鐵路航測(cè)中應(yīng)用Inpho軟件進(jìn)行空三數(shù)據(jù)處理技術(shù)方法的研究

卓　云

( 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063)

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鐵路航測(cè)中應(yīng)用Inpho軟件進(jìn)行空三數(shù)據(jù)處理技術(shù)方法的研究

卓云

( 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

Research on Aerial Triangulation Technology Methods with Inpho in Railway Aerial Survey

ZHUO Yun

摘要介紹Inpho軟件中MATCH-AT空三加密模塊的功能及其特點(diǎn)，結(jié)合鐵路航測(cè)的生產(chǎn)實(shí)踐，闡述Inpho軟件空三數(shù)據(jù)處理的技術(shù)方法?；赑OS數(shù)據(jù)輔助，可減少外控點(diǎn)數(shù)量，應(yīng)用Inpho軟件空三加密仍能保持很高的精度。

關(guān)鍵詞鐵路航測(cè)Inpho空三加密

在鐵路航空攝影測(cè)量系統(tǒng)中，空三數(shù)據(jù)處理是最終數(shù)字成圖的重要環(huán)節(jié)。其空三加密的過(guò)程就是根據(jù)少量野外控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)以及在像片上所量測(cè)外業(yè)控制點(diǎn)和內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)平差計(jì)算，得出加密點(diǎn)的大地坐標(biāo)及其像片的外方位元素，把大量的野外控制測(cè)量工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)生產(chǎn)，從而縮短航測(cè)成圖的周期，提高整體的工作效率。隨著航空攝影技術(shù)的發(fā)展，尤其是帶有POS系統(tǒng)高分辨率、高精度數(shù)字航攝系統(tǒng)的快速發(fā)展，高質(zhì)量且信息豐富的數(shù)碼影像數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于鐵路航測(cè)生產(chǎn)。應(yīng)用Inpho軟件對(duì)帶有POS輔助系統(tǒng)的數(shù)碼影像進(jìn)行空三數(shù)據(jù)處理，使其高精度、高效率及高度自動(dòng)化的特點(diǎn)在鐵路航測(cè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)得以充分體現(xiàn)。

1Inpho軟件空三加密技術(shù)特點(diǎn)

Inpho軟件是專業(yè)的航空攝影測(cè)量與遙感處理系統(tǒng)軟件，可以全面系統(tǒng)地處理航測(cè)遙感、激光、雷達(dá)等數(shù)據(jù)。其空三加密模塊為MATCH-AT。主要技術(shù)流程及特點(diǎn)如下。

1.1工程設(shè)置

包括相機(jī)文件設(shè)置(焦距、像幅大小、像元大小、主點(diǎn)偏移量及相機(jī)畸變差等)、影像導(dǎo)入、GNSS/IMU數(shù)據(jù)引入、GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入、測(cè)區(qū)航帶建立等。需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：①相機(jī)文件的參數(shù)要嚴(yán)格按照相機(jī)檢校報(bào)告填寫，根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用相機(jī)設(shè)置中坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)可解決復(fù)雜地形中航向旋轉(zhuǎn)、東西航線與南北航線交錯(cuò)、原始航線與補(bǔ)飛航線重疊等問(wèn)題。②POS數(shù)據(jù)是空三數(shù)據(jù)處理過(guò)程中影響精度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，GNSS/IMU的數(shù)據(jù)引入時(shí)應(yīng)注意與像控點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一。 ③導(dǎo)入影像時(shí)需參照像控點(diǎn)成果中高程設(shè)置測(cè)區(qū)平均高程，這對(duì)之后的模型匹配起到重要作用。④可依據(jù)GNSS/IMU的數(shù)據(jù)計(jì)算出航線，如果生成航帶排列不理想，可增加方位角角度值用于約束航帶間關(guān)系。

1.2金字塔影像

數(shù)碼影像下完成的內(nèi)部金字塔中通過(guò)RGB的設(shè)置生成影像色彩信息，用來(lái)解決后期正射影像制作時(shí)勻光勻色的問(wèn)題。

1.3模型連接點(diǎn)的匹配

MATCH-AT模塊的連接點(diǎn)匹配算法是基于特征級(jí)和最小二乘匹配相結(jié)合的多極影像金字塔匹配算法，其高精度的匹配特征即使在沙漠、森林等紋理比較弱的區(qū)域也可以很好地完成匹配工作。在復(fù)雜地形中，地形起伏不一，特征地物分布無(wú)規(guī)則，匹配時(shí)可對(duì)整體連接點(diǎn)獲取不理想的部分區(qū)域建立子區(qū)，單獨(dú)獲取連接點(diǎn)來(lái)解決連接點(diǎn)不準(zhǔn)確或連接點(diǎn)不夠的問(wèn)題。也可刪除原連接點(diǎn)，保留像控點(diǎn)，在POS數(shù)據(jù)不參與計(jì)算的情況下再次獲取連接點(diǎn)。

1.4平差

在放置完像控點(diǎn)及匹配點(diǎn)合理的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)平差處理， MATCH-AT模塊采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差模型進(jìn)行平差解算，其基本理論是中心投影的共線條件方程式，通過(guò)每個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)觀測(cè)值，按照最小二乘準(zhǔn)則平差，得出各加密點(diǎn)坐標(biāo)。為了保證限差滿足精度要求，微調(diào)像控點(diǎn)后，可適當(dāng)調(diào)整GNSS/IMU的標(biāo)準(zhǔn)差值，以減少POS信息對(duì)平差計(jì)算的權(quán)重。

2工程實(shí)例

以沿海某新建高速鐵路的航測(cè)內(nèi)業(yè)inpho軟件空三加密為例。

2.1基本資料

該測(cè)段線路走向?yàn)槟媳毕颍跋駭?shù)據(jù)是東西航向。采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系為平面坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，測(cè)區(qū)的外控資料平面點(diǎn)為國(guó)家四等及以上點(diǎn)，高程點(diǎn)為國(guó)家四等及以上水準(zhǔn)點(diǎn)。影像數(shù)據(jù)為帶有POS數(shù)據(jù)的DMC數(shù)碼航攝儀影像，焦距f=91.968 6 mm，影像尺寸為14 144×15 552，像元大小為5.6 μm，地面分辨率為0.05 m。測(cè)區(qū)共7個(gè)航帶，105張影像，每個(gè)航帶有14個(gè)相對(duì)。由于像幅小，像對(duì)多，外業(yè)采用區(qū)域網(wǎng)平高布點(diǎn)。像控點(diǎn)布設(shè)方案如圖1所示，平高點(diǎn)均勻分布在四周，沿航線方向間隔6條基線布設(shè)一個(gè)高程控制點(diǎn)。

圖1　像控點(diǎn)布設(shè)方案

2.2空三數(shù)據(jù)處理

在Applications Master 下建立工程，準(zhǔn)確設(shè)置相機(jī)文件參數(shù)，導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)、GNSS/IMU數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)等。為了模型連接點(diǎn)匹配的準(zhǔn)確，在導(dǎo)入影像時(shí)設(shè)置飛行區(qū)域的地面平均高度值。計(jì)算航線生成時(shí)設(shè)置azimuth tolerance為5°，系統(tǒng)準(zhǔn)確計(jì)算出7條航線及其分布情況。建立內(nèi)部金字塔影像之后進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配，由于影像本身的色差、地形地物的遮擋變形等，系統(tǒng)匹配連接點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)位不理想、不清晰以及錯(cuò)點(diǎn)的情況，故需先人工確定測(cè)區(qū)外圍4個(gè)像控點(diǎn)的點(diǎn)位，再由系統(tǒng)參照GNSS/IMU數(shù)據(jù)啟動(dòng)空中三角測(cè)量進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配。利用Inpho軟件影像處理和多影像匹配技術(shù)完成模型連接點(diǎn)的點(diǎn)位選擇和航帶間連接點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，匹配單元的大小可根據(jù)影像實(shí)際情況變化，以保證模型中有足夠的連接點(diǎn)。檢測(cè)連接點(diǎn)匹配情況時(shí)，需要在區(qū)域網(wǎng)的邊緣處適當(dāng)增加連接點(diǎn)。MATCH-AT模塊工作界面如圖2。

圖2　MATCH-AT工作界面

GPS像控點(diǎn)也可利用迭代的方式進(jìn)行量測(cè)：首先提取連接點(diǎn)，然后手工量測(cè)測(cè)區(qū)外圍的控制點(diǎn)，再次獲取連接點(diǎn)后像控點(diǎn)的位置只需做微調(diào)即可。在實(shí)際空三加密作業(yè)中，遇到錯(cuò)點(diǎn)或者判斷不清的點(diǎn)，可以有針對(duì)地選擇用于平面或者高程控制，以提高整個(gè)區(qū)域的加密精度。如本測(cè)區(qū)中像控點(diǎn)Y65023用于高程控制，該測(cè)區(qū)的平差結(jié)果如表1所示。

表1　平差結(jié)果　m

2.3成果分析

依據(jù)規(guī)范，1∶2 000區(qū)域網(wǎng)外業(yè)布點(diǎn)航線數(shù)為2～4條，高程控制點(diǎn)間隔為4～6條基線，而本測(cè)區(qū)在影像像幅小，基線短的情況下區(qū)域網(wǎng)放寬為7航線，高程控制點(diǎn)按7基線布設(shè)，基于POS輔助下利用inpho軟件空三加密后得出的像控點(diǎn)殘差能夠滿足規(guī)范中1∶2 000精度要求。在空三數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，精度關(guān)系著數(shù)字成圖的質(zhì)量。本算例中選取3個(gè)中間野外控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，通過(guò)外圍像控點(diǎn)做區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，其比較后精度對(duì)比如表2。

表2　精度檢核　m

通過(guò)以上對(duì)比可以看出，用inpho進(jìn)行空三加密的精度能夠滿足鐵路航空攝影測(cè)量1∶2 000空三數(shù)據(jù)處理規(guī)范的要求，說(shuō)明inpho系統(tǒng)下區(qū)域網(wǎng)平差具穩(wěn)定性及均衡性。使用inpho進(jìn)行空三加密不僅可以大大降低對(duì)野外控制點(diǎn)數(shù)量上的需求，而且效率也有明顯的提高。

3結(jié)束語(yǔ)

數(shù)碼影像像幅小、像對(duì)基線短，相較光學(xué)影像，同一測(cè)區(qū)的像片數(shù)量、像對(duì)數(shù)增加很多，基于POS輔助應(yīng)用Inpho軟件對(duì)數(shù)碼影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密，具有高精度、高效率、高自動(dòng)化，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)外業(yè)中的粗差點(diǎn)并快速有效地完成空三數(shù)據(jù)處理。

采用inpho空三加密在POS輔助下可以有效減少外業(yè)控制點(diǎn)的數(shù)量，縮短航測(cè)生產(chǎn)周期。而將外業(yè)控制點(diǎn)均勻分布在測(cè)區(qū)中有利于提高測(cè)區(qū)加密成果的精度。

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中圖分類號(hào)：P231.4； P231.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0031-03

作者簡(jiǎn)介：卓云(1982—)，女，2006年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)，工程師。

收稿日期：2015-12-07