正射影像加速器DOM快速生產系統應用研究

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正射影像加速器DOM快速生產系統應用研究

鄭江榮1，汪俊宇2，喬振民2，江西善2

(1. 天寶寰宇電子產品(上海)有限公司,上海 200131; 2. 北京超圖軟件股份有限公司，北京 100015)

一、引言

國務院日前批復同意《全國基礎測繪中長期規劃綱要(2015—2030年)》，明確了2015—2030年全國基礎測繪的發展目標和重點任務。在新形勢下，地理國情普查等測繪大項目接踵而至，這些大項目帶來了如下問題：工期緊，任務重，數據量大，這些問題迫切需要現有航測生產流程環節進一步加速。

目前國內主要的航空攝影測量與遙感的數據生產作業模式是單機模式。每個人一臺計算機，將區域范圍的測區按圖幅進行測區劃分，按人員和工作量進行劃分。該作業模式存在以下問題：單機作業模式存在大量分區和合區的工作量，并且在合區的過程中引入了接邊誤差；從文件服務器將原始數據進行來回傳輸耗費大量時間；現有很多單機航空攝影測量與遙感處理軟件在空三加密、DEM提取、編輯、鑲嵌勻色中需要大量的人工參與工作量，效率較低；采用工作站進行計算，相比服務器的計算能力相差較多；單機作業模式進行計算時，不能同時進行其他工作，耗費時間的同時浪費人工，不能實現項目的協同作業。

本文基于以上背景和實際生產的迫切需求，結合Inpho軟件分布式并行計算技術和戴爾刀片服務器系統搭建正射影像加速器解決方案，擬在實現Inpho高效率生產作業的基礎上再加速，尤其針對工期緊、任務重、數據量大的大型航空攝影測量項目。以某海島監測項目約7000 km21∶2000比例尺DOM生產為例，研究航空攝影測量數據空三加密、DEM生產和DOM生產的方法和過程研究，針對海島監測中的特殊項目需求提出針對性解決方案。

二、數據源和軟硬件環境

1. 數據源

測試選用某海島測區SWDC相機的5138張航空影像，數據覆蓋面積超過7000 km2。測區提供的數據源包括相機文件、影像文件、POS數據。測區特點主要為島嶼分散分布，為了保留海島礁的位置和真實性，需要保證所有海域部分的影像參與DOM制作。

2. 軟件環境

正射影像加速器的軟件部分主要包括：網絡資源集成系統：用于將網絡環境中的計算資源進行集成；任務管理系統：計算任務提交、分發，計算節點權限分配，任務處理控制；正射影像加速器處理系統：空三加密、DSM及DEM匹配和分類濾波、影像糾正、影像勻光勻色；分幅裁剪人機交互模塊：立體量測控制點、立體編輯DEM、拼接線編輯。

3. 硬件環境

本次的測試環境是超圖軟件基于DELL設備搭建的24 u的服務器環境，尺寸為1.2 m×0.6 m×0.6 m，以一臺服務器作為文件服務器，5臺服務器作為計算節點，采用服務器交換機連接服務器環境，存儲為3.5 TB的固態盤和8 TB SAS盤做RAID 0，充分保證數據讀寫效率。

三、數據處理

1. 空三加密

測區中海島呈不連續分布，在正射影像加速器中所有分散分布的海島測區建立在同一個工程中，采用每一個島嶼建立一個子區的方式，保證所有島嶼單獨進行空三加密，精度相互不干擾。在正射影像加速器中無須剔除島嶼周圍落水的影像， 從而使島嶼周圍海島礁能完整保留，即使無法匹配連接點(大面積落水影像從攝影測量原理上無法實現連接點自動匹配)，也能按照原有POS的位置保留該影像進行后期DOM的生產。

正射影像加速器的空三加密可進行全自動匹配連接點，匹配的結果無須進行連接點手工編輯工作，既消除了人工干預引入的人為誤差，同時又大量減少了人工工作量。控制點量測部分可在立體下進行量測，從而保證空三加密的高程精度，保證空三成果可進行DEM和DOM的生產，同時可保證加密成果后期測圖精度。

空三加密采用4個節點進行空三加密相對定向，總計用時約7 h 20 min。空三加密成果如圖1所示。

圖1　空三加密成果

2. DEM提取

正射影像加速器基于以上空三加密成果進行DEM提取。本次DEM提取選用5個節點進行，提取過程用時11 h 7 min。分布式并行計算系統在進行DEM生產的過程中提供兩種地形提取方式：DSM自動提取和DTM自動提取。DSM可精細反映測區地表的高程信息，并將影像顏色賦給DSM點云，作為三維展示的低成本替代品。原有的DEM生產方式首先提取DSM，獲取高精度的植被和建筑物的輪廓和高程屬性，然后進行點云分類濾波，去除建筑物、植被和噪點，利用地面點內插獲取測區DEM。另外也可采用自動提取DTM后分類濾波的方式進行DEM生產，通過調整分類濾波的策略濾除測區內的人工地物和植被等，從而保證正射校正所用DEM的精度。

本文采用先提取DEM再進行濾波的方式進行DEM的生產。由于只有一個島上有大型建筑物存在，實際生產中對一個島嶼的DEM數據進行了分類濾波，濾除建筑物。

3. DOM生產

正射影像加速器根據以上空三成果和DEM濾波成果采用5個節點進行正射校正，獲取0.2 m分辨率的正射影像單片。正射校正結果數據量約3 TB，總用時約55 h。由于現場搭建的服務器系統是千兆網環境的網絡傳輸速度，因此在進行正射影像校正時使得數據傳輸速度受限， 如果采用萬兆網環境可大幅度提升正射校正速度。

基于正射影像單片進行全自動鑲嵌勻色和分幅DOM輸出，也可將任意大數據量的正射影像成果存儲為BigTIFF格式數據。本次勻色將每塊DOM存儲為一個BigTIFF中，鑲嵌勻色選用4個節點進行，每個節點平均用時約30 h。DOM成果如圖2所示。

圖2　DOM成果(某海島)

四、結束語

本次采用正射影像加速器系統進行7000 km21∶2000比例尺DOM生產，總計用時約7 d。在借助Inpho分布式并行處理技術和高性能的服務器計算環境下，在大幅減少人工工作量的同時可提升大數據量、區域范圍的DOM生產效率。正射影像加速器的空三加密部分可以在立體下量測控制點，從而保證空三加密的高程精度，相對于其他國外軟件只能平面量測控制點的方式，可保證空三成果不僅可以進行DEM和DOM的生產，還可以進行立體測圖。正射影像加速器采用先匹配DTM再分類濾波的方式獲取DEM，可在很大程度上濾除植被和建筑的同時保留自然地形信息。相對于原有人工編輯DEM方式，正射影像加速器DEM生產方式可減少大量人工工作量，但也需少量人工參與。

生產測試中正射影像加速器采用磁盤陣列方式和戴爾服務器內的局域網數據傳輸和分布式并行計算技術，可大幅度提升正射影像生產的效率。但當前測試的網絡環境為千兆網環境，如果將交換機和傳輸網絡改為萬兆環境將進一步提升生產效率。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)

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