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

岑銘

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧530023）

1 引言

近年來，通過測繪技術(shù)的應(yīng)用，可以獲得完整、準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，為工程建設(shè)、突發(fā)事件處理、礦產(chǎn)開發(fā)等工作提供了可靠的依據(jù)。傳統(tǒng)的測量技術(shù)存在著很多的限制，在當(dāng)下信息技術(shù)日漸發(fā)展的今天，數(shù)字航空攝影測量技術(shù)在測繪工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，這一測量技術(shù)更為先進，尤其是在數(shù)據(jù)處理方面，所獲得的測量數(shù)據(jù)均可以通過數(shù)據(jù)處理技術(shù)進行篩選和剔除，從而發(fā)揮這些測量數(shù)據(jù)的最大價值。隨著信息時代的到來，數(shù)字航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍必將逐步擴大。

2 數(shù)字航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)的日漸進步，我國在21世紀(jì)初期出現(xiàn)了數(shù)字航空相機，此后陸續(xù)出現(xiàn)了SWDC數(shù)字航空攝影設(shè)備、UCD航空攝影設(shè)備、DMC數(shù)字航空攝影設(shè)備，這些設(shè)備與雷達、激光掃描、慣性導(dǎo)航等多種先進技術(shù)的有效結(jié)合，完全克服了在測量領(lǐng)域的諸多技術(shù)限制，使測量技術(shù)越發(fā)先進，越來越具有數(shù)字化和智能化的特征[1]。這些前期的技術(shù)發(fā)展為近年來的SAR合成孔徑雷達成像系統(tǒng)、LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)、POS輔助航空攝影測量和GPS輔助航空攝影測量等技術(shù)的出現(xiàn)提供了最初的技術(shù)支持。因此，隨著生產(chǎn)生活領(lǐng)域?qū)y繪技術(shù)的依賴性日漸增強，數(shù)字航空攝影測量越來越受到人們的青睞，被廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)與領(lǐng)域，未來的發(fā)展?jié)摿薮螅貙頊y繪工程領(lǐng)域的變革。

3 數(shù)字航空攝影測量的優(yōu)勢

3.1 技術(shù)優(yōu)勢

數(shù)字航空攝影測量技術(shù)不同于常規(guī)的測量技術(shù)，其具備更強的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下3個方面：（1）數(shù)字航攝儀。在數(shù)字航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用過程中，數(shù)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(shù)字航攝儀可以通過對曝光時間的靈活調(diào)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(shù)字航攝儀開展相應(yīng)的測繪工作時，完全可以獲得不同比例尺的測繪圖像和數(shù)據(jù)[2]。（2）IMU/DGPS（慣性測量單元/差分GPS）。利用數(shù)字航空攝影技術(shù)完成測量任務(wù)時，IMU/DGPS的應(yīng)用也非常重要。IMU/DGPS是一種新型的導(dǎo)航系統(tǒng)，通過INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS全球定位系統(tǒng)的集成，發(fā)揮了各自的優(yōu)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(yīng)的測繪圖，使測繪圖像獲取更加便捷和高效，測量作業(yè)完成時的時間消耗短、成本投入低。（3）Lidar激光掃描系統(tǒng)同樣是數(shù)字航空攝影測量中的關(guān)鍵，這一子系統(tǒng)的存在使測量工作即使面對一些復(fù)雜、特殊區(qū)域，同樣可以發(fā)揮這一測量技術(shù)的優(yōu)勢。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

數(shù)字航空攝影測量技術(shù)是在傳統(tǒng)測量技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)所形成的新型測繪技術(shù)，符合測量技術(shù)現(xiàn)代化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢。在測量工程領(lǐng)域，數(shù)字航空攝影測量的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在3個方面：（1）應(yīng)用范圍廣。基于數(shù)字航空攝影測量技術(shù)的特殊性，該測量技術(shù)可以被應(yīng)用在很多領(lǐng)域，即使面臨的是復(fù)雜、惡劣的測量條件，同樣可以利用這一測量技術(shù)完成測量任務(wù)。（2）測量信息更為完整。數(shù)字航空攝影測量的監(jiān)測范圍廣，可以在特定的測量區(qū)域內(nèi)進行地表特征、水文地理環(huán)境信息的獲取，從而保障了測量信息的完整性與準(zhǔn)確性，其測量信息的立體化和層次性特征是常規(guī)測量技術(shù)所無法比擬的。（3）干擾性小。應(yīng)用數(shù)字航空攝影測量技術(shù)，基本不會受到空間和時間的限制，在整個測量任務(wù)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(shù)字航空攝影測量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

4.1 空中三角加密

在利用數(shù)字航空攝影技術(shù)開展測量工作時，數(shù)據(jù)處理是其中非常重要的環(huán)節(jié)，而空中三角加密技術(shù)有效提升了數(shù)據(jù)處理的水平。在整個數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)中，VirtuoZo AAT+PATB自動空中三角加密模塊是其中的重要構(gòu)成，該模塊可以對測量數(shù)據(jù)處理起到一定的輔助作用。在數(shù)據(jù)處理中，空中三角加密處理的原始數(shù)據(jù)為數(shù)碼航空像片，處理時，首先利用PATB平差軟件來完成光束法區(qū)域網(wǎng)平差，空中三角網(wǎng)構(gòu)建時，包含了內(nèi)定向、公共連接點轉(zhuǎn)刺、相對定向等內(nèi)業(yè)方法。在空中三角網(wǎng)構(gòu)建完成后，將前期外業(yè)工作中的航空攝影測量控制點成果、POS（定位定姿系統(tǒng)）數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入該系統(tǒng)內(nèi)，隨后借助系統(tǒng)內(nèi)存在的數(shù)字模型來完成區(qū)域整體平差[3]。在這一系列的處理流程結(jié)束以后，就可得到優(yōu)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(yè)分區(qū)作為空三角加密的基本單元而存在，數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)在測量工作進行時，實時采集像點坐標(biāo)信息，經(jīng)由測量系統(tǒng)的解析空中三角平差程序，可以獲得相應(yīng)的大地坐標(biāo)。在利用空中三角加密技術(shù)進行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理時，加密分區(qū)間參與大地定向的公共像控點的點號和坐標(biāo)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(yán)格遵守相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，每個加密分區(qū)間必須接邊。

4.2 DOM（數(shù)字正射影像圖）數(shù)據(jù)生產(chǎn)

4.2.1 DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線

DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)同樣是數(shù)字航空攝影測量中數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵流程。以某數(shù)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(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)工作站，根據(jù)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(tǒng)工作站內(nèi)，將前期空中三角加密技術(shù)下所獲得的成果導(dǎo)入其中，隨后在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建立體像，從而對生產(chǎn)區(qū)域生產(chǎn)DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)，在充分考慮特征點、特征線的基礎(chǔ)上，保障DEM數(shù)據(jù)的生成質(zhì)量[4]。在產(chǎn)生了對應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)后，就可以對原始影像加以數(shù)字微分糾正，在具體的處理中，利用計算機系統(tǒng)對原始數(shù)字影像開展逐個像元的微分糾正，系統(tǒng)中相應(yīng)模塊所自動生成的鑲嵌線對整個測區(qū)的模型正射影像開展無縫拼接，所形成的處理結(jié)果就是DOM。隨后，在一定的測量標(biāo)準(zhǔn)下，根據(jù)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(jié)果就是DOM數(shù)據(jù)。

4.2.2 DEM（數(shù)字高程模型）生產(chǎn)

前期所獲得的空中三角加密結(jié)果可以直接應(yīng)用于DEM的生產(chǎn)，相關(guān)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(chǔ)上創(chuàng)建立體模型和參數(shù)文件，這些模型和參數(shù)文件的創(chuàng)建具有一定的自動化特征，在這一系列處理的基礎(chǔ)上，形成核線影像。進行DEM數(shù)據(jù)采集作業(yè)時，影像自動技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，在多種自動化基礎(chǔ)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(jù)加密點信息，結(jié)合區(qū)域測量要求生成大范圍區(qū)域DEM，在此前提下引入特征點、特征線和特征面等各類數(shù)據(jù)與信息，形成完整的三角網(wǎng)。在三角網(wǎng)構(gòu)建以后，開展插值計算，獲得了相應(yīng)的計算結(jié)果以后，以2.0 m×2.5 m的網(wǎng)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(chǎn)

在DEM建立以后，利用所生成的DEM數(shù)據(jù)對原始影像開展數(shù)字微分糾偏。在此過程中，因為分區(qū)對于測區(qū)內(nèi)影像有一定的分辨率要求，可以將分區(qū)對測區(qū)內(nèi)影響作為像元大小的確定依據(jù)，采用雙線性內(nèi)插法或者三次卷積內(nèi)插法重新采樣作業(yè)，在此基礎(chǔ)上也就形成了分區(qū)DOM[5]。測量系統(tǒng)中的相應(yīng)模塊自動生產(chǎn)的鑲嵌線基礎(chǔ)，完全可以對測區(qū)分區(qū)DOM開展無縫拼接處理，經(jīng)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(shù)據(jù)，根據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)其是否存在失真或者變形的情況。如果在測區(qū)范圍內(nèi)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(yīng)重點檢查在測量過程中是否出現(xiàn)了重影、拉長或者扭曲變形的問題。如果檢查時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了這些問題，要重新以上述流程開展DEM的生成、數(shù)字微分糾正，以保障DOM的生成質(zhì)量，避免與實際產(chǎn)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(jīng)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(shù)字航空攝影測量的數(shù)據(jù)處理階段同樣要做好對DOM的單影像色彩調(diào)整或者多影像色彩調(diào)整。在色彩調(diào)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(jié)果，經(jīng)由多次的調(diào)整和優(yōu)化，形成一幅與測區(qū)顏色信息相似的標(biāo)準(zhǔn)樣圖。在選定標(biāo)準(zhǔn)樣圖以后，利用系統(tǒng)中的相應(yīng)模塊對DOM開展全自動色彩調(diào)整平衡處理，保障在經(jīng)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(yīng)保持空間、形狀上的匹配性。為達到這一目標(biāo)和要求，相關(guān)人員在此過程中應(yīng)做好可視化檢查，避免相鄰DOM中出現(xiàn)的地面特征偏移問題。對鑲嵌線進行應(yīng)用時，應(yīng)做好高程控制和管理，最大程度上避免偏移現(xiàn)象，使整個測量工作開展時，全部地物均保持全面性和準(zhǔn)確性。

4.2.8 DOM檢查

DOM檢查尤為重要，相關(guān)人員在利用數(shù)字航空攝影測量的過程中，為保障DOM數(shù)據(jù)與現(xiàn)場情況的一致性，應(yīng)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(yè)人員及時進行相應(yīng)的原因分析與處理，如果差值過大，應(yīng)立即返工測量。總之，DOM的檢查過程中，應(yīng)安排專人來負(fù)責(zé)，并選擇最為恰當(dāng)?shù)臋z查方法，保障問題發(fā)現(xiàn)和處理的及時性。

5 結(jié)語

應(yīng)用數(shù)字航空攝影測量技術(shù)時，數(shù)據(jù)處理是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其要加強數(shù)據(jù)處理中的技術(shù)選擇和應(yīng)用，以保障各種測量數(shù)據(jù)處理的有效性，滿足測量精度的標(biāo)準(zhǔn)，提高數(shù)字航空攝影測量技術(shù)下的測量數(shù)據(jù)價值，從而將處理以后的測量數(shù)據(jù)應(yīng)用于生產(chǎn)與生活決策。