基于像素工廠的衛(wèi)片正射影像圖生產(chǎn)方法

王迎春

(安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031)

1 緒言

數(shù)字正射影像圖廣泛應(yīng)用于地理國情監(jiān)測、土地監(jiān)察執(zhí)法依據(jù)、土地確權(quán)、秸稈禁燒、天地圖矢量更新、空間格局變化監(jiān)測和1∶10000基礎(chǔ)測繪矢量化等。在制作DOM過程中，由于數(shù)據(jù)源的不同，技術(shù)條件和設(shè)備的差異，DOM的制作方法多種，主要包括全數(shù)字?jǐn)z影測量方法、單片數(shù)字微分糾正、正射影像圖掃描、遙感影像處理。隨著遙感技術(shù)的提高和發(fā)展，利用高分辨率的遙感影像作為數(shù)據(jù)源來制作DOM的方法應(yīng)用越來越廣。

而像素工廠就是一套能快速處理海量衛(wèi)片數(shù)據(jù)制作DOM的軟件。像素工廠(Pixel Factory,簡稱PF)，由法國地球信息(INFOTERRA)公司研制開發(fā)的遙感影像處理系統(tǒng),具有強(qiáng)大計(jì)算能力，多個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)，少量人工干預(yù)，自動(dòng)化能力強(qiáng)，快速處理大面積海量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。

根據(jù)安徽省測繪局皖測[2018]38號《關(guān)于下達(dá)2018年度1∶10000基礎(chǔ)測繪更新等任務(wù)的通知》文件，安徽省

第一測繪院承擔(dān)了全省范圍內(nèi)利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作數(shù)字正射影像圖任務(wù)。本文結(jié)合此任務(wù)分析已有資料情況、全省地理概況等，確定生產(chǎn)工藝和方法，利用像素工廠軟件制作，確保快速、高效、高質(zhì)量完成項(xiàng)目任務(wù)。

2 已有資料情況

安徽省轄區(qū)內(nèi)的1∶10000 DEM、DOM數(shù)據(jù)現(xiàn)狀以及收集能夠利用作為影像制作的控點(diǎn)數(shù)據(jù)資料情況分析如下。

2.1 精細(xì)化DEM數(shù)據(jù)分析

安徽省精細(xì)化DEM，是利用機(jī)載LIDAR數(shù)據(jù)生產(chǎn)的1∶10000比例尺分幅DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距為2 m ×2 m。

2.2 控制點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

(1)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫：共有2 145個(gè)點(diǎn)。現(xiàn)勢性差，分布不均勻，點(diǎn)位選取位置不好，利用率不高。

(2)2015年采集的外業(yè)控制點(diǎn)：個(gè)數(shù)為924個(gè)，現(xiàn)勢性較好，可以作為正射校正的主要控制源。

分布情況見圖1。

圖1 安徽省控制點(diǎn)分布情況圖

2.3 DOM資料分析

2017年分辨率0.5m DOM數(shù)據(jù)，其原始數(shù)據(jù)源是WorldView-2、WorldView-3和Geoeye-1三種類型衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可作為此次DOM制作精度檢查時(shí)的輔助數(shù)據(jù)。

2.4 高分辨率衛(wèi)星影像資料分析

本項(xiàng)目采用的衛(wèi)星影像為多源、多時(shí)相類型數(shù)據(jù)。以景為單位提供，每景有對應(yīng)的RPC參數(shù)。衛(wèi)星影像傳感器類型、代碼及原始分辨率參見表1。本項(xiàng)目最終DOM成果地面分辨率為0.5 m和1.0 m兩種。

表1 衛(wèi)星影像分辨率對照表

3 精度指標(biāo)

數(shù)字正射影像地物點(diǎn)相對于附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差平地丘陵地不得大于5.0 m，山地高山地不得大于7.5 m。明顯地物點(diǎn)平面位置中誤差的兩倍為其最大誤差。圖幅接邊誤差平地丘陵地小于3個(gè)像素、山地高山地小于4個(gè)像素。

4 利用像素工廠制作DOM

像素工廠能夠處理所有提供RPC參數(shù)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，包括國內(nèi)高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。通過增加衛(wèi)星傳感器嚴(yán)密物理模型模塊，支持相應(yīng)衛(wèi)星傳感器影像數(shù)據(jù)的高精度處理。流程圖如圖2所示。

4.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

創(chuàng)建并定義項(xiàng)目后，導(dǎo)入原始影像數(shù)據(jù)及外部參考數(shù)據(jù)，外部參考數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、參考正射影像數(shù)據(jù)。

4.2 全自動(dòng)空中三角測量

導(dǎo)完數(shù)據(jù)后，利用Bundle模塊進(jìn)行空三加密?？杖幚戆ㄟB接點(diǎn)、控制點(diǎn)自動(dòng)匹配、優(yōu)化過濾。首先是自動(dòng)匹配連接點(diǎn)，進(jìn)行自由網(wǎng)平差，最終要求bias趨近于0，std在0.3 以內(nèi)， Max在1以內(nèi)，每張相片的平面stdxy 在0.7 以內(nèi)，特殊相片可以略微放寬。軌道間連接點(diǎn)(BTP)不少于3個(gè)，多光譜和全色連接點(diǎn)不少于9個(gè)。

達(dá)到精度指標(biāo)后轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)，可先在整個(gè)區(qū)域分布均勻的選刺少量幾個(gè)目標(biāo)明確的控制點(diǎn)，進(jìn)行平差計(jì)算，聯(lián)合優(yōu)化后，再導(dǎo)入其他控制點(diǎn)，預(yù)測位置就比較準(zhǔn)確，基本在目標(biāo)附近，再修測至準(zhǔn)確位置。一般要求每景至少2～3個(gè)控制點(diǎn)，再基于參考影像匹配控制點(diǎn)，確保每張全色影像上GCP個(gè)數(shù)不少于10個(gè)。反復(fù)解算平差，直到滿足項(xiàng)目要求的平面中誤差和高程中誤差(中誤差對應(yīng)std，限差對應(yīng)max)，再輸出空三結(jié)果。

4.3 影像糾正及融合

空三結(jié)果提交之后，利用數(shù)字高程模型分別對全色和多光譜影像進(jìn)行微分糾正，利用PanSharpening模塊把全色和多光譜影像融合，對融合后影像重采樣，生產(chǎn)單景正射影像。

4.4 DOM拼接鑲嵌及成果輸出

利用Mosaic模塊，自動(dòng)計(jì)算生成拼接線，對拼接線進(jìn)行必要的編輯，將拼接線主要選在道路邊線、田埂、陰影等無紋理的區(qū)域，避開建筑物、云、雪等。

ExportImage模塊支持導(dǎo)入或利用像素工廠制作輸出網(wǎng)格批量的高效自動(dòng)按照矩形、1∶10000標(biāo)準(zhǔn)分幅及不規(guī)則多邊形(如縣界)裁切成果，得到符合客戶要求的分幅數(shù)據(jù)成果。

4.5 精度統(tǒng)計(jì)

DOM精度統(tǒng)計(jì)按16個(gè)地市分別進(jìn)行，如表2所示。

表2 DOM精度統(tǒng)計(jì)表

4.6 利用像素工廠制作DOM特點(diǎn)

(1)能夠處理所有提供RPC參數(shù)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，包括國內(nèi)高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。通過增加衛(wèi)星傳感器嚴(yán)密物理模型模塊，支持相應(yīng)衛(wèi)星傳感器影像數(shù)據(jù)的高精度處理。

(2)像素工廠包含了內(nèi)嵌生產(chǎn)工作流機(jī)制，幫助用戶在生產(chǎn)過程中查找相關(guān)任務(wù)。該工作流機(jī)制基于產(chǎn)品自動(dòng)處理而設(shè)計(jì)，同時(shí)也保持了用戶直接和工作流交互的靈活性，但對于初學(xué)者上手較慢。

(3)空三加密解算能力強(qiáng)、速度快，控制點(diǎn)和連接點(diǎn)的匹配效率高，基于參考影像匹配控制點(diǎn)能力強(qiáng)，同時(shí)可限定每張影像匹配控制點(diǎn)個(gè)數(shù)。但不可立體觀測控制點(diǎn)?？梢造`活地對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行全測區(qū)整體空三、分區(qū)空三及分區(qū)空三聯(lián)網(wǎng)，保證全測區(qū)整體精度的一致性。同時(shí)提供空三圖形界面靈活對整測區(qū)進(jìn)行拆分和分測區(qū)進(jìn)行合并。

(4)能夠利用并行處理技術(shù)全自動(dòng)生產(chǎn)高精度的數(shù)字表面模型(DSM)，具有對DSM編輯的功能，但不可立體修測DEM，編輯工作比較耗時(shí)，利用已有DEM數(shù)據(jù)才能體現(xiàn)快速的優(yōu)勢。

(5)像素工廠可以利用自動(dòng)優(yōu)選鑲嵌線，實(shí)現(xiàn)了對正射影像的自動(dòng)拼接。同時(shí)采用快視圖和光譜庫的方式進(jìn)行大面積的勻色，既保證了整個(gè)測區(qū)色調(diào)的一致性，又保證了局部色調(diào)的真實(shí)性。對于大面積區(qū)域的處理更能體現(xiàn)該套系統(tǒng)的高效率和高質(zhì)量。并可以多人同時(shí)編輯拼接線，能夠節(jié)省時(shí)間，對完成加急任務(wù)有優(yōu)勢。

5 結(jié)論

像素工廠提供建立精密傳感器模型，能夠通過與傳感器相匹配的參數(shù)調(diào)整來適應(yīng)傳感器，減少對控制點(diǎn)的需求量，所需控制點(diǎn)只需傳統(tǒng)方式的1/6左右，得到高精度的影像成果。并可利用其并行計(jì)算技術(shù)結(jié)合工作流管理機(jī)制，合理的安排并行計(jì)算任務(wù)，將運(yùn)算量較大的計(jì)算分割為多個(gè)子任務(wù)，有效的加快計(jì)算速度、提高節(jié)點(diǎn)的使用率。對在較短時(shí)間內(nèi)本項(xiàng)目(任務(wù)量大、時(shí)間緊、精度高)的生產(chǎn)提供了技術(shù)支持，提高了我院在衛(wèi)片DOM生產(chǎn)上的技術(shù)能力，為后期類似項(xiàng)目的生產(chǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)。