光后的影像進(jìn)行單片正射糾正，得到每幅影像的單片正射糾正影像。

4.2.3 智能鑲嵌處理

對(duì)單片正射糾正影像，系統(tǒng)利用智能算法自動(dòng)搜索繞過(guò)房屋、樹(shù)冠、水域等區(qū)域的鑲嵌線，對(duì)單像正射糾正影像進(jìn)行智能化的鑲嵌處理，從而獲得高質(zhì)量的DOM鑲嵌成果。系統(tǒng)采用特殊的文件格式，因此可拼接任意大的DOM數(shù)據(jù)文件，一般一個(gè)航測(cè)區(qū)鑲嵌成為一個(gè)DOM文件，減少了圖幅之間的接邊問(wèn)題。

4.2.4 正射影像編輯

利用多機(jī)協(xié)同的交互式編輯功能對(duì)DEM、DOM進(jìn)行一體化的編輯，解決全自動(dòng)處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的顏色問(wèn)題，幾何變形問(wèn)題、接邊問(wèn)題等。編輯功能主要有兩個(gè)特點(diǎn)，一是多人同時(shí)編輯同一個(gè)DOM成果文件，不同作業(yè)員編輯不同的區(qū)域，該區(qū)域的編輯結(jié)果實(shí)時(shí)反饋到其他作業(yè)員。二是DEM數(shù)據(jù)與DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化的編輯處理，對(duì)DEM的修改可通過(guò)局部正射糾正實(shí)時(shí)更新DOM數(shù)據(jù)。最后進(jìn)行DOM的分幅輸出。

4.3 DEM的質(zhì)量檢查內(nèi)容

空三加密時(shí)像機(jī)參數(shù)文件、控制點(diǎn)文件的輸入是否正確。相對(duì)定向、絕對(duì)定向結(jié)果是否符合限差要求。數(shù)據(jù)采集的檢查，檢查DEM格網(wǎng)要素是否有遺漏、移位等，平面、高程精度是否符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。數(shù)據(jù)編輯檢查，主要檢查自動(dòng)相關(guān)生成的DEM數(shù)據(jù)是否有跳點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行修正。

4.4 DOM的質(zhì)量檢查內(nèi)容

4.4.1 正射糾正的質(zhì)量檢查。具體內(nèi)容包括：點(diǎn)位選取是否準(zhǔn)確；糾正控制點(diǎn)單點(diǎn)最大誤差是否超限；糾正控制點(diǎn)殘差中誤差是否超限；連接點(diǎn)各單方向誤差是否超限；區(qū)域整體平差中誤差是否超限。

4.4.2 鑲嵌、接邊質(zhì)量檢查。具體內(nèi)容包括：點(diǎn)匹配精度檢查；鑲嵌處應(yīng)無(wú)裂縫、模糊和重影現(xiàn)象；鑲嵌影像色彩檢查。

4.4.3 分幅、整飾成果質(zhì)量檢查。具體內(nèi)容包括：圖幅坐標(biāo)檢查；圖幅信息完整性、正確性檢查。

5.結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目的順利完成，得益于軟件技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其中數(shù)據(jù)的并行處理相比過(guò)去的單機(jī)軟件，運(yùn)算效率有成倍提高，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的話，能實(shí)現(xiàn)高精度的快速拼圖；影像拼接時(shí)運(yùn)用蟻群算法，通過(guò)分析影像數(shù)據(jù)，智能化選擇影像之間的拼接線，對(duì)于山區(qū)和農(nóng)村地區(qū)的影像拼接，只需要很少的人工參與量，城區(qū)影像的拼接效率也有很大地提高；另外通過(guò)區(qū)域網(wǎng)生成DSM/ DEM的方法以及海量影像數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)與漫游等技術(shù)，使得項(xiàng)目的工作效率有很大地提高。作為軟件系統(tǒng)，還在進(jìn)一步發(fā)展和完善當(dāng)中，通過(guò)該項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐，為今后的數(shù)字正射影像的批量生產(chǎn)提供了一種實(shí)用的途徑。

【1】張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.

【2】王興國(guó).數(shù)字正射影像圖（DOM）的制作與質(zhì)量控制[J].地礦測(cè)繪，2009（2）：17-20.

P237

B

2095-7319（2014）06-0060-04

陰振聲（1979—），男，山西介休人，工程師，2001年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)土地規(guī)劃與利用專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在山西省遙感中心工作，主要從事遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)方面的工作。