陳香 ，徐衛(wèi)民，王金玲，王琳

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

1 引 言

近年來，隨著天津市城市建設(shè)步伐的不斷加快和建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)展，各相關(guān)部門對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的需求也越來越多。為適應(yīng)全市快速建設(shè)形勢(shì)，促進(jìn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，做好基礎(chǔ)測(cè)繪服務(wù)保障，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)決策提供翔實(shí)可靠的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，滿足城市規(guī)劃、綜合開發(fā)以及城市管理等工作的需要。

天津市規(guī)劃局指令天津市測(cè)繪院于2010年7月至9月底負(fù)責(zé)實(shí)施全市域航空攝影及 1∶2 000 數(shù)字正射影像圖制作項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)天津市域最新現(xiàn)勢(shì)性1∶2 000 數(shù)字正射影像圖全覆蓋。針對(duì)該項(xiàng)目時(shí)間短、任務(wù)量大的特點(diǎn)，按照常規(guī)作業(yè)方法很難完成。項(xiàng)目實(shí)施過程中，結(jié)合前期相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)正射影像圖制作流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新。

2 項(xiàng)目的精心組織與科學(xué)管理

天津市測(cè)繪院在項(xiàng)目初期進(jìn)行了大量的準(zhǔn)備工作，包括人員的培訓(xùn)，作業(yè)流程的優(yōu)化等;實(shí)施過程中，為了提高工效，控制成本，專門制定了《2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作項(xiàng)目實(shí)施方案》，對(duì)項(xiàng)目的組織結(jié)構(gòu)、崗位職責(zé)、生產(chǎn)流程、工期安排、資源配置等方面進(jìn)行詳細(xì)部署。由于精心組織與管理科學(xué)，在任務(wù)重、工期緊的情況下依然按時(shí)完成了該項(xiàng)目，并實(shí)現(xiàn)成果全部上交與歸檔。

3 正射影像圖制作技術(shù)路線

正射影像圖制作流程如圖1所示，數(shù)字航空攝影完成后可獲得原始影像數(shù)據(jù)和定位定姿系統(tǒng)(position and orientation system，POS)數(shù)據(jù);使用專業(yè)勻光、調(diào)色軟件對(duì)原始影像進(jìn)行勻光調(diào)色處理可直接得到用于正射糾正的影像;同時(shí)，在Pixel Grid 中導(dǎo)入原始影像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)影像庫中的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行POS 輔助空中三角測(cè)量完成數(shù)據(jù)的加密工作;對(duì)于地形變化的區(qū)域，原有DEM 已經(jīng)不能滿足正射糾正需求，需要利用新的加密成果通過多基線、多重匹配特征的全自動(dòng)密集匹配變化區(qū)域數(shù)字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，并使用濾波算法和人工編輯生成2 m 分辨率的DEM，完成對(duì)歷史DEM 成果的修測(cè);在Pixel Grid 中導(dǎo)入加密成果和修測(cè)的DEM，對(duì)調(diào)色后的影像進(jìn)行單機(jī)多核批量數(shù)字微分糾正，最后在ERDAS 中完成鑲嵌和裁圖。

圖1 2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作技術(shù)路線

4 正射影像圖制作技術(shù)改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新

4.1 數(shù)字航空攝影

采用數(shù)碼航空遙感系統(tǒng)(DMC)實(shí)施航空攝影并輔以POS 測(cè)量系統(tǒng)，與傳統(tǒng)航空攝影比較，該系統(tǒng)是一個(gè)專門用于光譜攝影的高分辨率和高精度數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn):電子像移補(bǔ)償FMC 技術(shù)消除了傳統(tǒng)航空攝影的局限性;改善了輻射分辨率;由于內(nèi)定向的殘差為零，提高了攝影測(cè)量的幾何精度;省去了影像沖洗掃描工序，能夠縮短數(shù)據(jù)處理的周期;一次攝影同時(shí)獲取全色黑白、彩紅外和真彩色影像數(shù)據(jù)，拓寬了潛在的應(yīng)用范圍，輔助的POS 測(cè)量系統(tǒng)，使獲得數(shù)字影像的同時(shí)還獲得每張影像的高精度外方位元素信息。

4.2 像控點(diǎn)建庫及測(cè)量

外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量是空中三角測(cè)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其測(cè)量進(jìn)度直接影響著整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展。由于陰雨天氣等偶然因素的存在，加上天津市域12 000 余平方千米的作業(yè)面積，同時(shí)還要考慮較短的制作工期，常規(guī)的外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量難以滿足內(nèi)業(yè)空三加密的需求，因此，天津市測(cè)繪院自主研發(fā)天津市歷史像控點(diǎn)影像庫(如圖2所示)，該庫以天津市2008年兩次航飛涉及的兩批像控點(diǎn)和2006年濱海新區(qū)及新四區(qū)的像控點(diǎn)作為初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包含像控點(diǎn)編輯、像控點(diǎn)庫編輯和像控點(diǎn)應(yīng)用三個(gè)模塊;將歷史像控點(diǎn)影像庫直接應(yīng)用于2010年天津市數(shù)字正射影像圖制作不僅僅為加密區(qū)提供了所需的絕大多數(shù)可用像控點(diǎn)，還可以將加密工程進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到技術(shù)設(shè)計(jì)書所要求的地方坐標(biāo)系，大大提高了空中三角測(cè)量的運(yùn)行效率。而對(duì)于加密區(qū)內(nèi)丟失的少數(shù)像控點(diǎn)可以通過外業(yè)補(bǔ)測(cè)。外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量采用天津市GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)可以直接獲得像控點(diǎn)的三維坐標(biāo)，同時(shí)應(yīng)用自主研發(fā)的像控點(diǎn)整飾軟件在PDA 上進(jìn)行像控點(diǎn)刺點(diǎn)及整飾工作，最后把新測(cè)的像控點(diǎn)整理入庫，保證了天津市歷史像控點(diǎn)影像庫的現(xiàn)勢(shì)性。項(xiàng)目執(zhí)行過程也證明該庫能提供約80%的可用像控點(diǎn)資料，很大程度上減少外業(yè)工作量，提高空三加密的效率。

圖2 天津市歷史像控點(diǎn)影像庫

4.3 POS 輔助空中三角測(cè)量

首先對(duì)于測(cè)區(qū)內(nèi)的所有影像，選擇影像批處理工具批量生成索引影像和金字塔影像，并通過同名點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的同名核線距離檢查POS 數(shù)據(jù)設(shè)置是否正確，否則重新設(shè)置(如圖3所示);然后根據(jù)高精度POS 和地面高程預(yù)測(cè)在所有影像上的同名點(diǎn)位置并提取同名點(diǎn)，相比無POS 或POS 精度不高的傳統(tǒng)空中三角測(cè)量有效減少了連接點(diǎn)提取時(shí)間和誤匹配概率;利用Pixel-Grid 系統(tǒng)中的平差工具進(jìn)行自由網(wǎng)平差解算，其平差的基本過程如下:啟用粗差探測(cè)進(jìn)行平差，并刪除誤差較大的點(diǎn)，不斷循環(huán)上述過程直至整個(gè)平差過程趨于穩(wěn)定，關(guān)閉粗差探測(cè)功能，同時(shí)注意觀察整個(gè)區(qū)域網(wǎng)的連接強(qiáng)度及均勻分布，必要時(shí)需人工加點(diǎn)。同時(shí)，為了保證空中三角測(cè)量的區(qū)域網(wǎng)接邊質(zhì)量，自主開發(fā)了空中三角測(cè)量接邊檢查和配賦軟件。

圖3 檢查POS 設(shè)置是否正確

4.4 DEM 計(jì)算與實(shí)時(shí)編輯

采用計(jì)算機(jī)集群技術(shù)和先進(jìn)的海量遙感圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Pixel Grid 完成。該系統(tǒng)可以通過多基線、多重匹配特征的全自動(dòng)密集匹配DSM，并使用濾波算法生成DEM，此方法使得項(xiàng)目在運(yùn)行過程中，無論是DEM 的生產(chǎn)還是對(duì)歷史DEM 的修測(cè)，所花費(fèi)時(shí)間僅占立體采集方法生成DEM 時(shí)間的四分之一，而且對(duì)于系統(tǒng)濾波后的DEM 可以再輔以人工實(shí)時(shí)編輯，這樣就可以解決濾波后DEM 引起的各種變形問題，大大提高后期正射影像圖制作的效率，如圖4所示。

圖4 正射影像處理效果

4.5 DOM 色調(diào)調(diào)整

包括兩個(gè)方面，第一是使用專業(yè)勻光、調(diào)色軟件對(duì)原始影像進(jìn)行勻光處理，消除“燒餅”效應(yīng)等問題，并依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)片”分航線將測(cè)區(qū)內(nèi)的影像色調(diào)統(tǒng)一處理使之接近標(biāo)準(zhǔn)色調(diào)，減少鑲嵌后來自不同單片的色調(diào)不一致性;第二是在成果影像整體色調(diào)調(diào)整方面，引入國際上先進(jìn)的Photoshop 插件——REEBOTOO(北京銳宇博圖科技有限公司)遙感影像轉(zhuǎn)換中間件，能夠打開IMG 格式大文檔影像數(shù)據(jù)，很好的解決DOM 成果由于不同航線不同架次不同天氣引起的整體調(diào)色問題，從而保證最終成果顏色整體的一致性。

4.6 DOM 影像庫管理系統(tǒng)建設(shè)

采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，主要概括如下:①獨(dú)特的影像金字塔數(shù)據(jù)組織方法:采用金字塔結(jié)構(gòu)算法，根據(jù)區(qū)域影像特征用數(shù)學(xué)函數(shù)來描述金字塔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域影像數(shù)據(jù)的分級(jí)管理和分級(jí)調(diào)度，提高了影像顯示速度。其最大的優(yōu)點(diǎn)是除了調(diào)用和顯示速度快以外，而且對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存沒有任何限制。②獨(dú)特的影像數(shù)據(jù)壓縮與處理技術(shù):金宇影像壓縮(Tianjin Decode Image，TDI)技術(shù)采用了新一代小波分析理論，在保持最大信息量的基礎(chǔ)上，顯著提高了壓縮倍率，最高可達(dá)到100 倍，具有很好的壓縮和解壓的速度。③具有自主版權(quán)的影像數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)軟件包:本項(xiàng)目利用計(jì)算機(jī)組件(COM)技術(shù)開發(fā)完成了金宇影像數(shù)據(jù)庫管理SDK(Software Development Kit)開發(fā)包。通過它可以獨(dú)立完成大型影像數(shù)據(jù)庫的開發(fā)工作，也可以與目前國際上流行的GIS 系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)結(jié)合提高其對(duì)超大影像數(shù)據(jù)的管理和快速顯示的能力。

5 正射影像圖的成果質(zhì)量控制

正射影像圖的質(zhì)量評(píng)價(jià)主要包括影像質(zhì)量、幾何精度和接邊精度等質(zhì)量指標(biāo)。影像質(zhì)量一般包括影像分辨率和影像特性，通過人工檢查影像的分辨率、色彩、色調(diào)、反差、紋理等以達(dá)到項(xiàng)目的要求;位置精度主要指影像的平面精度，利用現(xiàn)有1∶500、1∶2000 地形圖及像控點(diǎn)庫中控制點(diǎn)對(duì)DOM 成果幾何精度進(jìn)行過程控制;同時(shí)，針對(duì)DOM 接邊精度及元數(shù)據(jù)質(zhì)量情況，自主研發(fā)檢查軟件，在作業(yè)過程中就引入檢查機(jī)制，保證了接邊精度在DOM 制作過程中就得到控制。

6 結(jié) 語

本文對(duì)天津市域1∶2000 的DOM 制作方法、流程及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行了闡述，并對(duì)成果質(zhì)量進(jìn)行檢查與控制，經(jīng)過項(xiàng)目的實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，在同等的作業(yè)前提下，該方法使得正射影像圖的制作效率提高約35%。此外，良好的整體顏色一致性使得正射影像成果可以直接應(yīng)用于掛圖、專題圖等后期制作。

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