地測(cè)遙感技術(shù)建置數(shù)值模型研究

摘要：LPS是Leica Photogrammetry Suite的簡(jiǎn)稱，是航空攝影測(cè)量及遙感圖像處理軟件系列。LPS可以處理各種遙測(cè)影像，如航空影像、衛(wèi)星影像、雷達(dá)影像等，其應(yīng)用可包括向量數(shù)據(jù)收集、數(shù)值地形產(chǎn)生、正射影像鑲嵌及遙感處理。相較于傳統(tǒng)攝影測(cè)量，利用計(jì)算機(jī)軟件的程序化步驟能夠快速建置數(shù)值地形模型，以客觀的角度了解地物地貌特征，為圖像處理及攝影測(cè)量提供了高精度及高效能的生產(chǎn)工具。

關(guān)鍵詞：地測(cè)遙感技術(shù)；數(shù)值模型；LPS；遙測(cè)影像；航空影像 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P208 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0201

1 使用軟件簡(jiǎn)介

Match-T是德國(guó)Inpho軟件公司旗下攝影測(cè)量商業(yè)軟件，其強(qiáng)大的自動(dòng)匹配能力可以基于立體像對(duì)自動(dòng)且高效地匹配密集點(diǎn)云，可從航空或衛(wèi)星影像上提取高精度的數(shù)值地形模型。

2 航空影像來源介紹

拍攝DMC影像可使用航遙測(cè)飛機(jī)、航空攝影機(jī)、數(shù)化制圖儀器、資源調(diào)查儀器與經(jīng)驗(yàn)豐富之專業(yè)技術(shù)人員執(zhí)行航測(cè)制圖及農(nóng)林、工礦資源航測(cè)調(diào)查業(yè)務(wù)，提供鐵公路、機(jī)場(chǎng)、港口、水庫、礦場(chǎng)等經(jīng)濟(jì)建設(shè)之基本資料，并作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、森林經(jīng)營(yíng)、國(guó)土規(guī)劃、區(qū)域計(jì)劃、資源開發(fā)、土地利用等調(diào)查規(guī)劃之用?？蛇x用設(shè)備Zeiss Intergraph DMC航照數(shù)字相機(jī)與Leica ADS40航照數(shù)字掃描儀，以取代底片航測(cè)相機(jī)與多光譜掃描儀。航照數(shù)位相機(jī)（DMC）及航照數(shù)字掃描儀（ADS40）以數(shù)值記錄方式進(jìn)行航照任務(wù)，除省去體店沖洗與掃描等業(yè)務(wù)外，更可同時(shí)取得R、G、B等可見光波段及近紅外光（NIR）波段之影像，較傳統(tǒng)必須分別拍攝可見光與紅外光照片作業(yè)方式，數(shù)字相機(jī)所攝得之影像應(yīng)用價(jià)值更高，也更節(jié)省作業(yè)成本，加上慣性定位定向系統(tǒng)之輔助，可取得攝影曝光瞬間的位置與姿態(tài)參數(shù)，節(jié)省后續(xù)的空中三角測(cè)量平差作業(yè)所需的人力及時(shí)間。

3 數(shù)位航測(cè)相機(jī)簡(jiǎn)介

Z/I DMC成像原理與傳統(tǒng)相機(jī)類似，采用框幅式（frame）攝影，相機(jī)配有4個(gè)高分辨率全色態(tài)（Panchromatic）電荷耦合裝置（Charge Coupled Device，CCD）鏡頭及4個(gè)原分辨率R、G、B、NIR多光譜（Milti-Spectrum）CCD鏡頭。其中全色態(tài)鏡頭之像元大小為12μm，焦距為120mm，輻射分辨率為12bit。DMC影像在正射處理時(shí)，于航帶內(nèi)及航帶與航帶之間，皆需再經(jīng)過鑲嵌處理?？蚍接跋裨跀?shù)據(jù)管理上較為方便，但在影像融合及鑲嵌作業(yè)上需花費(fèi)較多時(shí)間。

Leica ADS 40采用推掃式（Push Broom）攝影紀(jì)錄地面訊息，原理與傳統(tǒng)狹縫相機(jī)類似，所得影像成帶狀型式，同一航線所得影像，可不需經(jīng)過鑲嵌處理，即可不間斷瀏覽，色調(diào)也較一致。多光譜影像部分，同時(shí)備有2組置于不同視角之線狀CCD傳感器（后視及底視），全色態(tài)部分則有3組不同視角之線狀CCD傳感器（后視、底視及前視），組合后可獲得連續(xù)之立體像對(duì)，供立體觀察與數(shù)值航測(cè)地形圖測(cè)繪等應(yīng)用。各波段之線狀CCD傳感器像元大小皆為6.5μm，焦距為62.77mm，輻射分辨率為12bit，因R、G、B、NIR波段與全色態(tài)波段同樣為高分辨率，故不需再進(jìn)行影像融合，即可直接獲取高分辨率的彩色影像，且鑲嵌作業(yè)僅需針對(duì)航帶與航帶之間，較符合緊急災(zāi)害制圖所需，但其帶狀影像的儲(chǔ)存方式，與現(xiàn)有依圖幅或片幅之?dāng)?shù)據(jù)管理方式較不兼容。

4 數(shù)值地形模型建置流程

本研究利用所拍攝之航空影像配合LPS及MATCH-T航測(cè)軟件建置高精度數(shù)值地形模型，其建置流程及相關(guān)說明如下圖1所示：

4.1 取得影像數(shù)據(jù)

確定研究區(qū)域及動(dòng)機(jī)目的后，第一步為透過航跡圖了解飛機(jī)通過研究區(qū)域的航線軌跡及影像重迭率，挑選符合建置數(shù)值地形模型之質(zhì)量良好航空影像，還必須注意相片內(nèi)容清晰及遮蔽物的有無，避免影響后續(xù)建置成果。

4.2 相機(jī)參數(shù)確認(rèn)

制作數(shù)值地形模型需要輸入拍攝影像當(dāng)時(shí)的相機(jī)型號(hào)及相關(guān)信息，如焦距長(zhǎng)度、影像畫素、像元尺寸與像主點(diǎn)移位等，以供航測(cè)軟件作后續(xù)處理。

航照數(shù)字相機(jī)DMC相機(jī)參數(shù)：任務(wù)編號(hào)：070529g_27；焦距長(zhǎng)度：120mm；影像畫素：13824*7680pixel；像元尺寸：12μm；像主點(diǎn)移位：X0=0.0mm，Y0=0.0mm。

4.3 內(nèi)方位設(shè)定與外方位設(shè)定

攝影測(cè)量作業(yè)中的方位（Orientation）有兩類：一類為內(nèi)方位（Interior Orientation）；另一類為外方位（Exterior Orientation）。相關(guān)說明如下：

第一，內(nèi)方位設(shè)定。如圖2所示內(nèi)方位包括了像主點(diǎn)坐標(biāo)（X0，Y0）、像主點(diǎn)位移（ΔX，ΔY）、焦距（f）及鏡頭率定參數(shù)（透鏡的輻射與畸變差、框標(biāo)間的相對(duì)位置或距離等），其目的為建構(gòu)以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的相片坐標(biāo)系統(tǒng)及恢復(fù)攝影瞬間每張相片鏡頭與投影光束的幾何關(guān)系，以校正相片上的誤差。

第二，外方位設(shè)定。外方位設(shè)定就是將野外現(xiàn)地測(cè)量GPS-RTK得到的地面點(diǎn)坐標(biāo)及高程（x，y，z）作為影像中的地面控制點(diǎn)，也就是將兩張以上相片中的共同特征物（如道路交角、地面標(biāo)志、人工建物等）賦予真實(shí)的大地坐標(biāo)數(shù)值，其目的為連接地面坐標(biāo)系與影像坐標(biāo)系統(tǒng)兩者間的關(guān)聯(lián)性。此步驟需要耗費(fèi)最多的時(shí)間與人力點(diǎn)選控制點(diǎn)位，為數(shù)值地形模型精度好壞之關(guān)鍵。倘若航空照片拍攝方有提供個(gè)別影像之外方位參數(shù)，即可直接匯入MATCH-T生成數(shù)值地形模型，大大減少建置DTM時(shí)間長(zhǎng)度。

4.3.1 空中三角計(jì)算外方位參數(shù)。當(dāng)前述的內(nèi)方位及外方位設(shè)定完成后，便交由LPS進(jìn)行空中三角計(jì)算外方位參數(shù)，所謂相片的外方位，是指相片中心于空間坐標(biāo)系內(nèi)之位置（X、Y、Z）及相機(jī)攝影瞬間的空中姿態(tài)（ω、φ、κ），方位角（ω）、傾角（φ）及旋轉(zhuǎn)角（κ）分別代表航空相片于空間坐標(biāo)系之旋轉(zhuǎn)角度。

4.3.2 生成數(shù)值地形模型。經(jīng)過以上流程，最后將個(gè)別影像及相對(duì)應(yīng)之外方位參數(shù)匯入MATCH-T，計(jì)算出重迭影像對(duì)中相同點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息（圖3），再經(jīng)過轉(zhuǎn)檔及裁切等步驟將其轉(zhuǎn)化成易于展示之格式與樣貌，幫助后續(xù)相關(guān)之探討分析使用。

5 結(jié)語

近年來隨著電子與光電科技的進(jìn)步，攝影測(cè)量已趨向數(shù)字化及自動(dòng)化操作，且僅需甚少人力控制即可完成，并大大縮短了工作時(shí)間。

由于攝影技術(shù)及相片質(zhì)量的提升，其由量度的攝影測(cè)量變?yōu)榱慷鹊臄z影測(cè)量與相片判讀同時(shí)發(fā)展，量度的攝影測(cè)。當(dāng)前在地球表的研究中，如地理學(xué)、地形學(xué)、地質(zhì)學(xué)、森林學(xué)、土壤學(xué)等，都可利用航空影像增加研究的便利。此外如石油或礦藏探勘、災(zāi)害調(diào)查、工程及軍事用途等，均藉由航空影像作空中偵察（Aerial reconnaissance）獲得更全面的地表信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 張仁華.實(shí)驗(yàn)遙感模型及地面基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1996.

[2] 苗慶杰，周彥文，曲均浩，李鉑.遙感在防震減災(zāi)中的應(yīng)用[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，（2）.

作者簡(jiǎn)介：楊寶石（1977-），男，供職于內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，中級(jí)職稱，研究方向：礦山機(jī)電。

（責(zé)任編輯：周 瓊）