基于VirtuoZo NT系統(tǒng)制作正射影像DOM方法的研究

李敬園，朱軍桃，王巖

(桂林理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，廣西桂林 541004)

基于VirtuoZo NT系統(tǒng)制作正射影像DOM方法的研究

李敬園?，朱軍桃，王巖

(桂林理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，廣西桂林 541004)

基于VirtuoZo NT 3.6采用批量建模，根據(jù)已有地圖制作特征文件，在立體模式下進行人機交互式作業(yè)制作DEM，再生成DOM。有效利用已有資料，減少了建模的繁瑣操作，提高工作效率；特征文件的引入與立體模式下人機交互作業(yè)，從而提高精度。

批量建模；特征文件；DEM；DOM

1 引 言

數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map，DOM)，是對攝影數(shù)字相片進行數(shù)字微分糾正，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)與數(shù)字高程模型DEM，而生成的具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。DOM具有與傳統(tǒng)線畫地圖不可比擬的精度高、信息豐富、直觀逼真、成圖迅速、獲取快捷等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用到測繪、氣象、國土和礦產(chǎn)等國民經(jīng)濟許多行業(yè)。同時，也為政府部門進行城市規(guī)劃和新農(nóng)村建設(shè)提供實時、準確、有效的參考數(shù)據(jù)。目前在生產(chǎn)作業(yè)中比較常用的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)有:美國的DAMCS (Digital Automatic Map Compilation System)，Helava的DPW(Digital Photogrammetric Workstation)，原德國Zeiss廠的PHO－DIS，我國原武漢測繪科技大學(xué)的VirtuoZo NT，中國測繪科學(xué)研究院的JX4等。

在進行正射影像制作中，立體模型像對的建立、相對定向、絕對定向是非常繁瑣的過程；影像匹配特征線的制作是非常麻煩的。本文主要介紹基于 VirtuoZo NT3.6數(shù)字攝影測量工作站采用批量建模、引入特征文件等方法來制作數(shù)字正射影像，從而更好地利用已有資料，提高工作效率，提高精度。

2 正射影像數(shù)字微分糾正

數(shù)字微分糾正是利用相應(yīng)的構(gòu)像方程，按一定的數(shù)學(xué)模型用控制點解算，從原始非正射投影的數(shù)字影像獲得正射影像，這個過程是用數(shù)字的方法將影像化為很多微小的區(qū)域逐一進行。其基本任務(wù)是實現(xiàn)兩個二維圖像之間的幾何變換。

在糾正中首先確定原始圖像(x、y)和糾正后圖像(X、Y)之間的幾何關(guān)系:

公式(1)是由糾正后的像點P坐標(biāo)(X，Y)出發(fā)反求在原始圖像上的像點p的坐標(biāo)(x，y)這種方法稱為反解法(或稱間接解法)，而公式(2)則反之。由原始圖像上像點坐標(biāo)(x，y)解求糾正后圖像上相應(yīng)點坐標(biāo)(X，Y)，這種方法稱為正解法(或稱直接解法)。從原理上說，數(shù)字糾正是點元素糾正，但在實際的軟件系統(tǒng)中，幾乎無一是逐點來解求像點坐標(biāo)，而均以“面元素”作為“糾正單元”。

3 正射影像的制作

3.1 技術(shù)流程

DOM制作主要分為影像的定向、影像糾正與鑲嵌、圖幅編輯和整飾、打印輸出4個階段，整個流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程

3.2 DEM和DOM獲取

(1)定向與重采樣

VirtuoZo NT 3.6具有批量處理功能，在自動空中三角測量軟件Geolord－AT中對影像進行三角加密，計算出外方位元素。在VirtuoZo NT 3.6中進行批量處理，這樣簡化了建立模型、內(nèi)定向、絕對定向、生成核線的繁瑣操作過程。作業(yè)流程如圖2。

圖2 批量處理流程

相對定向:相對定向是以同名射線對對相交為理論基礎(chǔ)；即同名射線S1a1和S2a2與攝影基線B共面，根據(jù)矢量關(guān)系，三矢量共面，他們的混合積為零得:

用于求解相對定向5個方位元素。

絕對定向:就是將相對定向后求出的攝影測量坐標(biāo)變換為地面測量坐標(biāo)。根據(jù)三維空間相似變化可得:

其中，(Xtp、Ytp、Ztp)為模型點的地面攝影測量坐標(biāo)，(XP、YP、ZP)為同一模型點的攝影測量坐標(biāo)，λ為模型縮放比例因子a1…c3為坐標(biāo)軸系3個轉(zhuǎn)角Ω、Φ、K計算出來的方向余弦，△X、△Y、△Z為坐標(biāo)原點的平移量，利用地面控制點解求絕對定向元素時，地面攝影測量坐標(biāo)為已知，將上式線性化引入7個絕對定向元素就可以求解絕對定向元素。

我們知道，相對定向、絕對定向是根據(jù)已有條件求外方位12個元素，然后進行同名像點的匹配。對于VirtuoZo NT 3.6來說，當(dāng)我們在Geolord－AT中求解出來時，就可以采用批量處理，來減少繁瑣的操作。同時，相對定向、絕對定向都具有人機互換的功能，可以根據(jù)設(shè)計需要來刪除或修改同名點位使之符合精度要求。

生成核線影像:只有進行絕對定向，劃定工作區(qū)域后才能夠生成水平核線影像，未進行絕對定向生成的是非水平核線影像。

(2)DEM的制作與視差編輯

利用特征點、線與立體模式下編輯生成的DEM，精度高，并且簡單，這種特征點、線的量測由兩種方法。第一就是利用已有地形圖制作特征文件.dxf；(如高程點，道路，水系，地界等)按層轉(zhuǎn)換成特征點線，直接利用這些特征點、線數(shù)據(jù)構(gòu)TIN生成物方DEM。第二就是在測圖模塊下采集特征向量，構(gòu)建TIN生成物方DEM。

特征文件就是在已有地形圖的情況下，對原有地形圖進行編輯，生成能夠放映原始地貌特征的點、線，如高程點，等高線，道路，水系，地界等，刪除地物符號和字符信息，把這些特征地物放到DEM Make能夠識別的 11 000圖層中。VirtuoZo NT 3.6中運行 DEM Make模塊方便的引入所建的特征文件.dxf。引入特征文件進行自動規(guī)劃，創(chuàng)建三角網(wǎng)，裝載立體模型，在立體模型下對特征文件進行編輯，生成DEM。

DEM Maker是一個交互式編輯的模塊，在特征文件與立體模式對DEM編輯中要注意:

①首先要檢查特征點線是否貼近地面，是否與現(xiàn)有地形特征吻合，對于下沉或提高的特征點線，要在立體模式下進行編輯，使特征點線達到與實地符合。

②幾種重要地物，地貌的量測

階梯或梯田狀:當(dāng)?shù)孛苍诟卟畲笥?.5 m，上下都要量測，上坎測至邊緣，下坎線測至坡角線位置，坎如果是弧形走勢也要加測特征線，這樣生成的DEM點不至于深陷或浮起。

道路:道路兩邊要量測特征線如圖3；盤山公路要順著山勢量測道路兩邊。

圖3 梯田與道路

圖4 雨裂、沖溝(紅線是U，綠線是V)

雨裂、沖溝:雨裂和沖溝要量測斷裂處的邊界和溝下，若溝底有寬度，那么溝底兩邊都要量測，這樣在生成曲線時呈“U”形或“V”形，如圖4。

橋:在量測橋梁時，橋兩端的道路特征線應(yīng)測至橋頭為止，在橋頭拐彎時，應(yīng)與溝邊特征線對齊，不準橫穿橋，橋下的地面特征線必須橫穿橋梁，這樣生成的DEM點會緊貼地面，由于橋梁不參加構(gòu)網(wǎng)，所以可選定一定的特征代碼，用閉合的多邊形來測定其邊界線將橋包圍，構(gòu)網(wǎng)時不予考慮。

水域:在量測湖泊，池塘等水域時，其水涯線的量測一定要使其高度控制在一個高程中。

對于丘陵地和山區(qū)畫出范圍，在DEM Make模塊下根據(jù)已有特征文件和在立體模式下量測特征點、線，共同來構(gòu)TIN生成DEM，再將編輯好視差曲線的平坦地區(qū)像方DEM導(dǎo)入，即可得到完整的DEM。運用DEM Make的優(yōu)點:

①提供從自動到半自動到手工一整套生成DEM的方法；

②以圖幅為單位生成DEM，不在以模型為單位；

③特征點、線生成DEM，既可充分利用線劃量測結(jié)果，又可提高精度；

④作為自動匹配生成DEM的補充，它為手工、全自動、半自動等多種方式混合作業(yè)提供了可能，從而提高了自動匹配的通用性。

⑤帶特征的區(qū)域自動匹配，將進一步縮短作業(yè)時間，提高工作效率。

(3)DOM的獲取

通過特征點、線和立體模型下對構(gòu)建的TIN進行檢查，對那些匹配不合理、錯誤、不可靠的點，進行人工判斷并編輯，使得這些點切準地面匹配到正確位置；便可生成DEM。

DEM建立后就可以進行DOM的制作，VirtuoZo NT 3.6中DOM的生成也有2種方法:①首先生成單個模型的DEM，然后制作單個模型的DOM，最后對多個模型的DOM進行鑲嵌拼接成整個測區(qū)的DOM。②首先將多個模型的DEM生成一個模型的DEM，然后在該DEM模型的基礎(chǔ)上生成整個測區(qū)的DOM。

4 正射影像的制作

DOM完成鑲嵌拼接后，就要根據(jù)出圖要求進行處理，使正射影像符合出圖要求包括:

(1)由于航攝相片感光色調(diào)不一致，測區(qū)圖像色差、清晰度、無縫拼接都存在著一定的難度，需要利用相應(yīng)的圖像處理軟件如Photoshop進行勻色處理，使色調(diào)一致。不同單張航片再另行處理

(2)在航拍時，由于相片航向重疊度都大于60%，所以在生成正射影像時可以對航向進行奇數(shù)、偶數(shù)分別成圖:如1－3－5…，2－4－6…生成正射影像，然后對其進行疊加，以保證裁剪正射影像的變形和接縫。

(3)在進行接邊縫處理時，要選擇灰度明顯的地物，避開重要地物和陰影，沿地物交接處剪切。

(4)出圖時，由于正射影像有坐標(biāo)信息，我們可以根據(jù)測區(qū)左上和右下角的坐標(biāo)信息來定測區(qū)的大小，在VirtuoZo NT 3.6產(chǎn)品頭廓整飾中方便進行。

5 結(jié) 論

正射影像制作完成以后，可以用套合在數(shù)字線化圖DLG進行檢核。在制作DOM的時候采用坐標(biāo)信息，可以把正射影像鑲嵌到CAD中進行規(guī)劃量測，同時，采用特制文件能很好地模擬出地表高程信息，因為它具有豐富的影像信息和幾何信息，可以作為數(shù)字城市和4D產(chǎn)品的重要來源。更好地為建設(shè)規(guī)劃服務(wù)。

[1]全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)—VirtuoZoNT使用手冊.武漢:適普軟件有限公司，2003

[2]張祖勛，張劍清.數(shù)字攝影測量學(xué).武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，2002

[3]王之卓.攝影測量原理.武漢:測繪出版社，2007

[4]李志林，朱慶.數(shù)字高程模型.武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，2000

[5]王佩軍，徐亞明.攝影測量學(xué).武漢:武漢大學(xué)出版社，2008

A Research of the Method to Produce Positive Photography DOM Based on VirtuoZo NT System

Li JingYuan，Zhu JunTao，Wang Yan
(Civil Engineering college of Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

This paper is mainly about the way to make DEM based on VirtuoZo NT3.6 with batch modeling，in accordance with established signature file of map production in the three－dimensional model of human－computer interactive operation carried out under the production of DEM，and then to generate the DOM；effective use of existing data to reduce the tedious modeling operations and improve work efficiency；use of the signature file into human－computer interaction and three－dimensional mode operation，thereby increasing precision.

batch modeling；signature file；DEM；DOM

1672－8262(2010)03－88－03

P283.8

B

2009—11—06

李敬園(1984—)，男，碩士研究生，主要研究方向:遙感與航空攝影測量。