大比例尺數(shù)字正射影像圖的制作方法及應(yīng)用方向研究

李錦業(yè) 蘇 瑩

(建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京100007)

引言

數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map，DOM)是對衛(wèi)星、航空遙感影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌生成的影像數(shù)據(jù)集，它同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征[1]。數(shù)字正射影像圖是攝影測量的重要產(chǎn)品，是地理環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。本文所要研究的大比例尺數(shù)字正射影像圖(以下簡稱“DOM”)是指基于航空遙感影像制作而成的DOM。

1 數(shù)字正射影像圖的制作

1.1 傳統(tǒng)制作方法

傳統(tǒng)的DOM制作過程主要包括外業(yè)控制點(diǎn)測量、內(nèi)業(yè)空中三角測量、提取特征點(diǎn)線、DEM編輯、數(shù)字微分糾正、影像鑲嵌、影像分幅裁切、勻光勻色處理等作業(yè)步驟(如圖1所示)。

該方法工序復(fù)雜，費(fèi)用較高，在制作大城市甚至特大城市范圍的DOM時(shí)往往需耗費(fèi)較長的工期，使得基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新速度滯后于城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度;另一方面，由于傳統(tǒng)的DOM制作方法需要依靠大量的外業(yè)控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)絕對定向，在沙漠、森林、大面積水域等無明顯控制點(diǎn)可采的地區(qū)，DOM的制作受到很大限制。

圖1 傳統(tǒng)DOM制作流程圖

1.2 機(jī)載POS系統(tǒng)輔助制作方法

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)的發(fā)展以及慣導(dǎo)測量儀(IMU)的出現(xiàn)，在進(jìn)行數(shù)碼航空攝影時(shí)，加入IMU/DGPS(慣導(dǎo)測量儀/差分全球定位系統(tǒng))技術(shù)，可以減少外業(yè)控制測量甚至不需要外業(yè)控制，這種方式即為機(jī)載POS系統(tǒng)輔助的DOM制作方法。

機(jī)載POS系統(tǒng)全稱為高精度定位定向系統(tǒng)(Position Orientation System，簡稱 POS 系統(tǒng))[4]。它集成慣性測量裝置、航攝儀、機(jī)載GPS接收機(jī)和地面基準(zhǔn)站四個(gè)部分。利用機(jī)載POS系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)地面基準(zhǔn)站可以直接獲取航攝像片的6個(gè)外方位元素，然后根據(jù)攝影測量共線方程的原理，直接解算地面點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)。

因?yàn)镚PS的精度、我國受大地水準(zhǔn)面的擬合精度等多方面因素制約，完全利用POS系統(tǒng)進(jìn)行DOM制作還未進(jìn)入全面實(shí)用的階段，較常見的解決方案是將POS系統(tǒng)獲取的定位定向參數(shù)，引入航空攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差中，結(jié)合少量的地面控制點(diǎn)，采用統(tǒng)一的數(shù)字模型和算法，獲得精確的影像外方位元素和立體測圖控制點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

今后隨著相關(guān)理論、技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及社會發(fā)展對地理信息快速、全面、高效、連續(xù)更新的需求，全球定位系統(tǒng)、慣性測量裝置組合系統(tǒng)將會在航空攝影中發(fā)揮越來越重要的作用，機(jī)載POS系統(tǒng)輔助制作DOM的方法具有極高的使用價(jià)值和良好的發(fā)展前景。

2 數(shù)字正射影像圖的應(yīng)用方向

數(shù)字正射影像圖(DOM)同時(shí)具有地圖和圖像的特點(diǎn)，信息量豐富，可讀性強(qiáng)，幾何精度高，可直接量測距離，其在城市公共服務(wù)、城市管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。

2.1 提供承載

DOM是地表信息的真實(shí)反映，它能夠高效逼真的將“數(shù)字城市”展示在電腦或各類屏幕上，同時(shí)，DOM是連續(xù)且無縫拼接的，這些特點(diǎn)使得DOM能夠承載各類信息并開展綜合應(yīng)用。

目前，城市的各類公共服務(wù)地理信息平臺、虛擬城市管理系統(tǒng)、城市規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)、違規(guī)建筑查詢執(zhí)法系統(tǒng)、城市交通信息系統(tǒng)、國土資源管理信息系統(tǒng)等均以DOM作為基礎(chǔ)的承載底圖，疊加各類矢量要素，實(shí)現(xiàn)直觀展示、空間分析等功能;在商業(yè)領(lǐng)域，以DOM為基礎(chǔ)，疊加道路、居民點(diǎn)、公共服務(wù)設(shè)施等數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)出行路線查詢、基礎(chǔ)設(shè)施查詢等便民服務(wù)，從而支撐了諸如“百度地圖”、“搜狗地圖”等商業(yè)網(wǎng)站的高訪問量。

2.2 提供信息

DOM是由多個(gè)波段的灰度數(shù)據(jù)組合而成的，通過對DOM的專業(yè)處理，可以提取不同行業(yè)人員所關(guān)心、感興趣的深層信息，以達(dá)到遙測、反演等目的。例如，通過不同時(shí)相DOM的疊加分析，可以快速得到農(nóng)作物種類、水庫豐水期和枯水期面積等信息;可以根據(jù)同一時(shí)段獲取的DOM上的建筑陰影來提取建筑高度參數(shù)，再結(jié)合航攝瞬間的飛行高度、太陽高度角等參數(shù)通過進(jìn)一步計(jì)算得到建筑容積率、建筑密度等相關(guān)指標(biāo);可以基于數(shù)碼航攝獲取的近紅外波段，利用一定的植被指數(shù)模型計(jì)算得到植被健康狀況、植被生物量等植被生理指數(shù)。

通過DOM挖掘深層次的信息具有快速、高效、宏觀等特點(diǎn)，可以很大程度上節(jié)省人力、物力，但是這種應(yīng)用方式對人員的專業(yè)知識要求比較高，所以一般具有地學(xué)背景和知識的科研人員應(yīng)用較多。

2.3 提供框架

通過對DOM的地理編碼，可以生成能夠組織管理各類數(shù)據(jù)的核心框架。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，人類活動的80%與空間分布有關(guān);世界上現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息絕大部分都與空間位置相關(guān)。開發(fā)基于DOM構(gòu)建的地理空間框架，使其成為有效的組織、管理各類數(shù)據(jù)信息的核心技術(shù)是數(shù)字正射影像圖的另一重要用途。

3 結(jié)論與展望

本文對大比例尺數(shù)字正射影像圖的制作方法和應(yīng)用方向作了初步的分析和論述，作為地表現(xiàn)狀最快捷、最真實(shí)的反映，DOM正向著制作工藝更自動化、應(yīng)用方式更深入的方向發(fā)展。隨著傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，在未來的航空攝影中，采用傾斜攝影平臺進(jìn)行航攝并制作城市三維模型，將能更直觀的展現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界，數(shù)據(jù)應(yīng)用也會有更大的價(jià)值和潛力。

[1]《測繪基本術(shù)語》GB/T 14911-2008.

[2]張祖勛，張建清.數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2001.

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