天津市域1∶2000 DOM快速制作流程的關(guān)鍵技術(shù)分析

陳香 ，徐衛(wèi)民，王金玲，王琳

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引 言

近年來，隨著天津市城市建設(shè)步伐的不斷加快和建設(shè)范圍的不斷擴展，各相關(guān)部門對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的需求也越來越多。為適應(yīng)全市快速建設(shè)形勢，促進全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，做好基礎(chǔ)測繪服務(wù)保障，為各級領(lǐng)導(dǎo)決策提供翔實可靠的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，滿足城市規(guī)劃、綜合開發(fā)以及城市管理等工作的需要。

天津市規(guī)劃局指令天津市測繪院于2010年7月至9月底負責(zé)實施全市域航空攝影及 1∶2 000 數(shù)字正射影像圖制作項目，從而實現(xiàn)天津市域最新現(xiàn)勢性1∶2 000 數(shù)字正射影像圖全覆蓋。針對該項目時間短、任務(wù)量大的特點，按照常規(guī)作業(yè)方法很難完成。項目實施過程中，結(jié)合前期相關(guān)試驗，對正射影像圖制作流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了技術(shù)改進和技術(shù)創(chuàng)新。

2 項目的精心組織與科學(xué)管理

天津市測繪院在項目初期進行了大量的準備工作，包括人員的培訓(xùn)，作業(yè)流程的優(yōu)化等;實施過程中，為了提高工效，控制成本，專門制定了《2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作項目實施方案》，對項目的組織結(jié)構(gòu)、崗位職責(zé)、生產(chǎn)流程、工期安排、資源配置等方面進行詳細部署。由于精心組織與管理科學(xué)，在任務(wù)重、工期緊的情況下依然按時完成了該項目，并實現(xiàn)成果全部上交與歸檔。

3 正射影像圖制作技術(shù)路線

正射影像圖制作流程如圖1所示，數(shù)字航空攝影完成后可獲得原始影像數(shù)據(jù)和定位定姿系統(tǒng)(position and orientation system，POS)數(shù)據(jù);使用專業(yè)勻光、調(diào)色軟件對原始影像進行勻光調(diào)色處理可直接得到用于正射糾正的影像;同時，在Pixel Grid 中導(dǎo)入原始影像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)以及像控點影像庫中的像控點數(shù)據(jù)進行POS 輔助空中三角測量完成數(shù)據(jù)的加密工作;對于地形變化的區(qū)域，原有DEM 已經(jīng)不能滿足正射糾正需求，需要利用新的加密成果通過多基線、多重匹配特征的全自動密集匹配變化區(qū)域數(shù)字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，并使用濾波算法和人工編輯生成2 m 分辨率的DEM，完成對歷史DEM 成果的修測;在Pixel Grid 中導(dǎo)入加密成果和修測的DEM，對調(diào)色后的影像進行單機多核批量數(shù)字微分糾正，最后在ERDAS 中完成鑲嵌和裁圖。

圖1 2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作技術(shù)路線

4 正射影像圖制作技術(shù)改進與技術(shù)創(chuàng)新

4.1 數(shù)字航空攝影

采用數(shù)碼航空遙感系統(tǒng)(DMC)實施航空攝影并輔以POS 測量系統(tǒng)，與傳統(tǒng)航空攝影比較，該系統(tǒng)是一個專門用于光譜攝影的高分辨率和高精度數(shù)字攝影系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點:電子像移補償FMC 技術(shù)消除了傳統(tǒng)航空攝影的局限性;改善了輻射分辨率;由于內(nèi)定向的殘差為零，提高了攝影測量的幾何精度;省去了影像沖洗掃描工序，能夠縮短數(shù)據(jù)處理的周期;一次攝影同時獲取全色黑白、彩紅外和真彩色影像數(shù)據(jù)，拓寬了潛在的應(yīng)用范圍，輔助的POS 測量系統(tǒng)，使獲得數(shù)字影像的同時還獲得每張影像的高精度外方位元素信息。

4.2 像控點建庫及測量

外業(yè)像控點測量是空中三角測量的一個重要環(huán)節(jié)，其測量進度直接影響著整個項目的進展。由于陰雨天氣等偶然因素的存在，加上天津市域12 000 余平方千米的作業(yè)面積，同時還要考慮較短的制作工期，常規(guī)的外業(yè)像控點測量難以滿足內(nèi)業(yè)空三加密的需求，因此，天津市測繪院自主研發(fā)天津市歷史像控點影像庫(如圖2所示)，該庫以天津市2008年兩次航飛涉及的兩批像控點和2006年濱海新區(qū)及新四區(qū)的像控點作為初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包含像控點編輯、像控點庫編輯和像控點應(yīng)用三個模塊;將歷史像控點影像庫直接應(yīng)用于2010年天津市數(shù)字正射影像圖制作不僅僅為加密區(qū)提供了所需的絕大多數(shù)可用像控點，還可以將加密工程進行坐標轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到技術(shù)設(shè)計書所要求的地方坐標系，大大提高了空中三角測量的運行效率。而對于加密區(qū)內(nèi)丟失的少數(shù)像控點可以通過外業(yè)補測。外業(yè)像控點測量采用天津市GPS 連續(xù)運行參考站網(wǎng)系統(tǒng)可以直接獲得像控點的三維坐標，同時應(yīng)用自主研發(fā)的像控點整飾軟件在PDA 上進行像控點刺點及整飾工作，最后把新測的像控點整理入庫，保證了天津市歷史像控點影像庫的現(xiàn)勢性。項目執(zhí)行過程也證明該庫能提供約80%的可用像控點資料，很大程度上減少外業(yè)工作量，提高空三加密的效率。

圖2 天津市歷史像控點影像庫

4.3 POS 輔助空中三角測量

首先對于測區(qū)內(nèi)的所有影像，選擇影像批處理工具批量生成索引影像和金字塔影像，并通過同名點與其對應(yīng)的同名核線距離檢查POS 數(shù)據(jù)設(shè)置是否正確，否則重新設(shè)置(如圖3所示);然后根據(jù)高精度POS 和地面高程預(yù)測在所有影像上的同名點位置并提取同名點，相比無POS 或POS 精度不高的傳統(tǒng)空中三角測量有效減少了連接點提取時間和誤匹配概率;利用Pixel-Grid 系統(tǒng)中的平差工具進行自由網(wǎng)平差解算，其平差的基本過程如下:啟用粗差探測進行平差，并刪除誤差較大的點，不斷循環(huán)上述過程直至整個平差過程趨于穩(wěn)定，關(guān)閉粗差探測功能，同時注意觀察整個區(qū)域網(wǎng)的連接強度及均勻分布，必要時需人工加點。同時，為了保證空中三角測量的區(qū)域網(wǎng)接邊質(zhì)量，自主開發(fā)了空中三角測量接邊檢查和配賦軟件。

圖3 檢查POS 設(shè)置是否正確

4.4 DEM 計算與實時編輯

采用計算機集群技術(shù)和先進的海量遙感圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Pixel Grid 完成。該系統(tǒng)可以通過多基線、多重匹配特征的全自動密集匹配DSM，并使用濾波算法生成DEM，此方法使得項目在運行過程中，無論是DEM 的生產(chǎn)還是對歷史DEM 的修測，所花費時間僅占立體采集方法生成DEM 時間的四分之一，而且對于系統(tǒng)濾波后的DEM 可以再輔以人工實時編輯，這樣就可以解決濾波后DEM 引起的各種變形問題，大大提高后期正射影像圖制作的效率，如圖4所示。

圖4 正射影像處理效果

4.5 DOM 色調(diào)調(diào)整

包括兩個方面，第一是使用專業(yè)勻光、調(diào)色軟件對原始影像進行勻光處理，消除“燒餅”效應(yīng)等問題，并依據(jù)“標準片”分航線將測區(qū)內(nèi)的影像色調(diào)統(tǒng)一處理使之接近標準色調(diào)，減少鑲嵌后來自不同單片的色調(diào)不一致性;第二是在成果影像整體色調(diào)調(diào)整方面，引入國際上先進的Photoshop 插件——REEBOTOO(北京銳宇博圖科技有限公司)遙感影像轉(zhuǎn)換中間件，能夠打開IMG 格式大文檔影像數(shù)據(jù)，很好的解決DOM 成果由于不同航線不同架次不同天氣引起的整體調(diào)色問題，從而保證最終成果顏色整體的一致性。

4.6 DOM 影像庫管理系統(tǒng)建設(shè)

采用了多項先進技術(shù)，主要概括如下:①獨特的影像金字塔數(shù)據(jù)組織方法:采用金字塔結(jié)構(gòu)算法，根據(jù)區(qū)域影像特征用數(shù)學(xué)函數(shù)來描述金字塔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)區(qū)域影像數(shù)據(jù)的分級管理和分級調(diào)度，提高了影像顯示速度。其最大的優(yōu)點是除了調(diào)用和顯示速度快以外，而且對計算機的內(nèi)存沒有任何限制。②獨特的影像數(shù)據(jù)壓縮與處理技術(shù):金宇影像壓縮(Tianjin Decode Image，TDI)技術(shù)采用了新一代小波分析理論，在保持最大信息量的基礎(chǔ)上，顯著提高了壓縮倍率，最高可達到100 倍，具有很好的壓縮和解壓的速度。③具有自主版權(quán)的影像數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)軟件包:本項目利用計算機組件(COM)技術(shù)開發(fā)完成了金宇影像數(shù)據(jù)庫管理SDK(Software Development Kit)開發(fā)包。通過它可以獨立完成大型影像數(shù)據(jù)庫的開發(fā)工作，也可以與目前國際上流行的GIS 系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)結(jié)合提高其對超大影像數(shù)據(jù)的管理和快速顯示的能力。

5 正射影像圖的成果質(zhì)量控制

正射影像圖的質(zhì)量評價主要包括影像質(zhì)量、幾何精度和接邊精度等質(zhì)量指標。影像質(zhì)量一般包括影像分辨率和影像特性，通過人工檢查影像的分辨率、色彩、色調(diào)、反差、紋理等以達到項目的要求;位置精度主要指影像的平面精度，利用現(xiàn)有1∶500、1∶2000 地形圖及像控點庫中控制點對DOM 成果幾何精度進行過程控制;同時，針對DOM 接邊精度及元數(shù)據(jù)質(zhì)量情況，自主研發(fā)檢查軟件，在作業(yè)過程中就引入檢查機制，保證了接邊精度在DOM 制作過程中就得到控制。

6 結(jié) 語

本文對天津市域1∶2000 的DOM 制作方法、流程及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)改進與技術(shù)創(chuàng)新進行了闡述，并對成果質(zhì)量進行檢查與控制，經(jīng)過項目的實際生產(chǎn)檢驗，在同等的作業(yè)前提下，該方法使得正射影像圖的制作效率提高約35%。此外，良好的整體顏色一致性使得正射影像成果可以直接應(yīng)用于掛圖、專題圖等后期制作。

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