數字航空攝影測量數據處理關鍵技術

岑銘

（廣西壯族自治區水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧530023）

1 引言

近年來，通過測繪技術的應用，可以獲得完整、準確的測量數據，為工程建設、突發事件處理、礦產開發等工作提供了可靠的依據。傳統的測量技術存在著很多的限制，在當下信息技術日漸發展的今天，數字航空攝影測量技術在測繪工程領域得到了廣泛應用，這一測量技術更為先進，尤其是在數據處理方面，所獲得的測量數據均可以通過數據處理技術進行篩選和剔除，從而發揮這些測量數據的最大價值。隨著信息時代的到來，數字航空攝影測量技術的應用范圍必將逐步擴大。

2 數字航空攝影測量技術的發展現狀

隨著計算機技術的日漸進步，我國在21世紀初期出現了數字航空相機，此后陸續出現了SWDC數字航空攝影設備、UCD航空攝影設備、DMC數字航空攝影設備，這些設備與雷達、激光掃描、慣性導航等多種先進技術的有效結合，完全克服了在測量領域的諸多技術限制，使測量技術越發先進，越來越具有數字化和智能化的特征[1]。這些前期的技術發展為近年來的SAR合成孔徑雷達成像系統、LIDAR激光測高掃描系統、POS輔助航空攝影測量和GPS輔助航空攝影測量等技術的出現提供了最初的技術支持。因此，隨著生產生活領域對測繪技術的依賴性日漸增強，數字航空攝影測量越來越受到人們的青睞，被廣泛應用在各個行業與領域，未來的發展潛力巨大，必將帶來測繪工程領域的變革。

3 數字航空攝影測量的優勢

3.1 技術優勢

數字航空攝影測量技術不同于常規的測量技術，其具備更強的技術優勢，具體表現在以下3個方面：（1）數字航攝儀。在數字航空攝影測量技術的應用過程中，數字航攝儀是不可或缺的儀器，作為一種先進的測量儀器，其性能和功能相對突出。整個測量工作開展時，數字航攝儀可以通過對曝光時間的靈活調整來獲得高分辨率的圖像，所獲得的這些影像信息更具直觀性，在利用數字航攝儀開展相應的測繪工作時，完全可以獲得不同比例尺的測繪圖像和數據[2]。（2）IMU/DGPS（慣性測量單元/差分GPS）。利用數字航空攝影技術完成測量任務時，IMU/DGPS的應用也非常重要。IMU/DGPS是一種新型的導航系統，通過INS慣性導航系統與GPS全球定位系統的集成，發揮了各自的優勢，在不需要地面控制點和空中三角測量的條件下，就可以獲得相應的測繪圖，使測繪圖像獲取更加便捷和高效，測量作業完成時的時間消耗短、成本投入低。（3）Lidar激光掃描系統同樣是數字航空攝影測量中的關鍵，這一子系統的存在使測量工作即使面對一些復雜、特殊區域，同樣可以發揮這一測量技術的優勢。

3.2 應用優勢

數字航空攝影測量技術是在傳統測量技術的基礎上應用數字化技術所形成的新型測繪技術，符合測量技術現代化、數字化的發展趨勢。在測量工程領域，數字航空攝影測量的應用優勢主要表現在3個方面：（1）應用范圍廣。基于數字航空攝影測量技術的特殊性，該測量技術可以被應用在很多領域，即使面臨的是復雜、惡劣的測量條件，同樣可以利用這一測量技術完成測量任務。（2）測量信息更為完整。數字航空攝影測量的監測范圍廣，可以在特定的測量區域內進行地表特征、水文地理環境信息的獲取，從而保障了測量信息的完整性與準確性，其測量信息的立體化和層次性特征是常規測量技術所無法比擬的。（3）干擾性小。應用數字航空攝影測量技術，基本不會受到空間和時間的限制，在整個測量任務中的人力、物力資源投入相對偏少，基本不會受到其他因素的干擾，測繪效率和精度都非常高。

4 數字航空攝影測量數據處理關鍵技術

4.1 空中三角加密

在利用數字航空攝影技術開展測量工作時，數據處理是其中非常重要的環節，而空中三角加密技術有效提升了數據處理的水平。在整個數字航空攝影測量系統中，VirtuoZo AAT+PATB自動空中三角加密模塊是其中的重要構成，該模塊可以對測量數據處理起到一定的輔助作用。在數據處理中，空中三角加密處理的原始數據為數碼航空像片，處理時，首先利用PATB平差軟件來完成光束法區域網平差，空中三角網構建時，包含了內定向、公共連接點轉刺、相對定向等內業方法。在空中三角網構建完成后，將前期外業工作中的航空攝影測量控制點成果、POS（定位定姿系統）數據全部導入該系統內，隨后借助系統內存在的數字模型來完成區域整體平差[3]。在這一系列的處理流程結束以后，就可得到優化后的外方位元素和加密點成果。在空中三角加密處理時，航空攝影測量的每個外業分區作為空三角加密的基本單元而存在，數字航空攝影測量系統在測量工作進行時，實時采集像點坐標信息，經由測量系統的解析空中三角平差程序，可以獲得相應的大地坐標。在利用空中三角加密技術進行相應數據處理時，加密分區間參與大地定向的公共像控點的點號和坐標值都是一致的，也就是說，公共像控點具有唯一性，而在加密處理過程中，加密限差必須嚴格遵守相應的標準和規范，每個加密分區間必須接邊。

4.2 DOM（數字正射影像圖）數據生產

4.2.1 DOM數據生產技術路線

DOM數據生產同樣是數字航空攝影測量中數據處理的關鍵流程。以某數字航空攝影測量為例，在該測量工作進行時，選用的是VirtuoZo全數字攝影測量系統工作站，根據測量需求，最終制作的是比例尺為1∶1 000的DOM。在該測量系統工作站內，將前期空中三角加密技術下所獲得的成果導入其中，隨后在此基礎上創建立體像，從而對生產區域生產DEM（數字高程模型）數據，在充分考慮特征點、特征線的基礎上，保障DEM數據的生成質量[4]。在產生了對應的DEM數據后，就可以對原始影像加以數字微分糾正，在具體的處理中，利用計算機系統對原始數字影像開展逐個像元的微分糾正，系統中相應模塊所自動生成的鑲嵌線對整個測區的模型正射影像開展無縫拼接，所形成的處理結果就是DOM。隨后，在一定的測量標準下，根據一定的矩形圖廓需求對已有的DOM進行分幅裁切，一系列處理流程下所形成的結果就是DOM數據。

4.2.2 DEM（數字高程模型）生產

前期所獲得的空中三角加密結果可以直接應用于DEM的生產，相關人員在此過程中，可以直接將前期所得到的空中三角加密成果利用起來，隨后在此基礎上創建立體模型和參數文件，這些模型和參數文件的創建具有一定的自動化特征，在這一系列處理的基礎上，形成核線影像。進行DEM數據采集作業時，影像自動技術是關鍵技術，在多種自動化基礎的前提下，可以形成DEM點或者視差曲線，在視差曲線編輯的過程中，尤其要保障曲線間隔的合理性。

4.2.3 DEM建立

DEM的建立過程中，根據加密點信息，結合區域測量要求生成大范圍區域DEM，在此前提下引入特征點、特征線和特征面等各類數據與信息，形成完整的三角網。在三角網構建以后，開展插值計算，獲得了相應的計算結果以后，以2.0 m×2.5 m的網格間距來保障DEM建立的合理性。

4.2.4 DOM（文檔對象模型）生產

在DEM建立以后，利用所生成的DEM數據對原始影像開展數字微分糾偏。在此過程中，因為分區對于測區內影像有一定的分辨率要求，可以將分區對測區內影響作為像元大小的確定依據，采用雙線性內插法或者三次卷積內插法重新采樣作業，在此基礎上也就形成了分區DOM[5]。測量系統中的相應模塊自動生產的鑲嵌線基礎，完全可以對測區分區DOM開展無縫拼接處理，經由這一處理流程后，便形成了DOM。

4.2.5 DOM檢查修補

全面檢查DOM數據，根據檢查發現其是否存在失真或者變形的情況。如果在測區范圍內分布有高大的房屋、道路和橋梁工程等，針對這些測量對象，應重點檢查在測量過程中是否出現了重影、拉長或者扭曲變形的問題。如果檢查時發現出現了這些問題，要重新以上述流程開展DEM的生成、數字微分糾正，以保障DOM的生成質量，避免與實際產生過大的偏差。

4.2.6 影像勻色

在DOM的處理過程中，為保障經由鑲嵌無縫拼接以后的DOM具備色彩的均勻性和一致性特征，減小色差問題帶來的測量偏差，數字航空攝影測量的數據處理階段同樣要做好對DOM的單影像色彩調整或者多影像色彩調整。在色彩調整過程中，需首先從前期測量所獲得的圖像中選取多個地表性圖幅，對代表不同地貌的影像圖加以勻色，分析勻色以后的處理結果，經由多次的調整和優化，形成一幅與測區顏色信息相似的標準樣圖。在選定標準樣圖以后，利用系統中的相應模塊對DOM開展全自動色彩調整平衡處理，保障在經由這一處理過程以后，所獲得的DOM色彩一致且均勻[6]。

4.2.7 DOM鑲嵌

相鄰的DOM應保持空間、形狀上的匹配性。為達到這一目標和要求，相關人員在此過程中應做好可視化檢查，避免相鄰DOM中出現的地面特征偏移問題。對鑲嵌線進行應用時，應做好高程控制和管理，最大程度上避免偏移現象，使整個測量工作開展時，全部地物均保持全面性和準確性。

4.2.8 DOM檢查

DOM檢查尤為重要，相關人員在利用數字航空攝影測量的過程中，為保障DOM數據與現場情況的一致性，應利用空中三角加密的保密點來對DOM開展全面的檢查和評估。一旦同名點存在較大的平面差異，需組織專業人員及時進行相應的原因分析與處理，如果差值過大，應立即返工測量。總之，DOM的檢查過程中，應安排專人來負責，并選擇最為恰當的檢查方法，保障問題發現和處理的及時性。

5 結語

應用數字航空攝影測量技術時，數據處理是其中的關鍵環節，尤其要加強數據處理中的技術選擇和應用，以保障各種測量數據處理的有效性，滿足測量精度的標準，提高數字航空攝影測量技術下的測量數據價值，從而將處理以后的測量數據應用于生產與生活決策。