基于ERDAS2013 LPS的批量數(shù)字正射影像制作方法研究

董竹，寧力，劉浪涯，岳力，江楠

(成都市勘察測(cè)繪研究院，四川 成都 610081)

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基于ERDAS2013 LPS的批量數(shù)字正射影像制作方法研究

董竹*，寧力，劉浪涯，岳力，江楠

(成都市勘察測(cè)繪研究院，四川 成都 610081)

利用WORLDView-Ⅲ衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，采用“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正”和“區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正”兩種方法進(jìn)行DOM生產(chǎn)。并對(duì)作業(yè)流程中使用的控制點(diǎn)數(shù)量、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品精度等方面進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明：兩種方法均能滿足DOM生產(chǎn)精度要求。傳統(tǒng)方法對(duì)控制點(diǎn)的數(shù)量與精度要求較高，景與景間接邊差較大，工期較長(zhǎng)；后者則有效地解決了這些問(wèn)題，利用ERDAS2013 LPS區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正影像能顯著提高作業(yè)效率。

ERDAS2013 LPS；WorldView-Ⅲ；區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正

l 引 言

DOM具有信息豐富、直觀、獲取速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是綜合信息空間支撐平臺(tái)內(nèi)重要的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，為相關(guān)政府及部門的宏觀決策與信息化建設(shè)提供科學(xué)、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的地理信息服務(wù)。因此，如何提高DOM的獲取速度和精度就成為一個(gè)非常重要的研究?jī)?nèi)容[1]。而成都市域西北均為海拔3 000 m以上的高山區(qū)，外業(yè)獲取控制點(diǎn)困難。本文以WORLDView-Ⅲ衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為例，研究在控制點(diǎn)較少且分布不均的前提下，利用大數(shù)據(jù)量、高重疊度的影像數(shù)據(jù)快速制作出滿足精度要求的DOM。并與傳統(tǒng)DOM制作方法，在技術(shù)路線、正射影像成果的控制點(diǎn)數(shù)量、平面精度、接邊精度和生產(chǎn)工效等方面進(jìn)行對(duì)比分析，以期獲得一種快速生產(chǎn)DOM的技術(shù)方法，從而為常態(tài)化的更新綜合信息空間支撐平臺(tái)內(nèi)正射影像提供應(yīng)用參考。

2 實(shí)施過(guò)程

2.1 前期準(zhǔn)備

(1)資料收集

本次DOM生產(chǎn)研究工作收集了6景WorldView-Ⅲ衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。在收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料時(shí)，盡量選擇云蓋較少(<10%)、層次分明的優(yōu)質(zhì)圖像數(shù)據(jù)，以滿足本次遙感調(diào)查與研究工作的需要。收集的主要資料如表1所示。

(2)影像預(yù)處理

為滿足本次遙感調(diào)查工作的需要，根據(jù)各波段的光譜特征，選擇不同的波段組合，經(jīng)過(guò)幾何校正、色調(diào)匹配、數(shù)據(jù)融合、圖像鑲嵌和各種增強(qiáng)處理等圖像處理功能，按一定的圖像處理功能對(duì)該數(shù)字圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，以增強(qiáng)地表信息[2]。

收集的資料信息 表1

2.2 作業(yè)流程

(1)技術(shù)路線

分別采用“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正”和“區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正”兩種方法進(jìn)行DOM生產(chǎn)，并對(duì)成果精度、生產(chǎn)工效進(jìn)行對(duì)比分析。作業(yè)技術(shù)路線如圖1所示：

圖1 技術(shù)路線

(2)傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正

本次正射糾正的原始影像為融合后的6景WorldView-Ⅲ衛(wèi)星影像。在正射糾正過(guò)程中，根據(jù)收集的地形數(shù)據(jù)資料情況和成圖比例尺精度要求，使用 2 m格網(wǎng)間距DEM，選擇的正射糾正模型為ERDAS2013軟件中針對(duì)WorldView數(shù)據(jù)的正射校正模型。根據(jù)地形特征每景影像選擇10個(gè)～20個(gè)左右控制點(diǎn)，每景影像控制點(diǎn)須均勻分布，影像的4個(gè)角點(diǎn)盡量布點(diǎn)，同時(shí)，在山區(qū)和城市密集區(qū)控制點(diǎn)采集數(shù)目可作適當(dāng)增加。為保證相鄰兩幅影像的接邊精度，盡量保證相鄰兩幅影像的公共區(qū)采用相同的控制點(diǎn)，且必須保證該控制點(diǎn)的數(shù)目至少為兩個(gè)以上。控制點(diǎn)選擇在道路交叉、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)拐角和草坪花壇交叉處，針對(duì)所選控制點(diǎn)，基于DEM進(jìn)行外方位元素解算，通過(guò)殘差報(bào)告檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)報(bào)告中可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行相應(yīng)的處理，以使殘差符合相關(guān)精度要求。在控制點(diǎn)殘差報(bào)告滿足精度要求的前提下，采用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插法對(duì)影像進(jìn)行正射糾正，獲得單景正射影像糾正成果。

(3)區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正

采用ERDAS2013 LPS平臺(tái)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差衛(wèi)星影像批量糾正。首先建立測(cè)區(qū)，新建工程，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，選擇幾何模型為WorldView RPC，設(shè)置成果的投影坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84-48度帶，導(dǎo)入6景WorldView-Ⅲ衛(wèi)星影像[3]。進(jìn)入控制點(diǎn)量測(cè)對(duì)話框，采集控制點(diǎn)，并利用LPS的自動(dòng)連接點(diǎn)生成功能，完成自動(dòng)提取連接點(diǎn)，控制點(diǎn)采集原則與單景糾正相同，以測(cè)區(qū)為單位進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)。該測(cè)區(qū)共采集了15個(gè)控制點(diǎn)。控制點(diǎn)和連接點(diǎn)數(shù)量滿足要求后，進(jìn)行空間三角測(cè)量屬性設(shè)置，以恢復(fù)原始影像、傳感器模型和地面控制點(diǎn)三者之間的數(shù)據(jù)模型，執(zhí)行空中三角測(cè)量過(guò)程，并根據(jù)空三計(jì)算結(jié)果，檢查剔除粗差，反復(fù)執(zhí)行區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，直至所有點(diǎn)的殘差均滿足要求后將測(cè)區(qū)內(nèi)所有待糾正的影像會(huì)被添加到正射糾正執(zhí)行列表中進(jìn)行重采樣，以批量獲取正射影像成果。

3 研究成果對(duì)比分析

3.1 控制點(diǎn)數(shù)量

采用單景糾正方法制作正射影像成果，每景影像都需要單獨(dú)采集控制點(diǎn)。山區(qū)一般選擇一、二次多項(xiàng)式進(jìn)行糾正，每景影像至少需要3個(gè)～6個(gè)控制點(diǎn)，總共采集了36個(gè)控制點(diǎn)，扣除重復(fù)采集的點(diǎn)位，實(shí)際使用了32個(gè)野外控制點(diǎn)。采用區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正法制作正射影像成果，6景影像被放置于一個(gè)測(cè)區(qū)，控制點(diǎn)的布控以測(cè)區(qū)為單位，總共采集了15個(gè)控制點(diǎn)，如表2所示。在地物稀疏、控制點(diǎn)難以采集區(qū)域?qū)嶋H控制點(diǎn)可進(jìn)一步減少。

采用區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正法制作正射影像成果所需的控制點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)小于單景糾正方法所需的控制點(diǎn)數(shù)量，這不僅在作業(yè)過(guò)程中可以減少采集控制點(diǎn)的工作量，也特別適用于野外控制點(diǎn)難以采集的區(qū)域。

采集控制點(diǎn)數(shù)量表 表2

3.2 精度對(duì)比

(1)平面精度對(duì)比

對(duì)整體影像樣本數(shù)進(jìn)行精度評(píng)定。共抽查15個(gè)檢查點(diǎn)，按照檢查區(qū)域大致平均分布。對(duì)兩種方法制作的整景DOM成果進(jìn)行精度檢測(cè)。對(duì)兩種方法制作的DOM，分別在每景影像上均勻選取15個(gè)與外業(yè)像控點(diǎn)對(duì)應(yīng)的同名地物點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)和中誤差統(tǒng)計(jì)。檢查結(jié)果表明：“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正法”制作的DOM平面坐標(biāo)中誤差為 1.35 m，最大單點(diǎn)誤差為 2.46 m，最小為 0.31 m；“區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正法”制作的DOM平面坐標(biāo)中誤差為 1.26 m，最大單點(diǎn)誤差為 2.21 m，最小為 0.19 m，如表3所示。

對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比分析，兩種方法制作的DOM均達(dá)到了相關(guān)規(guī)范的控制要求，且精度沒(méi)有明顯差異。

平面精度對(duì)比表 表3

(2)接邊精度對(duì)比

為檢測(cè)整景DOM之間的接邊精度，對(duì)采用“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正法”和“區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正法”制作的DOM成果分別進(jìn)行接邊精度檢查。在每?jī)删坝跋裰丿B區(qū)域選取30個(gè)左右同名地物點(diǎn)，共計(jì)選取150個(gè)點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，并統(tǒng)計(jì)單點(diǎn)誤差以及中誤差。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正法”制作的DOM整景最大接邊差為 5.05 m，最小接邊差為 0.42 m，中誤差為 2.14 m， 2 m以上接邊差占比90%以上；“區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正法”制作的DOM整景最大接邊差為 1.82 m，最小接邊差為 0.23 m，中誤差為 0.75 m， 1 m以下接邊差占比90%以上。

“稀少控制點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)平差法”制作的DOM接邊精度明顯高于“傳統(tǒng)逐景選點(diǎn)糾正法”。從而有效避免了因接邊差過(guò)大需要對(duì)糾正后影像再次反復(fù)糾正的問(wèn)題，能夠顯著提高影像鑲嵌工作效率。

3.2 生產(chǎn)功效對(duì)比

對(duì)兩種方法制作DOM的生產(chǎn)工效進(jìn)行對(duì)比分析，采用區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正影像，能夠極大地減少工作量，提升工作效率。

生產(chǎn)功效對(duì)比表 表4

4 結(jié) 論

(1)利用ERDAS2013 LPS模塊可以對(duì)WorldView影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、像點(diǎn)量測(cè)及空三平差解算等處理，完成測(cè)區(qū)內(nèi)衛(wèi)星影像的區(qū)域網(wǎng)平差。

(2)采用區(qū)域網(wǎng)平差批量糾正影像方法可利用較少的控制點(diǎn)滿足數(shù)字正射影像生產(chǎn)要求，極大地減少野外像控測(cè)量的工作量，顯著提高DOM成果接邊精度，為不可到達(dá)區(qū)域快速生產(chǎn)數(shù)字正射影像提供了一種可行的方法。

[1] 張海霞，李書丹，周群強(qiáng). 基于外業(yè)像控的批量數(shù)字正射影像制作方法研究[J]. 測(cè)繪技術(shù)裝備，2014，16(3)：21～24.[2] 汪建峰，李新峰，肖為峰. 基于Erdas2013的Pleiaes衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 測(cè)繪與地理信息空間，2014，37(11)：158～165.

[3] 汪韜陽(yáng)，張過(guò)，李德仁. 資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星影像平面和立體區(qū)域網(wǎng)平差比較[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)，2014，43(4)：389～402.

[4] 孟小梅，謝三五，李昕等. PCI gxl與ERDAS Imagine在西部地理國(guó)情普查 DOM生產(chǎn)中的對(duì)比研究[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2015(8)：63～65.

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Research on the Production Method of Batch Digital Ortho Image Based on LPS ERDAS2013

Dong Zhu，Ning Li，Liu Langya，Yue Li，Jiang Nan

(Chengdu Institute of Survey and Investigation，Chengdu 610081，China)

By using two kinds of traditional image correction method and the block adjustment method of WorldView-Ⅲ images for DOM production，This paper compares the number of control points used，production efficiency，product precision and so on.The toaditional method has a high requirement on the number and precision of control points，and the indirect side difference between the view and the scene is large and the duration is long，The test results proved using Erdas 2013 LPS to make rapid production of DOM as method is completely feasible，Which can effectively slove these problems.

Erdas 2013 LPS；WorldView-Ⅲ；block adjustment

1672-8262(2016)05-73-03

P236

B

2016—05—30

董竹(1981—)，女，碩士，注冊(cè)測(cè)繪師，高級(jí)工程師，主要從事遙感影像處理工作。