杜金莉

(安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031)

0 引言

國內(nèi)進(jìn)行航測內(nèi)業(yè)作業(yè)的軟件很多，比較成熟且使用時間較長的軟件有原武漢測繪科技大學(xué)張祖勛團(tuán)隊開發(fā)的全數(shù)字化攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo和數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格(DPGrid)、北京四維遠(yuǎn)見公司研發(fā)的JX4(目前已有升級版JX5)、武漢航天遠(yuǎn)景科技股份有限公司研發(fā)的MapMatrix等，國外軟件如像素工廠、inpho等發(fā)展也很成熟。這些軟件開發(fā)時都是適用于航空攝影測量的專業(yè)可量測相機(jī)航攝的影像?？闪繙y相機(jī)經(jīng)過嚴(yán)格的相機(jī)檢校，有精準(zhǔn)的相機(jī)參數(shù)，像片畸變差小。隨著低空攝影測量的發(fā)展，無人機(jī)航攝影像因獲取的便利、快速，被很多生產(chǎn)單位大量應(yīng)用。無人機(jī)因為自重較輕，一般都是搭載民用短焦距的非量測相機(jī)，其拍攝的影像畸變差大，邊緣變形較大，空三加密經(jīng)常不合格，直接導(dǎo)致用無人機(jī)影像生產(chǎn)的DOM精度不高，需要專門的軟件對其進(jìn)行處理。

PixelGrid-AEO數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是中國測繪科學(xué)研究院研發(fā)的一款針對多種航空影像進(jìn)行攝影測量處理的軟件，包括無人機(jī)航空影像、ADS40/80/100影像[1]。該軟件采用基于RFM通用成像模型的遙感影像稀少控制區(qū)域網(wǎng)平差、基于多基線多重匹配特征的高精度數(shù)字高程模型自動匹配、高精度影像地圖制作與拼接等技術(shù)開發(fā)的新一代遙感影像處理軟件，構(gòu)建集群分布式網(wǎng)絡(luò)，采用計算機(jī)多核并行處理，自動化和人工編輯相結(jié)合的作業(yè)方式，可以進(jìn)行多種航空影像的空三加密、DEM、DOM等產(chǎn)品的生產(chǎn)[2]。

1 基于PixelGrid軟件的DOM制作方法

利用PixelGrid軟件制作DOM的流程，見圖1。

圖1 基于PixelGrid的DOM制作流程圖Fig.1 DOM production flow based on PixelGrid

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及畸變糾正

作業(yè)前需要準(zhǔn)備相機(jī)的檢校文件、原始TIFF影像，控制點成果數(shù)據(jù)等資料。注意：在該程序里*cam文件默認(rèn)坐標(biāo)原點在左上角，如果飛行提供的坐標(biāo)原點是左下角的話，則需要對y0進(jìn)行轉(zhuǎn)換。左下角轉(zhuǎn)為左上角的轉(zhuǎn)換公式為:

y0左上角=行數(shù)-1-y0左下角

(1)

因無人機(jī)搭載的非量測相機(jī)拍攝的影像邊緣存在畸變，需對影像進(jìn)行畸變差校正，才能進(jìn)行空中三角測量[3]。這里需要輸入測區(qū)的航攝信息和參數(shù)文件，進(jìn)行大起折光差改正、地球曲率改正。平差允許迭代最大次數(shù)可以設(shè)為20，平差迭代停止時變化量給0.05；設(shè)置相機(jī)檢校參數(shù)文件*.cmr：主點坐標(biāo)、相機(jī)焦距、像素大小、影像行列數(shù)等，導(dǎo)入控制點數(shù)據(jù)。參數(shù)輸入完畢即可進(jìn)行畸變糾正。

1.2 空中三角測量

空中三角測量主要是連接點量測及區(qū)域網(wǎng)平差。具體步驟：預(yù)先生成金字塔及索引影像→影像自動內(nèi)定向→航帶間初始偏移量確定→自動相對定向及模型連接→連接點編輯及量測→自由網(wǎng)平差→加控制點平差，計算合格后輸出空三成果。

在進(jìn)行自動相對定向及模型連接時如果中途出錯或退出，再次作業(yè)時可以從上次出錯斷點開始運(yùn)行自動相對定向及模型連接，如果模型連接有失敗的，則在“連接點編輯及量測”內(nèi)修改。自由網(wǎng)平差計算時需要人工刪除粗差大的點，需要刪除直至剩余的粗差都在2-3個像素以內(nèi)，剩余粗差需要調(diào)出影像人工修測至正確點位，多次解算直至滿足規(guī)范要求。

1.3 DEM的制作

DEM制作前需要進(jìn)行影像格式轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)處理，生成黑白影像。注意此時應(yīng)該選擇經(jīng)畸變差糾正后的影像。生成后做分布式數(shù)據(jù)處理，自動影像匹配及DEM生成，完成后進(jìn)行DEM拼接。生成DEM后需要對DEM進(jìn)行編輯、濾波，建議全局濾波時坡度閾值給40-50度，后做局部濾波時閾值給10-30度。編輯DEM時也可以選擇高程重置，此時高程是按所選區(qū)域的平均高程重置，一般只適合地形平坦地區(qū)，故選擇高程重置時所選區(qū)域不能太大，否則容易導(dǎo)致高程失真。

1.4 DOM制作及影像處理

DOM生成前需要進(jìn)行影像勻光處理，注意勻光時應(yīng)添加畸變糾正后的原始影像，再進(jìn)行影像格式轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)處理，此時選擇勻光后的TIFF。后進(jìn)行正射影像生成及拼接，添加影像后會生成拼接線，如自動生成的拼接線沒有避開建筑物，可以手工編輯修改拼接線，為了避免DOM錯位、重影、模糊，便于影像后期的色彩處理，編輯拼接線時需要避開未糾正的地物，如建筑物、路燈等，拼接線盡量沿線狀地物一側(cè)或塊狀地物邊緣分布，拼接時輸入羽化寬度。因無人機(jī)航攝航高低，投影差大，邊緣變形較大，外加無人機(jī)航攝影像一般重疊度都較大，為了提高精度、保證DOM影像效果，編輯拼接線時盡量避開邊緣區(qū)域。最后進(jìn)行DOM分幅裁切，可以根據(jù)設(shè)計要求裁切成標(biāo)準(zhǔn)分幅或任意大小的DOM。

2 應(yīng)用實例

本項目為數(shù)字明光1∶1 000DOM的制作，面積為200 km2，測區(qū)地形為丘陵地。

2.1 項目概況及作業(yè)情況

項目技術(shù)設(shè)計要求DOM的精度如表1規(guī)定，最大誤差不大于兩倍中誤差。

表1 DOM平面位置中誤差

項目利用縱橫固定翼無人機(jī)搭載索尼A7R2相機(jī)進(jìn)行低空攝影，共飛行9個架次，獲得航片6 604張，影像地面分辨率0.1 m，像幅大小為7 952*5 304像素，成果比例尺為1∶1 000。DOM生產(chǎn)投入人員3人，利用PixelGrid軟件，從空三加密到DOM成果耗時約30 d。本項目已有DEM成果，可以直接用來生成DOM，在DEM匹配及修測上沒有花費(fèi)時間，時間花費(fèi)較多的主要是空三加密的控制點量測及DOM影像按像對拼接的后續(xù)處理。

2.2 質(zhì)量檢查

本項目利用網(wǎng)絡(luò)RTK實測的高精度外業(yè)點作為檢查點與DOM上的同名點進(jìn)行精度檢測，共檢查點數(shù)51個，其中小于1倍中誤差0.6 m(實地)的有31個點，占60.8%；大于1倍小于2倍中誤差1.2 m(實地)的有20個點，占39.2%。同精度檢測圖幅點位中誤差計算為0.59 m(實地)，圖幅最大點位誤差為0.86 m(實地)。由此可以看出，DOM成果滿足精度要求。

3 該軟件制作DOM的優(yōu)缺點

利用該軟件對無人機(jī)影像進(jìn)行DOM制作的顯著優(yōu)勢是有影像畸變差糾正功能，可以解決非量測相機(jī)航攝影像的邊緣變形，經(jīng)過糾正的影像再匹配模型連接點及區(qū)域網(wǎng)平差計算時能獲得合格的成果，能有效保證空三加密成果和DOM成果的精度。另外，軟件可以多核并行計算、分布式并行處理，能有效提升數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率。

同時該軟件在作業(yè)中也存在不足之處，具體如下：

1)PixelGrid軟件在生產(chǎn)時，每一步都會生成核線影像這個過渡文件，且每一步驟生成的過渡文件的數(shù)據(jù)量都較大，會造成兩個問題。一是占用計算機(jī)內(nèi)存，二是需要人工點擊生成核線影像造成作業(yè)步驟繁瑣。

2)PixelGrid軟件進(jìn)行DEM匹配時間較長，DEM匹配成功后需要人工對DEM進(jìn)行編輯處理，該軟件DEM匹配的精度僅能滿足生產(chǎn)DOM使用，精度不高。如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，需要對DEM進(jìn)行立體修測，工作量大。

4 存在問題的解決方法

針對該軟件在DOM生產(chǎn)過程中存在的問題，筆者根據(jù)實際經(jīng)驗提出了一些對應(yīng)的解決方法：

1)區(qū)域網(wǎng)平差時如果精度超限，則應(yīng)在進(jìn)行空三加密最后一遍帶控制點的平差計算時，不要選中粗差剔除工具，否則平差計算時會把粗差平均賦值到整個區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，造成粗差點無法準(zhǔn)確顯示，由此造成精度損失。

2)模型連接生成的文件在放在測區(qū)目錄下的connectBackupDir的文件夾內(nèi)，如果模型連接提示有失敗的，則整條航帶模型間的公共點都不生成，需要人工修改錯誤后再次做“相對定向及模型連接”。

3)自由網(wǎng)平差后需要刪除錯誤點和計算殘差大的點再進(jìn)行自由網(wǎng)平差，需要反復(fù)6-10次，根據(jù)自動點匹配結(jié)果，若測區(qū)影像質(zhì)量差、紋理不豐富，則自動點匹配效果差，需要重復(fù)該步驟多次；若自動點匹配結(jié)果好，則可以減少重復(fù)操作次數(shù)。注意刪除大粗差點時有時會誤刪除標(biāo)準(zhǔn)點位點，最后需要檢查標(biāo)準(zhǔn)點位點，如缺失則人工選取。

4)因軟件存在過渡文件多占用內(nèi)存的情況，建議在作業(yè)前特別是大測區(qū)作業(yè)前檢查機(jī)器內(nèi)存，給機(jī)器配置大容量硬盤，一般需要配置比原始影像大5倍左右的內(nèi)存空間，否則等作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠時再去更換硬盤會費(fèi)時費(fèi)力。

5)存在DEM自動匹配精度不高的情況，如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，建議對DEM進(jìn)行立體修測，也可以將DEM導(dǎo)入到其他軟件中進(jìn)行立體修測。此外，現(xiàn)在大部分省測繪地理信息局一萬基礎(chǔ)測繪的3D成品基本達(dá)到全覆蓋，每個省的市級數(shù)字城市建設(shè)也有精細(xì)化DEM成果，建議生產(chǎn)單位可以根據(jù)需求在生產(chǎn)DOM時選用現(xiàn)有DEM成果，將DEM與實際地形變化部分采取軟件自動匹配的方式，這樣可以大大減少工作量。

5 結(jié)束語

經(jīng)實際生產(chǎn)作業(yè)，驗證了PixelGrid軟件生產(chǎn)的DOM精度符合設(shè)計要求。本文總結(jié)了該軟件在DOM制作中的優(yōu)缺點及生產(chǎn)中常見的問題及其解決方法，生產(chǎn)單位既可根據(jù)自身軟件配置情況，選用PixelGrid軟件進(jìn)行無人機(jī)影像的DOM生產(chǎn)，也可以根據(jù)該軟件的優(yōu)缺點僅利用該軟件進(jìn)行部分工序的生產(chǎn)，同時結(jié)合其他航測軟件協(xié)同作業(yè)。