關(guān)于數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)的研究

余勤學(xué)

【摘 要】數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)是人類(lèi)了解世界的新角度。論文從數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)入手，對(duì)其數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，最后簡(jiǎn)單介紹了兩種當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)字航攝儀，希望對(duì)我國(guó)數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的普及與應(yīng)用有所幫助。

【Abstract】Digital photogrammetry is a new angle for human to understand the world. This article starts from the advantage of digital photogrammetry technology， analyzes the key technology of data processing， finally introduces the two kinds of digital aerial camera currently widely used. It is hoped that the popularization and application of digital aerial photogrammetry in China will be helpful.

【關(guān)鍵詞】數(shù)字航空攝影測(cè)量；數(shù)據(jù)處理；關(guān)鍵

【Keywords】digital photogrammetry；data processing；key points

【中圖分類(lèi)號(hào)】P236 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0147-02

1 引言

數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)自應(yīng)用以來(lái)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域取得了一定的成果，如地形測(cè)量、礦山測(cè)量、工業(yè)測(cè)量、城市交通以及文物考古，給我國(guó)的測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)了新變革。而對(duì)數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的深入研究，不僅能提供更加精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，還能促進(jìn)我國(guó)測(cè)量領(lǐng)域的快速發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)城市的數(shù)字化進(jìn)程。

2 數(shù)字航空攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①數(shù)字航攝儀的應(yīng)用。數(shù)字航攝儀能夠通過(guò)自由調(diào)整曝光時(shí)間來(lái)獲得高分辨率和高清晰度的圖像，直觀、易讀，能夠充分滿(mǎn)足不同比例尺下的航攝需求。

②IMU/DGPS的應(yīng)用。IMU/DGPS是集成INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS全球定位系統(tǒng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，不需要地面控制點(diǎn)和空中三角測(cè)量就能夠形成測(cè)繪圖，便捷、高效，并且能夠節(jié)省大量成本。

③Lidar激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用。該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)能夠?qū)σ恍┑乇硖卣髫S富的區(qū)域進(jìn)行高精度測(cè)量，大大縮短了傳統(tǒng)測(cè)繪所需的時(shí)間和人力成本[1]。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

數(shù)字航空攝影測(cè)量在應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：其一是應(yīng)用范圍廣，無(wú)論是數(shù)字測(cè)圖、資源開(kāi)發(fā)還是應(yīng)急救援都有著十分突出的表現(xiàn)；其二是信息內(nèi)容全，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)y(cè)區(qū)的地表特征、水文地理環(huán)境等信息客觀記錄下來(lái)，并且呈現(xiàn)出立體化和層次化的特征；其三是環(huán)保，該技術(shù)的應(yīng)用突破了空間和地理?xiàng)l件的限制，不僅減少了對(duì)人力、物力的投入，還不會(huì)造成對(duì)自然環(huán)境的破壞。

3 數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 空中三角的加密技術(shù)

在數(shù)字航空攝影測(cè)量拍攝工作中，VirtuoZoAAt+pat-B模塊有著十分重要的作用。VirtuoZoAAt+pat-B模塊是自動(dòng)空中三角網(wǎng)加密的基礎(chǔ)，并且能夠利用pat-B平差軟件來(lái)進(jìn)行光束區(qū)域網(wǎng)的平差計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，首先需要構(gòu)建空中三角網(wǎng)，即飛機(jī)在空中作業(yè)時(shí)應(yīng)用相對(duì)定向、內(nèi)定向及連接點(diǎn)轉(zhuǎn)刺三個(gè)方法所形成的三角網(wǎng)；其次，對(duì)加密點(diǎn)與外方位元素進(jìn)行優(yōu)化，主要是以數(shù)字的形式分別對(duì)POS數(shù)據(jù)和航空攝影測(cè)量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的層次性平差計(jì)算；最后，做好測(cè)量分區(qū)內(nèi)的加密點(diǎn)工作，并且對(duì)加密單元的坐標(biāo)進(jìn)行解析，以數(shù)字的形式保存，以便進(jìn)行航測(cè)作業(yè)完成后加密成果完善工作。加密成果的完善工作主要有以下三部分：圖例表填寫(xiě)、作業(yè)說(shuō)明輸入、加密點(diǎn)分布略圖與坐標(biāo)的控制[2]。

3.2 DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線

文章以VirtuoZo軟件為例來(lái)分析數(shù)字正射影像圖（即DOM）數(shù)據(jù)的生產(chǎn)技術(shù)路線。

3.2.1 DEM建立

在生成數(shù)字高程模型（即DEM）的時(shí)候，可以直接利用測(cè)量得到空中三角加密成果進(jìn)行測(cè)區(qū)立體和參數(shù)文件的創(chuàng)建，然后在得到的核線影像中進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)采集。在采集DEM數(shù)據(jù)時(shí)，首先利用影像自動(dòng)相關(guān)技術(shù)生成與地面相切的DEM點(diǎn)或視差曲線，并且保持一定視差曲線間隔，確保地形態(tài)勢(shì)能夠得到DEM數(shù)據(jù)的真實(shí)反映。在建立DEM時(shí)，根據(jù)空中三角加密成果得到的大范圍區(qū)域DEM需要引入特征數(shù)據(jù)，包括特征點(diǎn)、特征線和特征面，生成三角網(wǎng)并進(jìn)行插值計(jì)算，提升數(shù)據(jù)的精確性，最后得到在2.5m×2.5m網(wǎng)格間距上建立的DEM。

3.2.2 DOM生產(chǎn)

DEM數(shù)據(jù)的作用則是對(duì)其原始影像進(jìn)行修改，利用無(wú)縫拼接且自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)區(qū)域的模型進(jìn)行正射影像，從而完成DOM。

應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正，按照分區(qū)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)影像以像元大小為0.1m進(jìn)行雙線性?xún)?nèi)插或者三次卷積內(nèi)插法進(jìn)行重采樣，生成分區(qū)DOM，再利用自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的分區(qū)DOM進(jìn)行無(wú)縫拼接，最終完成DOM[3]。如圖1為航空攝影測(cè)量DOM無(wú)縫拼接效果圖。另外，對(duì)于一些具有高大建筑物的測(cè)區(qū)，在生產(chǎn)DOM數(shù)據(jù)時(shí)，這些測(cè)區(qū)常常會(huì)因?yàn)榻ㄖ锎嬖谕队安疃霈F(xiàn)接邊倒影，該問(wèn)題的解決主要是通過(guò)對(duì)左片和右片的調(diào)換，對(duì)生成正射影像進(jìn)行貼補(bǔ)，在實(shí)現(xiàn)高大建筑物無(wú)縫接邊的同時(shí)，確保DOM數(shù)據(jù)的效果。

在完成DOM生產(chǎn)后，還需要進(jìn)行對(duì)DOM的檢查與修補(bǔ)。首先，檢查DOM數(shù)據(jù)是否存在著失真問(wèn)題或者是變形問(wèn)題，該問(wèn)題在房屋和橋梁影像區(qū)域體現(xiàn)最為明顯，主要有房角拉長(zhǎng)和房屋重影等；其次，做好DOM數(shù)據(jù)影像的色彩調(diào)整，影像勻色技術(shù)能夠保證正射影像擁有較為良好的色彩均勻性和色彩相同性，但是，如果航攝影像中存在色差，那么就需要通過(guò)一定的措施對(duì)正射影像進(jìn)行調(diào)整，主要有兩種調(diào)整方式：一種是單影像的色彩調(diào)整；另一種是多影像的色彩均衡活動(dòng)；再次，正射影像中所鑲嵌周邊數(shù)字主要是應(yīng)用在空間方面或者是幾何形狀方面，通過(guò)精確匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化檢查，這樣能夠有效規(guī)避周邊數(shù)字出現(xiàn)正射影像的地面特征偏移。

4 DMC、ADS40數(shù)字航攝儀技術(shù)分析

4.1 DMC數(shù)字航攝儀

DMC數(shù)字航攝儀系統(tǒng)的8個(gè)鏡頭中都裝有CCD傳感器，其中，飛機(jī)底部的四個(gè)全色波段鏡頭是最重要的，是飛機(jī)飛行過(guò)程中進(jìn)行影像拍攝的主要部位。這四個(gè)鏡頭拍攝得到的影像在傳輸至計(jì)算機(jī)后，需要利用外擴(kuò)法進(jìn)行二次處理，進(jìn)而能夠得到拼合而成的虛擬焦距為120mm的中心投影影像。該中心投影影像在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理后，便得到了數(shù)據(jù)處理所需的真彩影像（紅外影像）。

4.2 ADS40數(shù)字航攝儀

ADS40數(shù)字航攝儀是以線陣式CCD技術(shù)為基礎(chǔ)的，結(jié)合GPS與IMU而形成的新型攝影測(cè)量?jī)x器。該航攝儀在應(yīng)用時(shí)，是應(yīng)用由多條CCD線陣式與安裝了分光鏡的焦平面，在空中飛行以多方面角度來(lái)進(jìn)行掃描成像的，其所掃描得到的影像畫(huà)面包括下視、前視、后視三個(gè)角度，并且會(huì)顯現(xiàn)出R、G、B及近紅外波段，經(jīng)過(guò)處理后便得到了測(cè)區(qū)的立體圖像[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，雖然數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)是一種新型測(cè)量技術(shù)，其在技術(shù)上和應(yīng)用上的多種優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到了充分體現(xiàn)，尤其是在GIS技術(shù)以及三維可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)后，數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)才得以取代傳統(tǒng)的膠片攝影、人工測(cè)量技術(shù)。而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)必將在未來(lái)的測(cè)量領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄭映高.航空攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)分析[J].黑龍江科技信息，2017（12）：133.

【2】王勇.數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)探討[J].綠色環(huán)保建材，2017（05）：253.

【3】康玉霄，桑文剛，李娜，等.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2017（S1）：62-65.

【4】魯一鳴，曲津助，李銘晨.數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)分析[J].四川水泥，2017（03）：303.endprint