DMCⅡ數(shù)碼影像在大比例尺地形測(cè)繪中的應(yīng)用

周光平，陳玲

(1.溧陽(yáng)市測(cè)量隊(duì)，江蘇 溧陽(yáng) 213000;2.常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213002)

1 引言

隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)碼航空相機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟并開(kāi)始廣泛應(yīng)用于各部門(mén)的航空攝影。Z/I公司的DMC(Digital Mapping Camera)作為數(shù)碼航空相機(jī)中較成熟的一種，已經(jīng)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，其配備先進(jìn)的電子設(shè)備、控制和糾正系統(tǒng)，是行業(yè)中最先進(jìn)的大幅面數(shù)字航空相機(jī)之一。國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)使用的還是DMCⅠ數(shù)碼相機(jī)，由于一些技術(shù)原因，DMCⅠ數(shù)碼航空相機(jī)的像幅與傳統(tǒng)航攝相機(jī)相比像幅面較小，成像方式也存在一定差別。目前，Z/I公司的DMCⅡ140已面市并已投入市場(chǎng)，DMCⅡ數(shù)碼相機(jī)的像幅更接近于傳統(tǒng)膠片的形狀，對(duì)于成像及畸變等都有了明顯的改善與提高。內(nèi)業(yè)對(duì)獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，得到高分辨率的數(shù)字航空影像，可為測(cè)繪成圖、地理信息提取提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。

2 DMCⅡ數(shù)碼影像特點(diǎn)

DMC II數(shù)碼航攝儀是第二代產(chǎn)品，是當(dāng)前國(guó)際上最為先進(jìn)的全數(shù)字航空攝影系統(tǒng)之一，由美國(guó)Intergraph公司研制生產(chǎn)。用于完成高精度、高分辨率的航空攝影測(cè)量任務(wù)的數(shù)字相機(jī)。

2.1 DMC II數(shù)碼相機(jī)組成

DMC II 140數(shù)碼航攝儀光學(xué)部分一共有5個(gè)鏡頭，其中1個(gè)為全色鏡頭，4個(gè)為多光譜鏡頭。在航攝過(guò)程中，航攝儀根據(jù)接收到的GPS信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算飛機(jī)所在位置。當(dāng)飛機(jī)到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)，DMC航攝儀內(nèi)部5個(gè)鏡頭會(huì)同時(shí)自動(dòng)曝光，獲取地面影像。DMC的電子部分，將曝光瞬間CCD獲取的電子信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。然后分成2個(gè)通路同時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，直接得到數(shù)字影像原始數(shù)據(jù)。DMC II 140航攝儀具有大幅面、高分辨率的全色鏡頭，可直接得到像素?cái)?shù)量為 12 096×11 200的全色影像。利用影像融合技術(shù)，將高分辨率全色影像與多光譜波段影像進(jìn)行融合，生成高分辨率真彩色和彩紅外影像。

2.2 DMC II與DMCⅠ相關(guān)參數(shù)對(duì)照

DMC II與DMCⅠ數(shù)碼航攝儀參數(shù)對(duì)照表 表1

2.3 DMC II優(yōu)點(diǎn)

(1)像幅更接近于傳統(tǒng)膠片，提高穩(wěn)定性。

(2)單個(gè)大幅面CCD相機(jī)鏡頭，無(wú)需進(jìn)行影像拼接。

(3)像素變小，提高地面分辨率。

(4)輻射分辨率提高，獲取信息更多。

(5)基高比增大，提高區(qū)域網(wǎng)平差精度。

3 DMCⅡ數(shù)碼影像在溧陽(yáng)測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

為滿(mǎn)足溧陽(yáng)市國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、信息化管理和城市規(guī)劃建設(shè)的需要，溧陽(yáng)市規(guī)劃局決定在溧陽(yáng)市城區(qū)周?chē)s21 km2范圍內(nèi)實(shí)施1∶1 000航測(cè)數(shù)字化地形圖測(cè)繪工程，以完善溧陽(yáng)市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和管理信息系統(tǒng)。

3.1 測(cè)區(qū)介紹

溧陽(yáng)市地處江蘇省南部，測(cè)區(qū)位于東經(jīng)119°22'～119°31'、北緯 31°21'～31°30'，西南部有山區(qū)。本工程共分為3個(gè)測(cè)區(qū)，分別位于溧陽(yáng)市區(qū)的南部、東部及北部，總計(jì)施測(cè)范圍 20.78 km2，其中北部測(cè)區(qū)7.96 km2，東部測(cè)區(qū) 4.39 km2，南部測(cè)區(qū) 8.43 km2。施測(cè)內(nèi)容為1∶1 000數(shù)字地形圖測(cè)繪工作，共計(jì)圖幅138幅，其中滿(mǎn)幅84幅，破幅54幅。測(cè)區(qū)具體分布如圖1所示。

圖1 測(cè)區(qū)分布圖

3.2 航測(cè)資料情況

航攝時(shí)間:2010年11月

航攝面積:190 km2

航攝儀:DMC二代全數(shù)字航攝儀DMC II 140

焦距:92 mm

航高:943 m

像幅:8.06 cm×8.7 cm

像元分辨率:7.2 μ

航線(xiàn)敷設(shè):航線(xiàn)南北向飛行，旁向常規(guī)接飛。

像片重疊度:航向60% ～65%，旁向30%左右。

像片旋偏角:小于7°;傾斜角:小于2°;航線(xiàn)彎曲度:小于3%。

影像質(zhì)量:色彩均勻清晰，顏色飽和無(wú)云影，層次豐富反差適中。

3.3 區(qū)域網(wǎng)的劃分和像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)

按照《城市測(cè)量規(guī)范》區(qū)域網(wǎng)劃分要求，根據(jù)測(cè)區(qū)的位置分布，整個(gè)測(cè)圖范圍空三加密共分5個(gè)測(cè)區(qū)。在滿(mǎn)足技術(shù)要求的情況下，每個(gè)區(qū)域航線(xiàn)不超過(guò)8條，每條航帶的基線(xiàn)數(shù)不超過(guò)25條。測(cè)區(qū)內(nèi)全部布設(shè)為平高控制點(diǎn)，每5條～7條基線(xiàn)一個(gè)點(diǎn)，航帶間均布設(shè)平高點(diǎn)。點(diǎn)位的選擇按照規(guī)范要求，選在影像清晰明顯的地物點(diǎn)、接近正交的線(xiàn)狀地物點(diǎn)、地物拐角點(diǎn)或固定的點(diǎn)狀地物上，當(dāng)選在高出或低于地面的地物上時(shí)，在略圖上標(biāo)注比高。

3.4 空三加密

使用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo，AATM+PATB進(jìn)行空三加密，生成加密點(diǎn)，并創(chuàng)建立體模型。加密過(guò)程中各項(xiàng)目定向限差如下:

(1)相對(duì)定向后標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)殘余上下視差限差為0.005 mm，檢查點(diǎn)殘余上下視差限差為0.008 mm;

(2)絕對(duì)定向后，定向點(diǎn)殘差、多余控制點(diǎn)不符值、區(qū)域網(wǎng)內(nèi)公共點(diǎn)較差、區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)較差的限差符合表2要求。

區(qū)域網(wǎng)平差限差表表2

空三解算結(jié)果，相對(duì)定向上下視差一般為0.002 mm，最大不超過(guò)0.005 mm。空三絕對(duì)定向:控制點(diǎn)平面最小中誤差為 0.040 m，最大中誤差為0.060 m，最小殘差為0.003 m，最大殘差為0.124 m?？刂泣c(diǎn)高程最小中誤差為 0.028 m，最大中誤差為0.045 m，最小殘差為0.001 m，最大殘差為0.097 m。區(qū)域網(wǎng)接邊精度:平面最大中誤差為0.101 m，平面最大較差為0.149 m，高程最大中誤差為0.139 m，高程最大較差為0.270 m。

所有測(cè)區(qū)加密成果均優(yōu)于設(shè)計(jì)書(shū)要求，加密過(guò)程中，模型的連接通過(guò)率較高，只有少量模型需手工連接，穩(wěn)定性較高，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位加點(diǎn)時(shí)匹配性較好，降低了人工干預(yù)程度。

3.5 內(nèi)業(yè)數(shù)字化測(cè)圖

在Virtuo Zo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站上進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，像對(duì)定向直接將加密像對(duì)導(dǎo)入測(cè)圖工作站。內(nèi)業(yè)測(cè)繪所有地物的外輪廓，對(duì)立體判測(cè)有疑問(wèn)的影像加注說(shuō)明，為下一工序提供準(zhǔn)確、可靠、完整的數(shù)據(jù)。

全數(shù)字航測(cè)內(nèi)業(yè)測(cè)圖的原則是“內(nèi)業(yè)定位、外業(yè)定性”。內(nèi)業(yè)對(duì)有把握并能夠判定的地物與地貌元素，按圖式符號(hào)直接采集標(biāo)注。對(duì)每個(gè)能判定的地物按地物外輪廓描繪。能準(zhǔn)確判定輪廓全部可見(jiàn)的地物與地貌元素，用測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)地物外輪廓線(xiàn)或定位點(diǎn)直接繪出，做到了無(wú)遺漏、變形和移位每一地物要素。地物輪廓部分可見(jiàn)時(shí)，最大限度測(cè)出，地物影像立體不明顯、對(duì)地物位置沒(méi)有把握時(shí)，標(biāo)注記號(hào)或在圖廓線(xiàn)外圖幅空白處予以說(shuō)明，留待外業(yè)補(bǔ)測(cè)處理。利用像片上影像的信息，凡能提供新增或困難地物定點(diǎn)的幾何圖形或線(xiàn)條、拐角等均準(zhǔn)確地測(cè)繪在圖上。

3.6 外業(yè)調(diào)繪及補(bǔ)測(cè)

外業(yè)地形圖調(diào)繪采用回放紙圖進(jìn)行作業(yè)，外業(yè)根據(jù)內(nèi)業(yè)測(cè)定的定位點(diǎn)、線(xiàn)調(diào)繪地物性質(zhì)，將內(nèi)業(yè)測(cè)定的定位點(diǎn)、線(xiàn)修改到地形圖要求的表示位置。

當(dāng)遇到少量的新增地物或內(nèi)業(yè)測(cè)圖無(wú)法測(cè)出地物，并且該周?chē)锌梢詤⒄盏南鄬?duì)地物時(shí)，可以采取交會(huì)的方法量取兩個(gè)以上的相關(guān)距離，量取地物之間距離的夾角應(yīng)在30°～150°之間，以此補(bǔ)繪出新增地物;當(dāng)遇到沿主要道路兩側(cè)被行樹(shù)密集遮蓋的地物，或大面積建成定型的新增建筑物，用距離交會(huì)不易補(bǔ)測(cè)時(shí)，采用全站儀作全野外解析采集。全站儀數(shù)據(jù)采集時(shí)，必須先用CZCORS(常州CORS)布設(shè)控制點(diǎn)，以保證全站儀采集數(shù)據(jù)的正確無(wú)誤;當(dāng)遇到地形變化(如測(cè)區(qū)有大片魚(yú)塘邊界變化)或其他可以采用CZCORS測(cè)量的情況時(shí)，允許采用CZCORS直接進(jìn)行地形地物的數(shù)據(jù)采集。

本次地形圖測(cè)繪中的高程采集均采用網(wǎng)絡(luò)RTK方法進(jìn)行。

3.7 精度檢查及質(zhì)量控制

通過(guò)對(duì)地形圖成果的主要質(zhì)量特性檢測(cè)表明:該項(xiàng)目地形圖樣本圖幅的地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為0.198 m，間距中誤差為0.192 m，高程中誤差為0.07 m，數(shù)學(xué)精度、地理精度均優(yōu)于設(shè)計(jì)的要求。通過(guò)內(nèi)、外業(yè)各道工序的抽樣檢查，參照測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)加權(quán)綜合評(píng)判，判定溧陽(yáng)市城區(qū)地形測(cè)量補(bǔ)測(cè)工程項(xiàng)目1∶1 000航測(cè)數(shù)字化地形圖成果質(zhì)量為“優(yōu)”。限于篇幅，各類(lèi)部分精度統(tǒng)計(jì)如表3～表5所示。

地物點(diǎn)點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表 表3

6 80.0－54.0 0.272 ±0.5 7 80.8－54.0 0.157 ±0.5 8 81.2－54.0 0.206 ±0.5 9 84.4－45.0 0.165 ±0.5 10 84.4－47.0 0.269 ±0.5

地物點(diǎn)間距精度統(tǒng)計(jì)表 表4

高程精度統(tǒng)計(jì)表 表5

4 結(jié)語(yǔ)

溧陽(yáng)本次采用DMCⅡ數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行航飛在省內(nèi)屬于首家。DMCⅡ數(shù)碼影像的成像寬度比DMCⅠ有所加大，焦距變小，增大了基高比。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)，證實(shí)利用DMCⅡ航攝測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行大比例尺地形測(cè)繪，空三加密及測(cè)圖精度較以前的DMCⅠ都有所提高(平面精度平均提高約18%，高程精度平均提高約30%)。DMCⅡ幅面的改變(DMCⅠ為長(zhǎng)方形，DMCⅡ?yàn)轭?lèi)似正方形)使得空三加密時(shí)測(cè)區(qū)模型連接通過(guò)率也較高，同名點(diǎn)比較容易匹配。但我們?cè)谧鳂I(yè)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，如航飛受天氣的影響較大，天氣不理想產(chǎn)生的霧氣較大;后期影像處理還需改進(jìn)，影像質(zhì)量還有待提高。希望隨著DMC產(chǎn)品的不斷發(fā)展與改進(jìn)，能為我國(guó)大比例尺全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量發(fā)揮更大的作用。

［1］張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)［M］.武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1996

［2］張祖勛.從數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(DPW)到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2007(7)

［3］王長(zhǎng)進(jìn)，趙海.DMC影像在大比例尺地形測(cè)繪中的應(yīng)用［J］.地礦測(cè)繪，2005(2)

［4］韓涼，羅永新.DMC數(shù)字航片在蘇州測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2006(2)

［5］宋大明.DMC影像在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2006(3)

［6］中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社第四編輯室.測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)匯編——攝影測(cè)量與遙感卷［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009