基于像素工廠的衛片正射影像圖生產方法

王迎春

(安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031)

1 緒言

數字正射影像圖廣泛應用于地理國情監測、土地監察執法依據、土地確權、秸稈禁燒、天地圖矢量更新、空間格局變化監測和1∶10000基礎測繪矢量化等。在制作DOM過程中，由于數據源的不同，技術條件和設備的差異，DOM的制作方法多種，主要包括全數字攝影測量方法、單片數字微分糾正、正射影像圖掃描、遙感影像處理。隨著遙感技術的提高和發展，利用高分辨率的遙感影像作為數據源來制作DOM的方法應用越來越廣。

而像素工廠就是一套能快速處理海量衛片數據制作DOM的軟件。像素工廠(Pixel Factory,簡稱PF)，由法國地球信息(INFOTERRA)公司研制開發的遙感影像處理系統,具有強大計算能力，多個計算結點，少量人工干預，自動化能力強，快速處理大面積海量數據的優勢。

根據安徽省測繪局皖測[2018]38號《關于下達2018年度1∶10000基礎測繪更新等任務的通知》文件，安徽省

第一測繪院承擔了全省范圍內利用衛星影像數據生產制作數字正射影像圖任務。本文結合此任務分析已有資料情況、全省地理概況等，確定生產工藝和方法，利用像素工廠軟件制作，確保快速、高效、高質量完成項目任務。

2 已有資料情況

安徽省轄區內的1∶10000 DEM、DOM數據現狀以及收集能夠利用作為影像制作的控點數據資料情況分析如下。

2.1 精細化DEM數據分析

安徽省精細化DEM，是利用機載LIDAR數據生產的1∶10000比例尺分幅DEM數據，格網間距為2 m ×2 m。

2.2 控制點數據分析

(1)控制點數據庫：共有2 145個點。現勢性差，分布不均勻，點位選取位置不好，利用率不高。

(2)2015年采集的外業控制點：個數為924個，現勢性較好，可以作為正射校正的主要控制源。

分布情況見圖1。

圖1 安徽省控制點分布情況圖

2.3 DOM資料分析

2017年分辨率0.5m DOM數據，其原始數據源是WorldView-2、WorldView-3和Geoeye-1三種類型衛星數據，可作為此次DOM制作精度檢查時的輔助數據。

2.4 高分辨率衛星影像資料分析

本項目采用的衛星影像為多源、多時相類型數據。以景為單位提供，每景有對應的RPC參數。衛星影像傳感器類型、代碼及原始分辨率參見表1。本項目最終DOM成果地面分辨率為0.5 m和1.0 m兩種。

表1 衛星影像分辨率對照表

3 精度指標

數字正射影像地物點相對于附近野外控制點的平面位置中誤差平地丘陵地不得大于5.0 m，山地高山地不得大于7.5 m。明顯地物點平面位置中誤差的兩倍為其最大誤差。圖幅接邊誤差平地丘陵地小于3個像素、山地高山地小于4個像素。

4 利用像素工廠制作DOM

像素工廠能夠處理所有提供RPC參數的衛星影像數據，包括國內高分辨率衛星影像數據。通過增加衛星傳感器嚴密物理模型模塊，支持相應衛星傳感器影像數據的高精度處理。流程圖如圖2所示。

4.1 數據導入

創建并定義項目后，導入原始影像數據及外部參考數據，外部參考數據包括數字高程模型數據、參考正射影像數據。

4.2 全自動空中三角測量

導完數據后，利用Bundle模塊進行空三加密。空三處理包括連接點、控制點自動匹配、優化過濾。首先是自動匹配連接點，進行自由網平差，最終要求bias趨近于0，std在0.3 以內， Max在1以內，每張相片的平面stdxy 在0.7 以內，特殊相片可以略微放寬。軌道間連接點(BTP)不少于3個，多光譜和全色連接點不少于9個。

達到精度指標后轉刺控制點，可先在整個區域分布均勻的選刺少量幾個目標明確的控制點，進行平差計算，聯合優化后，再導入其他控制點，預測位置就比較準確，基本在目標附近，再修測至準確位置。一般要求每景至少2～3個控制點，再基于參考影像匹配控制點，確保每張全色影像上GCP個數不少于10個。反復解算平差，直到滿足項目要求的平面中誤差和高程中誤差(中誤差對應std，限差對應max)，再輸出空三結果。

4.3 影像糾正及融合

空三結果提交之后，利用數字高程模型分別對全色和多光譜影像進行微分糾正，利用PanSharpening模塊把全色和多光譜影像融合，對融合后影像重采樣，生產單景正射影像。

4.4 DOM拼接鑲嵌及成果輸出

利用Mosaic模塊，自動計算生成拼接線，對拼接線進行必要的編輯，將拼接線主要選在道路邊線、田埂、陰影等無紋理的區域，避開建筑物、云、雪等。

ExportImage模塊支持導入或利用像素工廠制作輸出網格批量的高效自動按照矩形、1∶10000標準分幅及不規則多邊形(如縣界)裁切成果，得到符合客戶要求的分幅數據成果。

4.5 精度統計

DOM精度統計按16個地市分別進行，如表2所示。

表2 DOM精度統計表

4.6 利用像素工廠制作DOM特點

(1)能夠處理所有提供RPC參數的衛星影像數據，包括國內高分辨率衛星影像數據。通過增加衛星傳感器嚴密物理模型模塊，支持相應衛星傳感器影像數據的高精度處理。

(2)像素工廠包含了內嵌生產工作流機制，幫助用戶在生產過程中查找相關任務。該工作流機制基于產品自動處理而設計，同時也保持了用戶直接和工作流交互的靈活性，但對于初學者上手較慢。

(3)空三加密解算能力強、速度快，控制點和連接點的匹配效率高，基于參考影像匹配控制點能力強，同時可限定每張影像匹配控制點個數。但不可立體觀測控制點。可以靈活地對海量數據進行全測區整體空三、分區空三及分區空三聯網，保證全測區整體精度的一致性。同時提供空三圖形界面靈活對整測區進行拆分和分測區進行合并。

(4)能夠利用并行處理技術全自動生產高精度的數字表面模型(DSM)，具有對DSM編輯的功能，但不可立體修測DEM，編輯工作比較耗時，利用已有DEM數據才能體現快速的優勢。

(5)像素工廠可以利用自動優選鑲嵌線，實現了對正射影像的自動拼接。同時采用快視圖和光譜庫的方式進行大面積的勻色，既保證了整個測區色調的一致性，又保證了局部色調的真實性。對于大面積區域的處理更能體現該套系統的高效率和高質量。并可以多人同時編輯拼接線，能夠節省時間，對完成加急任務有優勢。

5 結論

像素工廠提供建立精密傳感器模型，能夠通過與傳感器相匹配的參數調整來適應傳感器，減少對控制點的需求量，所需控制點只需傳統方式的1/6左右，得到高精度的影像成果。并可利用其并行計算技術結合工作流管理機制，合理的安排并行計算任務，將運算量較大的計算分割為多個子任務，有效的加快計算速度、提高節點的使用率。對在較短時間內本項目(任務量大、時間緊、精度高)的生產提供了技術支持，提高了我院在衛片DOM生產上的技術能力，為后期類似項目的生產提供了經驗。