ＶｉｒｔｕｏＺｏＡＡＴ在制作焦作地區(qū)正射影像中的應(yīng)用

鄧安健　余敦棠

摘要:敘述了VirtuoZoAAT進(jìn)行空中三角測量的工作流程和主要的步驟,并通過VirtuoZoAAT進(jìn)行空三處理后,導(dǎo)入到VirtuoZo進(jìn)行了焦作地區(qū)DOM的制作。

關(guān)鍵詞:VirtuoZoAAT;自動(dòng)空三;正射影像

中圖分類號:TP317文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)22-0000-00

VirtuoZoAAT是國際上著名的空三加密軟件,它具有半自動(dòng)量測控制點(diǎn),全自動(dòng)完成包括內(nèi)定向、選取加密點(diǎn)、轉(zhuǎn)刺加密點(diǎn)、相對定向、模型連接和生成整個(gè)測區(qū)像點(diǎn)網(wǎng)的功能,在實(shí)際作業(yè)中被廣泛使用。本文將VirtuoZoAAT應(yīng)用于焦作地區(qū)正射影像的制作中,能可靠、高效、快速地進(jìn)行作業(yè),體現(xiàn)了VirtuoZoAAT在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)越性。

1 自動(dòng)空三的相關(guān)理論

1.1 自動(dòng)空三的作業(yè)流程

自動(dòng)空三就是利用數(shù)字影像,根據(jù)事先在影像上設(shè)定的范圍上搜索加密點(diǎn),然后利用數(shù)字影像匹配技術(shù),在相鄰影像上搜索同名點(diǎn),并自動(dòng)記錄其像點(diǎn)坐標(biāo),半自動(dòng)量測少量地面控制點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo),最后利用這些少量的地面控制點(diǎn)及其像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行解析計(jì)算,求解加密點(diǎn)的地面三維坐標(biāo)及所有影像的外方位元素。VirtuoZoAAT自動(dòng)空三實(shí)現(xiàn)了選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、挑點(diǎn)和量測像點(diǎn)坐標(biāo)的全自動(dòng)化。自動(dòng)空三作業(yè)的基本流程圖如圖1所示。

1.2 自動(dòng)空三的主要制作方法

1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。自動(dòng)空三所涉及的資料和參數(shù)很多,一般所需要的資料數(shù)據(jù)有掃描(數(shù)字)航片、外業(yè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)字刺點(diǎn)、點(diǎn)位照片、測區(qū)布點(diǎn)略圖、相機(jī)參數(shù)文件等。在準(zhǔn)備階段不僅要仔細(xì)核對各參數(shù)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,還要在時(shí)間上對整體工作有統(tǒng)籌的安排。

2) 自動(dòng)內(nèi)定向。內(nèi)定向的目的是確定數(shù)字影像的掃描坐標(biāo)系和像片坐標(biāo)系之間的關(guān)系及數(shù)字影像可能存在的變形。VirtuoZoAAT提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種搜索框標(biāo)中心模式,它采用模版匹配技術(shù),自動(dòng)識別影像框標(biāo)點(diǎn)和計(jì)算內(nèi)定向參數(shù),實(shí)時(shí)顯示定向誤差和定向參數(shù),能實(shí)現(xiàn)測區(qū)影像的全自動(dòng)內(nèi)定向,可對整個(gè)測區(qū)進(jìn)行批處理,能方便作業(yè),節(jié)省處理時(shí)間。

3) 自動(dòng)選點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)。在空三過程中,為了保證定向精度和便于后續(xù)易于探測粗差點(diǎn),需要提取大量的連接點(diǎn)。VirtuoZoAAT采用基于高度自適應(yīng)性的影像特征提取算法提取地物特征點(diǎn),并采用基于高精度、高可靠性的影像匹配技術(shù),將特征點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)刺到相鄰航片上。加密過程中,VirtuoZoAAT記錄了詳細(xì)的轉(zhuǎn)點(diǎn)信息,用戶很容易發(fā)現(xiàn)如定向失敗、模型連接失敗等異常情況,能及時(shí)準(zhǔn)確作出相應(yīng)的處理。

4) 自動(dòng)挑點(diǎn)。完成自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)后,就可以進(jìn)行挑點(diǎn)了。VirtuoZoAAT調(diào)用著名的光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序PATB,能高效、可靠和自動(dòng)地剔除像點(diǎn)網(wǎng)中的粗差點(diǎn)。系統(tǒng)根據(jù)用戶選定的連接點(diǎn)分布方式挑選出精度最高的點(diǎn)保留下來作為加密點(diǎn)。挑點(diǎn)模式一般推薦為“5×3”,這種分布對于旁向重疊大于30%的情況非常有利。

5) 連接點(diǎn)編輯。VirtuoZoAAT可以自動(dòng)顯示粗差點(diǎn),方便用戶進(jìn)行調(diào)整。在連接點(diǎn)編輯界面中用戶還可以在缺點(diǎn)位置增加連接點(diǎn)。VirtuoZoAAT具有自動(dòng)匹配同名點(diǎn)功能,用戶也可在立體觀測下進(jìn)行連接點(diǎn)的編輯。編輯完所有的粗差點(diǎn)后,再調(diào)用PATB解算,直至沒有粗差點(diǎn),最后就可以自動(dòng)創(chuàng)建加密點(diǎn)文件了。

VirtuoZoAAT除具有以上功能外,還可半自動(dòng)量測和預(yù)測控制點(diǎn),支持相機(jī)自檢校補(bǔ)償系統(tǒng)誤差和GPS參數(shù)聯(lián)合平差,支持測區(qū)之間自動(dòng)接邊等功能。

1.3 影響自動(dòng)空三精度的因素

1) 影響原始觀測數(shù)據(jù)精度的因素。地面控制點(diǎn)坐標(biāo),像片的重疊度、連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的數(shù)量及其分布等幾何結(jié)構(gòu)因素共同決定了平差區(qū)域的最終精度。其次在自動(dòng)空三中,原始數(shù)字影像的精度,影像的量測精度和平差計(jì)算精度也對最后成果產(chǎn)生一定的影響。

2) 影響區(qū)域網(wǎng)幾何強(qiáng)度的因素。航向和旁向的重疊,保證像片連接點(diǎn)不僅要處于航向的三度重疊范圍內(nèi),還要處在旁向重疊范圍內(nèi)。還可以把輔助數(shù)據(jù)、地面量測數(shù)據(jù)和攝影測量觀測值一起納入聯(lián)合的區(qū)域網(wǎng)平差中,以改善區(qū)域網(wǎng)的幾何質(zhì)量,提高平差精度。

2 作業(yè)過程中的幾個(gè)特殊情況及處理方法

2.1 自動(dòng)相對定向失敗

在自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)過程中,相對定向中誤差要小于四分之一像素大小,如果相對定向中誤差超限,或定向點(diǎn)非常少,相對定向都視為失敗,需要人工相對定向。當(dāng)中誤差超限時(shí),可手動(dòng)刪除殘差較大的點(diǎn);如果系統(tǒng)匹配的同名點(diǎn)非常少,則需要手工增加一對同名點(diǎn)作為匹配種子,然后執(zhí)行自動(dòng)匹配和相對定向,并檢查刪除殘差較大的點(diǎn),繼續(xù)執(zhí)行相對定向,直到滿足精度要求為止。當(dāng)模型出現(xiàn)大面積落水或森林覆蓋時(shí),無法自動(dòng)匹配,這時(shí)可人工在六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位附近量測至少6個(gè)點(diǎn),然后執(zhí)行相對定向并調(diào)節(jié)每個(gè)點(diǎn)到滿足要求為止。

2.2 模型連接失敗

如果模型連接的中誤差過大,則模型連接失敗。這時(shí)可在交互式編輯界面檢查連接點(diǎn),如果連接點(diǎn)不正確,可刪除或調(diào)整該連接點(diǎn);如果標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位缺點(diǎn),則至少在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位增加若干連接點(diǎn)。有時(shí)為了能繼續(xù)轉(zhuǎn)點(diǎn),可適當(dāng)放寬連接點(diǎn)中誤差,在隨后的自動(dòng)挑點(diǎn)過程中,系統(tǒng)會(huì)把此類粗差點(diǎn)刪除,不會(huì)影響成果精度。

2.3 自動(dòng)挑點(diǎn)不能進(jìn)行或不完整

通常航線間的偏移點(diǎn)至少需要在航線的首尾各加一個(gè)點(diǎn),當(dāng)航線較長或地形復(fù)雜時(shí),可在航線中間均勻量測若干點(diǎn)。當(dāng)航線間連接強(qiáng)度不夠時(shí),航線間的轉(zhuǎn)點(diǎn)會(huì)非常少,從而造成自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)不能進(jìn)行。這時(shí)可將航線間的連接點(diǎn)自動(dòng)增加位偏移點(diǎn),來增強(qiáng)航線間的連接強(qiáng)度。有時(shí)會(huì)遇到只調(diào)用了一兩次PATB程序便無法進(jìn)行的情況,此時(shí)系統(tǒng)已刪除了大多數(shù)粗差點(diǎn),但是很多連接點(diǎn)也被刪除了,造成航線間的連接強(qiáng)度不夠無法繼續(xù)進(jìn)行挑點(diǎn),這時(shí)可手工增加連接點(diǎn),進(jìn)行空三加密。隨著控制點(diǎn)和連接點(diǎn)的增加,精度要求的逐步提高,在自動(dòng)挑點(diǎn)過程中沒有挑出的粗差點(diǎn)也被篩選出來,從而可以對這些點(diǎn)進(jìn)行人工干預(yù),減少這些點(diǎn)對成果精度的影響。

2.4 像點(diǎn)網(wǎng)的編輯原則

區(qū)域網(wǎng)的內(nèi)部連接性是由測區(qū)像點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度決定的,而且對最后的加密精度有重要的影響。像點(diǎn)的構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度應(yīng)保證測區(qū)中每一張影像三度重疊區(qū)的上、中、下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位上必須有連接點(diǎn),且航線間的重疊區(qū)域里的像點(diǎn)必須向相鄰的航線轉(zhuǎn)測。當(dāng)執(zhí)行過PATB平差后,在PATB報(bào)告中,精度不好的點(diǎn)會(huì)作為粗差點(diǎn)不參與最后的平差,并且顯示在編輯主界面左下角的“Critical Point”選項(xiàng)卡中。調(diào)點(diǎn)時(shí)需要參照具體影像或立體觀察結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié),而不是只根據(jù)殘差結(jié)果進(jìn)行調(diào)點(diǎn)。在大比例尺航攝中,經(jīng)常會(huì)遇到大面積落水區(qū)域。在落水區(qū)域中量測連接點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致落水區(qū)域附件的像點(diǎn)網(wǎng)破碎,使得像點(diǎn)網(wǎng)在這部分區(qū)域發(fā)生扭曲,影響加密的精度。為了減少落水區(qū)域?qū)ο顸c(diǎn)網(wǎng)的影響,可在影像落水區(qū)域邊上按間隔1~1.5厘米量測連接點(diǎn),使落水區(qū)域附件的像點(diǎn)網(wǎng)有一個(gè)穩(wěn)固的邊界,從而減少落水區(qū)域的影響。

3 應(yīng)用與結(jié)論

本文采用適普軟件公司開發(fā)的VirtuoZoAAT3.3對焦作地區(qū)SWDC數(shù)碼航攝儀獲的真彩色數(shù)字影像進(jìn)行處理,進(jìn)行該地區(qū)某區(qū)域的DOM的制作。此次航攝高度為480米,焦距為35.7毫米,地面分辨率為13-16厘米,成圖比例尺為1:1000,航飛的總航片數(shù)為4567,覆蓋面積達(dá)530平方公里?？杖用芎?將成果導(dǎo)入VirtuoZo進(jìn)行批處理,生成DOM,生成的DOM滿足精度要求,圖2是正射影像圖的一部分。

作業(yè)過程中可以發(fā)現(xiàn),VirtuoZoAAT具有自動(dòng)化程度高、作業(yè)速度快、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn),可高效、可靠檢測粗差和自動(dòng)剔除粗差功能,加密精度高,可對復(fù)雜地形諸如大面積落水和大面積森林覆蓋等具有高度自適應(yīng)性,可自動(dòng)處理包含交叉航線和分段航線的復(fù)雜測區(qū),可直接處理數(shù)字航片,能滿足各種比例尺測圖要求,已被廣泛應(yīng)用于測繪、地質(zhì)、水文等行業(yè)。

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