數字航空攝影測量數據處理關鍵技術

岑銘

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧530023）

1 引言

近年來，通過測繪技術的應用，可以獲得完整、準確的測量數據，為工程建設、突發(fā)事件處理、礦產開發(fā)等工作提供了可靠的依據。傳統(tǒng)的測量技術存在著很多的限制，在當下信息技術日漸發(fā)展的今天，數字航空攝影測量技術在測繪工程領域得到了廣泛應用，這一測量技術更為先進，尤其是在數據處理方面，所獲得的測量數據均可以通過數據處理技術進行篩選和剔除，從而發(fā)揮這些測量數據的最大價值。隨著信息時代的到來，數字航空攝影測量技術的應用范圍必將逐步擴大。

2 數字航空攝影測量技術的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計算機技術的日漸進步，我國在21世紀初期出現(xiàn)了數字航空相機，此后陸續(xù)出現(xiàn)了SWDC數字航空攝影設備、UCD航空攝影設備、DMC數字航空攝影設備，這些設備與雷達、激光掃描、慣性導航等多種先進技術的有效結合，完全克服了在測量領域的諸多技術限制，使測量技術越發(fā)先進，越來越具有數字化和智能化的特征[1]。這些前期的技術發(fā)展為近年來的SAR合成孔徑雷達成像系統(tǒng)、LIDAR激光測高掃描系統(tǒng)、POS輔助航空攝影測量和GPS輔助航空攝影測量等技術的出現(xiàn)提供了最初的技術支持。因此，隨著生產生活領域對測繪技術的依賴性日漸增強，數字航空攝影測量越來越受到人們的青睞，被廣泛應用在各個行業(yè)與領域，未來的發(fā)展?jié)摿薮?，必將帶來測繪工程領域的變革。

3 數字航空攝影測量的優(yōu)勢

3.1 技術優(yōu)勢

數字航空攝影測量技術不同于常規(guī)的測量技術，其具備更強的技術優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下3個方面：（1）數字航攝儀。在數字航空攝影測量技術的應用過程中，數字航攝儀是不可或缺的儀器，作為一種先進的測量儀器，其性能和功能相對突出。整個測量工作開展時，數字航攝儀可以通過對曝光時間的靈活調整來獲得高分辨率的圖像，所獲得的這些影像信息更具直觀性，在利用數字航攝儀開展相應的測繪工作時，完全可以獲得不同比例尺的測繪圖像和數據[2]。（2）IMU/DGPS（慣性測量單元/差分GPS）。利用數字航空攝影技術完成測量任務時，IMU/DGPS的應用也非常重要。IMU/DGPS是一種新型的導航系統(tǒng)，通過INS慣性導航系統(tǒng)與GPS全球定位系統(tǒng)的集成，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，在不需要地面控制點和空中三角測量的條件下，就可以獲得相應的測繪圖，使測繪圖像獲取更加便捷和高效，測量作業(yè)完成時的時間消耗短、成本投入低。（3）Lidar激光掃描系統(tǒng)同樣是數字航空攝影測量中的關鍵，這一子系統(tǒng)的存在使測量工作即使面對一些復雜、特殊區(qū)域，同樣可以發(fā)揮這一測量技術的優(yōu)勢。

3.2 應用優(yōu)勢

數字航空攝影測量技術是在傳統(tǒng)測量技術的基礎上應用數字化技術所形成的新型測繪技術，符合測量技術現(xiàn)代化、數字化的發(fā)展趨勢。在測量工程領域，數字航空攝影測量的應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在3個方面：（1）應用范圍廣?；跀底趾娇諗z影測量技術的特殊性，該測量技術可以被應用在很多領域，即使面臨的是復雜、惡劣的測量條件，同樣可以利用這一測量技術完成測量任務。（2）測量信息更為完整。數字航空攝影測量的監(jiān)測范圍廣，可以在特定的測量區(qū)域內進行地表特征、水文地理環(huán)境信息的獲取，從而保障了測量信息的完整性與準確性，其測量信息的立體化和層次性特征是常規(guī)測量技術所無法比擬的。（3）干擾性小。應用數字航空攝影測量技術，基本不會受到空間和時間的限制，在整個測量任務中的人力、物力資源投入相對偏少，基本不會受到其他因素的干擾，測繪效率和精度都非常高。

4 數字航空攝影測量數據處理關鍵技術

4.1 空中三角加密

在利用數字航空攝影技術開展測量工作時，數據處理是其中非常重要的環(huán)節(jié)，而空中三角加密技術有效提升了數據處理的水平。在整個數字航空攝影測量系統(tǒng)中，VirtuoZo AAT+PATB自動空中三角加密模塊是其中的重要構成，該模塊可以對測量數據處理起到一定的輔助作用。在數據處理中，空中三角加密處理的原始數據為數碼航空像片，處理時，首先利用PATB平差軟件來完成光束法區(qū)域網平差，空中三角網構建時，包含了內定向、公共連接點轉刺、相對定向等內業(yè)方法。在空中三角網構建完成后，將前期外業(yè)工作中的航空攝影測量控制點成果、POS（定位定姿系統(tǒng)）數據全部導入該系統(tǒng)內，隨后借助系統(tǒng)內存在的數字模型來完成區(qū)域整體平差[3]。在這一系列的處理流程結束以后，就可得到優(yōu)化后的外方位元素和加密點成果。在空中三角加密處理時，航空攝影測量的每個外業(yè)分區(qū)作為空三角加密的基本單元而存在，數字航空攝影測量系統(tǒng)在測量工作進行時，實時采集像點坐標信息，經由測量系統(tǒng)的解析空中三角平差程序，可以獲得相應的大地坐標。在利用空中三角加密技術進行相應數據處理時，加密分區(qū)間參與大地定向的公共像控點的點號和坐標值都是一致的，也就是說，公共像控點具有唯一性，而在加密處理過程中，加密限差必須嚴格遵守相應的標準和規(guī)范，每個加密分區(qū)間必須接邊。

4.2 DOM（數字正射影像圖）數據生產

4.2.1 DOM數據生產技術路線

DOM數據生產同樣是數字航空攝影測量中數據處理的關鍵流程。以某數字航空攝影測量為例，在該測量工作進行時，選用的是VirtuoZo全數字攝影測量系統(tǒng)工作站，根據測量需求，最終制作的是比例尺為1∶1 000的DOM。在該測量系統(tǒng)工作站內，將前期空中三角加密技術下所獲得的成果導入其中，隨后在此基礎上創(chuàng)建立體像，從而對生產區(qū)域生產DEM（數字高程模型）數據，在充分考慮特征點、特征線的基礎上，保障DEM數據的生成質量[4]。在產生了對應的DEM數據后，就可以對原始影像加以數字微分糾正，在具體的處理中，利用計算機系統(tǒng)對原始數字影像開展逐個像元的微分糾正，系統(tǒng)中相應模塊所自動生成的鑲嵌線對整個測區(qū)的模型正射影像開展無縫拼接，所形成的處理結果就是DOM。隨后，在一定的測量標準下，根據一定的矩形圖廓需求對已有的DOM進行分幅裁切，一系列處理流程下所形成的結果就是DOM數據。

4.2.2 DEM（數字高程模型）生產

前期所獲得的空中三角加密結果可以直接應用于DEM的生產，相關人員在此過程中，可以直接將前期所得到的空中三角加密成果利用起來，隨后在此基礎上創(chuàng)建立體模型和參數文件，這些模型和參數文件的創(chuàng)建具有一定的自動化特征，在這一系列處理的基礎上，形成核線影像。進行DEM數據采集作業(yè)時，影像自動技術是關鍵技術，在多種自動化基礎的前提下，可以形成DEM點或者視差曲線，在視差曲線編輯的過程中，尤其要保障曲線間隔的合理性。

4.2.3 DEM建立

DEM的建立過程中，根據加密點信息，結合區(qū)域測量要求生成大范圍區(qū)域DEM，在此前提下引入特征點、特征線和特征面等各類數據與信息，形成完整的三角網。在三角網構建以后，開展插值計算，獲得了相應的計算結果以后，以2.0 m×2.5 m的網格間距來保障DEM建立的合理性。

4.2.4 DOM（文檔對象模型）生產

在DEM建立以后，利用所生成的DEM數據對原始影像開展數字微分糾偏。在此過程中，因為分區(qū)對于測區(qū)內影像有一定的分辨率要求，可以將分區(qū)對測區(qū)內影響作為像元大小的確定依據，采用雙線性內插法或者三次卷積內插法重新采樣作業(yè)，在此基礎上也就形成了分區(qū)DOM[5]。測量系統(tǒng)中的相應模塊自動生產的鑲嵌線基礎，完全可以對測區(qū)分區(qū)DOM開展無縫拼接處理，經由這一處理流程后，便形成了DOM。

4.2.5 DOM檢查修補

全面檢查DOM數據，根據檢查發(fā)現(xiàn)其是否存在失真或者變形的情況。如果在測區(qū)范圍內分布有高大的房屋、道路和橋梁工程等，針對這些測量對象，應重點檢查在測量過程中是否出現(xiàn)了重影、拉長或者扭曲變形的問題。如果檢查時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了這些問題，要重新以上述流程開展DEM的生成、數字微分糾正，以保障DOM的生成質量，避免與實際產生過大的偏差。

4.2.6 影像勻色

在DOM的處理過程中，為保障經由鑲嵌無縫拼接以后的DOM具備色彩的均勻性和一致性特征，減小色差問題帶來的測量偏差，數字航空攝影測量的數據處理階段同樣要做好對DOM的單影像色彩調整或者多影像色彩調整。在色彩調整過程中，需首先從前期測量所獲得的圖像中選取多個地表性圖幅，對代表不同地貌的影像圖加以勻色，分析勻色以后的處理結果，經由多次的調整和優(yōu)化，形成一幅與測區(qū)顏色信息相似的標準樣圖。在選定標準樣圖以后，利用系統(tǒng)中的相應模塊對DOM開展全自動色彩調整平衡處理，保障在經由這一處理過程以后，所獲得的DOM色彩一致且均勻[6]。

4.2.7 DOM鑲嵌

相鄰的DOM應保持空間、形狀上的匹配性。為達到這一目標和要求，相關人員在此過程中應做好可視化檢查，避免相鄰DOM中出現(xiàn)的地面特征偏移問題。對鑲嵌線進行應用時，應做好高程控制和管理，最大程度上避免偏移現(xiàn)象，使整個測量工作開展時，全部地物均保持全面性和準確性。

4.2.8 DOM檢查

DOM檢查尤為重要，相關人員在利用數字航空攝影測量的過程中，為保障DOM數據與現(xiàn)場情況的一致性，應利用空中三角加密的保密點來對DOM開展全面的檢查和評估。一旦同名點存在較大的平面差異，需組織專業(yè)人員及時進行相應的原因分析與處理，如果差值過大，應立即返工測量?？傊?，DOM的檢查過程中，應安排專人來負責，并選擇最為恰當的檢查方法，保障問題發(fā)現(xiàn)和處理的及時性。

5 結語

應用數字航空攝影測量技術時，數據處理是其中的關鍵環(huán)節(jié)，尤其要加強數據處理中的技術選擇和應用，以保障各種測量數據處理的有效性，滿足測量精度的標準，提高數字航空攝影測量技術下的測量數據價值，從而將處理以后的測量數據應用于生產與生活決策。