數字攝影測量生產的相關問題的探討與分析

李國敏 李淑彬 曲躍偉

（河南中化地質測繪院有限公司，河南 鄭州450011）

0 引言

數字攝影測量技術在我國經過多年的發展，如今已進入了實用化階段，目前我國有相當一部分測繪單位陸續引進了數字攝影測量系統，井逐步形成生產能力。由于正式生產開展時間不是很長，因此可能對于有些使用者來說，許多問題仍不是很清楚，諸如軟硬件如何配置？產品究竟有哪些？數字攝影測量生產輔助系統的問題以及產品的質量檢查方法等等。本文通過總結一些相關的生產經驗，對有關問題提出相應的建議。

1 軟件選擇

1.1 數字攝影測量軟件

已商品化的全數字攝影測量系統較多如徠卡Helava的DPW、Intergraph公司的ImageStation以及國產的部分系統等。國產的全數字攝影測量系統包括武漢測繪科技大學研制的VirtuoZo系統和中國測繪科學研究院研制的JX4G系統，與國外同類產品相比，其具有良好的性能價格比，因此在國內擁有眾多用戶。兩個系統進行比較的話，前者具有自動化程度高，速度快的特點；后者則具有對DEM編輯能力強、精度高的優勢。

1.2 輔助軟件

商品化的數字攝影測量系統可接收和輸出多種數據格式，因此可利用相關的圖形圖像處理軟件對原始數據進行預處理或對最終成果進行后期加工。例如利用Photoshop較強的圖象處理功能，就可對原始掃描影像的色調和反差等進行調整，使之影像更清楚。

1.3 自行開發軟件

根據不同作業區要求和現有儀器設備狀況，在數據轉換、定向文件整理、精度檢測與統計等方面需要自行開發系列軟件來解決實際生產中存在的問題。

2 硬件配置

2.1 計算機

早期的系統一般基于某種高檔的圖形工作站開發，如Helava系統在SUN工作站上開發。由于微機技術的飛速發展，原來需要高檔圖形工作站實現的許多功能完全可以在微機上完成，因此，目前的數字攝影測量系統一般都開發了UNIX和WINDOWS NT兩套版本。其中NT版本因其硬件價格低廉越來越受到用戶喜愛。

2.2 存儲設備

數字攝影測量生產中的原始影像、中間或最終成果都將產生較大的數據量。大容量的硬盤陣列和磁帶庫是解決存儲問題的一個途徑，但成本較高。采用多個大容量移動硬盤(180GB以上)，用于存儲作業數據是解決存儲同題的經濟實惠的辦法。

2.3 網絡

由于生產過程中不斷需要大量的數據傳輸，因此對于網絡性能有較高的要求，快速以太網具有技術成熟、成本低、技術簡單等優點。

2.4 輸入、輸出設備

國內數字攝影測量生產所使用的原始影像一般為光學影像。因此需要高分辨率的專用影像掃描儀來進行數字化，徠卡、蔡司公司均有此類產品。數字正射影像圖的輸出可選用高分辨率的彩色噴墨繪圖機，也可以直接在激光照排機上輸出。

3 質量控制

3.1 基礎資料的質量控制

基礎資料的質量是決定產品質量的關鍵因素基礎資料主要包括航攝底片(或掃描數據)、外業控制資料和空三成果數據。另外，攝影相機的參數也是重要的基礎數據。底片質量(底片密度、底片壓平)、有無影像缺陷、飛行質量及其參數、航攝儀的參數、控制點的來源和精度等。

3.2 準備工作中的質量控制

在準備階段，除進行資料、數據的準備和分析之外，一定要制定相應的質量控制內容和策略，學習和理解有關的技術文件。對不能確定的質量指標或技術參數，要先進行試驗，在試驗的基礎上確定每一個生產環節的質量要求。

3.3 作業過程的質量控制

3.3.1 建立參數文件和定向

控制點文件，航攝儀參數文件、項目參數文件和模型參數文件是數字攝影測量生產作業所必須的參數文件，首先做到文件命名的規范和統一，控制點的點號必須唯一，比例尺、DEM格網間距、DOM的地面分辨率等參數內容必須準確無誤；定向包括內定向，相對定向和絕對定向，其定向精度必須符合規定要求，盡管VirtuoZo和JX4A都具備了自動定向的功能，但是，對于特殊的情形，仍需要人工引導和人工加測一些相對定向點，定向完成后，所有的定向報告文件均應保留。

3.3.2 影像匹配和采集DEM的質量控制

采用不同的軟件其方法有所不同，以VirtuoZo和JX4A為例，分別說明。

（1）VirtuoZo作業質量控制

VirtuoZo作業過程就是對核線影像自動進行立體匹配，形成匹配點和等視差曲線；然后對模型匹配效果進行人工檢查，根據需要進行編輯處理；最后將匹配點轉為物方坐標，再內插物方DEM由此可見，這一工序的質量控制內容主要是匹配效果的檢查，重點檢查的區域為影像模糊區，陰影區、大面積水域、森林密集區和建筑區，以及山谷、山脊、沖溝等地形。檢查的策略就是實時的過程檢查，每一個對象在編輯完成后，必須經檢查員檢查并簽名后，方可開始下一步的作業。

（2）JX4G作業質量控制

JX4G是采用格網趨近的方法實現影像匹配，首先自動生成像方大格網DEM，然后再自動生成像方中格網DEM，最后才生成物方小格網。這一過程的檢查，其核心就是在格網大小變換間，由檢查員重點進行兩項內容的檢查，一是加測的高程特征點、特征線是否完整、合理；二是看編輯的效果，是否滿足要求，也就是看物方DEM點是否切準地面。

3.3.3 DOM糾正鑲嵌過程的質量控制

數字微分糾正：檢查所用的數學模型是否準確，糾正影像是否存在明顯變形；色彩和色彩調整：應檢查相鄰各片之間的色調是否一致，否則應采用圖像處理的方法進行偏差調整，使之基本趨于一致。

接邊檢查：模型接邊處接邊限差是否超限，是否有模糊現象；范圍檢查：影像范圍是否滿足規定要求。

3.3.4 DOM注記整飾、元數據注記檢查：位置與名稱正確無誤、取舍適當、無缺陷性遺漏。圖內外整飾：正確、完備。

3.3.5 DEM質量控制要點

采用數據攝彩測量方法，只做DOM和DEM、DOM一起制作，在質量控制上可有所側重。如果要求高質量的DEM.則質量控制的內容還應包括以下幾個方面：

第一，除量測特征點、線之外，還要量測高程推測區和空白區的范圍，并量測高程檢查點，用于DEM精度的檢測，其數據單獨記盤交質檢部門。

第二，粗差的檢測，對單模型DEM重疊區同名格網點的高程較差進行統計分析，大于3倍高程中誤差的點視為粗差。發現粗差后應分析原因，以上模型重測，直到合乎限差要求。

第三，檢查DEM是否出現漏洞.外擴范圍是否滿足要求等。

3.3.6 DLG質量控制要點

采用數字攝影測生產DLG，除進行上述參數文件、定向和匹配結果的檢查之外，重點要進行以下內容的檢查：

第一，要素采集是否正確，是否有漏繪或重復；

第二，分層、要素分類及屬性結構是否正確，屬性值是否準確無誤；

第三，檢查接邊是否正確，接邊精度是否達到要求等。

3.4 元數據的檢查和文件歸檔的檢查

3.5 成果質量的最終檢測

成果質量的最終檢測，無論對哪個產品來說，都離不開下面幾種方法：

第一，野外實地檢測法，這種方法成本高，實際操作困難，可以用來做首批產品的抽檢。檢查目的是產品的平面精度和高程精度。

第二，室內檢測點的檢查，檢測點的獲取可以從加密過程中加測保密點，也可在比例尺較大的一級地形圖上選取，每幅圖的檢測點數量視地形情況而定，一般不少于2O個主要針對平面精度和高程精度的檢測；另外，也可采用已有資料的檢測法，即用更大比例尺的地形圖做套合，進行同名點的檢查。

第三，目視檢測和回放圖檢測法，主要檢查元數據的數據項、DOM影像質量及DLG的內容檢測。

第四，軟件自動檢查和人機交互檢查法，檢查DEM的粗差、接邊、檢查DLG的要素的正確性、丟漏，以及屬性數據的內容檢查。

3.6 關于質量控制的幾點體會

1）數字攝影測量生產的質量控制，最重要的是做好生產過程中的質量監控。即在數據采集的整個過程中，要采取一些有效措施，實時地檢驗并預防和糾正誤差和錯誤。該項工作是在建立數據精度文檔和制定嚴密工序的制度下，按規定的各項質量指標抽取數據；利用各種檢測手段和統計工具經常而準確地掌握質量動態，以便發現問題采取措施，防止或減少廢次品的再生，使生產過程處于工藝穩定狀態。

2）目前數字攝影測量工作站已成為地理信息采集的主要技術手段。但是，就其生產數字產品的過程以及產品本身來看，仍缺乏一套標準化的質量控制體系，因此，國家有關部門應盡快制定相關的技術標準和質量檢查難收規定。

3）從產品的檢查方法上講，應逐步提高軟件檢查的使用范圍和深度，從而提高質量檢查的效率。

4 數字攝影測量生產輔助系統開發與應用

從1997年起，我國測繪部門開始推廣國產的數字攝影測量系統，但由于國產軟件標準不一、研究時間短、商品化程度較低等原因。在使用過程中有諸多不便，容易影響系統功能的正常發揮；同時，用于相關輔助生產的軟件系統也較少，在生產過程中一些工序或是沒有統一的規范化方法、或是較為繁瑣，迫切需要一些軟件來進行輔助生產，以提高生產質量和生產效率。

4.1 系統開發

4.1.1 系統開發目標

1）替代人工進行較繁瑣的數據處理，提高工作效率和工作質量。

2）建立一套較完整的、包括數字攝影測量輔助生產各環節的、自動化程度較高的軟件系統。

3）適應現代數字化、網絡化的生產要求，對數字攝影測量的生產工藝及生產流程進行規范化的補充與完善。

4）針對全數字攝影測量生產輔助性環節，旨在建立一種科學、規范的生產方法，提高生產質量和工作效率，提高全數字攝影輔助生產的科學性和準確性。

4.1.2 系統開發原則

1）系統性

數字攝影測量生產的輔助生產包括很多工序及生產環節，若只是單獨針對某一個生產環節編制軟件，則軟件數量較多，不易進行管理，且容易造成混亂。所以，應在針對各生產工序的應用進行軟件開發的同時，按照不同的功能或某種原則把這些軟件重新組織、分門別類。進行系統化的集成。

2）整體性與獨立性

雖然系統是不同生產工序的應用軟件的系統化集成，但應保持整體界面的一致性及使用方法上的整體性，注意有相互聯系的功能模塊間的有機組織及成果的相互使用問題；同時，又要保持模塊間的相對獨立性，不要相互之間關系過于復雜，以提高系統的應用效率。

3）通用性與實用性

為了提高系統的使用范圍，系統應盡量包含數字攝影測量輔助生產的各個生產工序，并考慮不同操作系統及網絡化操作問題，以使系統具有更大的通用性；同時，應結合生產實踐進行總結、開發，提取各生產部門共性的及有廣泛使用意義的問題進行開發集成，對于針對實用效能不大、應用期短且無代表性的問題所開發的軟件應不要加以集成，使系統具有較好的實用性。

4）可擴性和長遠性。

包括數字攝影測量技術在內的數字化生產技術本身處于不斷的發展之中，且發展速度非常快。這就要求系統在設計開發時，既要立足當前實際的生產需要，又要考慮今后數字攝影測量技術及整個數字化生產技術的發展，以及由其發展而帶來的生產工藝及生產工序上的變化；在系統集成及進行模塊化設計時要留有余地，以便能適應系統的擴充及進一步發展的需要。

4.1.3 系統開發中應注意的問題

1）隨著數字攝影測量及數字化技術的較快發展及新問題的出現，系統要不斷地進行更新和功能擴充，因而要注意實際應用過程中系統的維護和管理問題，更新后的系統要及時全部覆蓋原先的系統，避免造成數據的混亂和成果的錯誤。

2）考慮到系統是由相對較小的程序集成的實際情況，所以在選擇編程語言時應選擇開發周期短、界面好、效率高的編程語言。

3）由于采用數字攝影測量等數字化技術生產4D數字產品時間畢竟較短，對于一些生產環節的問題進行處理的經驗很少，甚至經常碰到新問題、新情況，這就要求積極發揮創造性，探索較合理的解決方法及較科學的程序設計方法，這樣既可以實現數字攝影測量輔助生產工序的科學化，也同時增強了系統的可應用性。

4）開發中既要考慮當前的生產工藝及，流程，又不應被完全束縛，要針對當前生產工藝、生產流程以及生產管理中的影響數字化生產的消極因素，進行具體的、有針對性的系統開發，要有所創新。

4.1.4 數字測繪產品生產輔助系統的重要性

毋庸置疑，開發數字攝影測量生產輔助系統，對于提高生產質量和工作效率，提高全數字攝影輔助生產的科學性和準確性具有重要意義，但同時筆者也發現，盡管目前該輔助系覆蓋面還不夠寬、功能也不是非常強大，但通過對該系統用，廠大生產人員、技術人員以及管理人員對數字化生產念逐漸發生了變化，對數字化生產所應具有的自動化、系及高效性的特點也有了更高的認識，并依此創造性地對某產工藝進行了富有成效的改革。同時，在實踐中系統的功能不斷地得到完善；性能不高；應用范圍不斷擴大，以至還增添了其它數字化生產技輔助功能。這一方面說明，新技術的發展及生產方式的變求與其相適應的輔助生產方式也要與其一起發展、一起變另一方面也說明，現實生產中，確實存在對數字化生產輔統的需求，并且隨著數字測繪產品生產規模的不斷擴大求也將會不斷擴大。因而，筆者認為，隨著數字測繪技術的進一步發展，進開發功能更完備、更強大的、以4D產品為基礎的數字測品的生產輔助系統，并與整個生產過程進行有機結合，應數字產品生產的一項重要內容，它對于建立科學、完善的測繪產品的生產工藝與生產流程；對于合理調整生產結構員結構；以及對于建立合理、科學、高效的測繪生產管理模都將起到重大作用。

5 總結

數字攝影測量技術在生產數字影像圖(DOM)和數字地面模型(DTM)或數字高程模型(DEM)方面具有其它測繪技術不可比擬的優勢。產品的批量生產必然引起傳統的地形圖觀念的變革。目前以正影像圖為背景，疊加線劃圖的影像地圖，已在許多部門使用。該技術在大區域測圖生產方面將取代解析攝影測量的主導地位。

通過上述所講，我們對數字攝影測量生產的一些相關問題進行了一些探討與分析，使我們可以更加清楚地了解有關數字攝影測量生產的相關知識。