單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正

王占宏，吳滿意,2，田懷啟，何云貴，陳 琦，翟珊珊

(1. 國家測繪地理信息局第一地形測量隊，陜西 西安 710054； 2. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正

王占宏1，吳滿意1,2，田懷啟1，何云貴1，陳 琦1，翟珊珊1

(1. 國家測繪地理信息局第一地形測量隊，陜西 西安 710054； 2. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

主要研究基于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正模型與思路，基于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)如何有效快速正射糾正是阻礙單片影像直接應用于測繪生產(chǎn)的主要原因。通過試驗發(fā)現(xiàn)，單片調(diào)繪的矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過正射糾正后完全滿足1∶10 000 DLG測圖精度要求，可以直接作為矢量數(shù)據(jù)成果轉入內(nèi)業(yè)編輯工序，不再僅僅作為內(nèi)業(yè)定性資料使用，省去了作業(yè)人員重新繪制矢量數(shù)據(jù)的多余生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有利于提高1∶10 000DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率，為豐富航攝內(nèi)外業(yè)一體化測圖生產(chǎn)提供了重要技術支撐。

正射糾正模型；高程內(nèi)插；單片影像；調(diào)繪數(shù)據(jù)；矢量糾正

目前，常用的地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)或更新的模式是在已有的DOM底圖基礎上開展，這種作業(yè)方式的優(yōu)勢在于外業(yè)調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)可以直接用于內(nèi)業(yè)編輯制圖，實行內(nèi)外一體化測繪生產(chǎn)作業(yè)。但是，這種作業(yè)方法對于戰(zhàn)線長、測區(qū)范圍大及自然條件惡劣的項目來說，各工序間銜接與往返測區(qū)采集數(shù)據(jù)勢必影響測繪工期和帶來作業(yè)風險。因此，探索基于單片影像的內(nèi)外業(yè)同時進行作業(yè)，再利用控制點對影像、調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)進行糾正、重新套合影像與矢量數(shù)據(jù)的方法，會有效提高生產(chǎn)效率，縮短作業(yè)周期[1-4]。

本文主要開展了單片影像調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)正射糾正的模型研究與試驗，單片影像調(diào)繪生產(chǎn)的矢量數(shù)據(jù)如何有效糾正是阻礙利用單片影像進行調(diào)繪生產(chǎn)的主要原因。因此，筆者在詳細研究各種影像正射糾正模型的基礎上，選擇了適合于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正模型，完成調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正。

1 正射糾正算法及矢量數(shù)據(jù)糾正思路

1.1 主要模型介紹

(1) 共線方程模型：攝影測量領域基本模型，由于其嚴格給出了成像瞬間物方空間和像方空間的幾何對應關系，因此其幾何校正精度是目前認為精度最高、研究最多、應用最廣的糾正模型[5-6]。

(2) 框幅式航攝影像數(shù)字微分糾正：確定原始圖像(x，y)與糾正后圖像(X，Y)之間的幾何關系[5,7-9]，有直接法和間接法兩種表達式。

(3) 推掃式航片數(shù)字微分糾正：推掃式成像的每幅影像是一個多中心投影方式，在進行幾何處理時，必須考慮外方位元素隨時間變化的因素。

(4) 多項式模型糾正：認為影像的變形規(guī)律可以近似地看作平移、旋轉、縮放、偏扭、仿射、彎曲等基本形式的合成。糾正前后影像相應點之間的坐標關系可以用一個適當?shù)亩囗検絹砻枋觥榱丝朔话愣囗検侥Ｐ偷募m正缺陷，將地面高程值引入一般多項式模型中，得到改進的多項式模型[9]。

(5) 有理函數(shù)模型糾正：有理函數(shù)模型是將像點坐標(x，y)表達為以相應地面點空間坐標(X，Y，Z)為自變量的多項式比值[10-11]。有理函數(shù)模型實際上是多種傳感器模型的一種通用表達方式，它適用于各類傳感器模型[11]。

(6) DEM高程內(nèi)插模型：確定高程內(nèi)插函數(shù)后，用DEM數(shù)據(jù)即可重建地表起伏形態(tài)，通過內(nèi)插可求得地面上任意一點高程值[12-13]。內(nèi)插的方法有逐點內(nèi)插、分塊內(nèi)插、整體內(nèi)插等。

1.2 糾正需求及模型選取

1∶10 000DLG生產(chǎn)中，影像數(shù)據(jù)源主要有框幅式航空影像、推掃式航空影像和衛(wèi)星影像等。其中推掃式航空影像，大多都是經(jīng)過拍攝單位進行空三加密處理后的影像，基于此影像的調(diào)繪成果不需要糾正便可直接使用。故本次糾正試驗只針對基于框幅式航空影像和衛(wèi)星影像上調(diào)繪的矢量成果。

微分糾正、多項式糾正模型是目前影像正射糾正用得比較多的模型，為了使調(diào)繪矢量糾正結果更好地與正射影像套合，本次試驗的航空影像采用微分糾正模型、衛(wèi)星影像采用多項式模型，并利用內(nèi)插DEM高程數(shù)據(jù)進行相關模型的改進[13]。

2 調(diào)繪矢量成果正射糾正思路

框幅式航攝影像進行調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)糾正的思路如圖1所示，衛(wèi)星影像進行調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)糾正的思路如圖2所示，糾正所用控制點的數(shù)量、精度和DEM的格網(wǎng)間距大小、精度等按照正射影像生產(chǎn)的需求提供。

3 矢量成果糾正試驗

試驗選取基于框幅式數(shù)字航空影像和衛(wèi)星影像這兩種影像的調(diào)繪成果分別進行糾正試驗。數(shù)據(jù)源的類型為：調(diào)繪矢量成果、DEM數(shù)據(jù)、控制點數(shù)據(jù)、相機參數(shù)、RPC/RPB文件、空間參考等。試驗數(shù)據(jù)的地形類別為山地和丘陵地。

3.1 框幅式航片調(diào)繪矢量成果糾正試驗

3.1.1 糾正試驗1(山地)

選擇了秦嶺地區(qū)一幅單片影像進行調(diào)繪，對成果進行糾正，糾正8729點，累計用時29 min，平均0.199 s/點。糾正后矢量成果與正射影像套合精度檢測統(tǒng)計見表1。

圖1

圖2

m

從表1可以看出，點位中誤差為±1.42 m，滿足文獻[14]中規(guī)定的山地地物點平面位置中誤差±7.5 m的要求。

3.1.2 糾正試驗2(丘陵地)

選擇新疆葉城某地區(qū)一幅影像進行調(diào)繪，對成果進行糾正，糾正2536點，累計用時10 min，平均0.237 s/點。糾正后成果與正射影像套合精度檢測統(tǒng)計見表2。

表2 糾正后檢測精度統(tǒng)計(丘陵地) m

從表2可以看出，中誤差為±3.85 m，滿足文獻[14]中規(guī)定的丘陵地地物點平面位置中誤差±5.0 m的要求。

3.2 衛(wèi)星影像調(diào)繪矢量成果糾正試驗

3.2.1 糾正試驗1(山地)

選擇新疆塔什庫爾干某區(qū)域衛(wèi)星影像進行調(diào)繪，對成果進行糾正，糾正7466點，累計用時64 min，平均0.514 s/點。糾正后成果與正射影像套合精度檢測統(tǒng)計見表3。

表3 糾正后精度統(tǒng)計(山地) m

從表3可以看出，中誤差為±1.40 m，滿足文獻[14]中規(guī)定的山地地物點平面位置中誤差±7.5 m的要求。

3.2.2 糾正試驗2(丘陵地)

選擇新疆塔什庫爾干某區(qū)域衛(wèi)星影像進行調(diào)繪，對成果進行糾正，糾正1876點，累計用時24 min，平均0.768 s/點。糾正后成果與正射影像套合精度檢測統(tǒng)計見表4。

從表4可以看出，中誤差為±0.90 m，滿足文獻[14]中規(guī)定的丘陵地地物點平面位置中誤差±5.0 m的要求。

3.3 試驗結果

調(diào)繪矢量成果糾正后能夠滿足1∶10 000DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)的精度要求；糾正是逐點進行，運算的工作量相對較大，用時較長。

表4 糾正后精度統(tǒng)計(丘陵地) m

4 結束語

通過試驗發(fā)現(xiàn)，基于單片影像調(diào)繪的矢量成果不再只是作為內(nèi)業(yè)定性的依據(jù)，而是經(jīng)過相應模型糾正后可以直接用于1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)，省去了作業(yè)人員重新繪制矢量數(shù)據(jù)的多余生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有效提高了1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率，豐富了航攝內(nèi)外業(yè)一體化測圖生產(chǎn)方案。

當然，本次試驗模型都是一些常用的模型，在適應不同數(shù)據(jù)源方面需要在后續(xù)的研究過程中進行適當?shù)母倪M。在矢量成果的糾正計算方面，都是通過多次迭代來完成，由于矢量糾正的點數(shù)較多，迭代精度與效率還需要進一步優(yōu)化。

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Ortho-rectification for Annotation Vector Data of Single Chip Image

WANG Zhanhong1,WU Manyi1,2,TIAN Huaiqi1,HE Yungui1,CHEN Qi1,ZHAI Shanshan1

(1. The First Topographic Surveying Brigade of NASG,Xi'an 710054,China; 2. School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

The model and methods of ortho-rectification based on single-map surveying and mapping vector data has been studied in this article. But how to manage to do is the obstacle during surveying and mapping .After several different experiments,we found that the data from single-map surveying and mapping ortho-recitification can meet the requirements of 1∶10 000 DLG mapping accuarcy,and can be used as vector data results,which has simplified the interior work procedure by avoiding redrawing vector data,improved the efficient of 1∶10 000 DLG data production and provided important technical support for integration of indoor and outdoor aerial survey.

ortho rectification model; height interpolation; single image; annotation vector data; vector correction

王占宏，吳滿意，田懷啟，等.單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正[J].測繪通報，2017(2)：75-78.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0052.

2016-03-09；

2016-06-24

秦嶺測圖工程1∶1萬內(nèi)外一體化測圖方案研究；基于原始影像1∶10 000調(diào)繪矢量成果的糾正方案研究與實現(xiàn)；國家基礎測繪科技計劃(2016KJ0301)

王占宏(1967—)，男，博士，高級工程師，研究方向為攝影測量與遙感。E-mail：290206084@qq.com.cn

吳滿意

P23

A

0494-0911(2017)02-0075-04