數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

發(fā)布日期：2018-05-29 00:00 瀏覽量：11819

　　隨著陸地資源衛(wèi)星、機(jī)載激光雷達(dá)、星載SAR等計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，使航空攝影測(cè)量技術(shù)獲取空間數(shù)據(jù)的方式從傳統(tǒng)的野外測(cè)量單一方式發(fā)展成為內(nèi)外業(yè)綜合、以?xún)?nèi)業(yè)為主的數(shù)據(jù)采集方式，推動(dòng)著航空攝影測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展并取得巨大進(jìn)步。特別是數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市建筑、城市交通、考古、礦山測(cè)量、水利工程、工業(yè)測(cè)量、地質(zhì)等各個(gè)領(lǐng)域，己經(jīng)成為航空攝影測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　1、數(shù)字航空攝影測(cè)量的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域

　　自21世紀(jì)初數(shù)字航空相機(jī)問(wèn)世以來(lái)，ADS40推掃式數(shù)字航空攝影儀、DMC數(shù)字航空攝影儀、UCD航空攝影儀和SWDC數(shù)字航空攝影儀也不斷涌現(xiàn)，再加上與近幾年出現(xiàn)的CPS技術(shù)、數(shù)碼掃描技術(shù)、慣導(dǎo)技術(shù)、激光掃描技術(shù)、雷達(dá)等高端精確技術(shù)的緊密融合，出現(xiàn)了諸如C PS輔助航空攝影測(cè)量、POS輔助航空攝影測(cè)量、LIDAR激光測(cè)高掃描系統(tǒng)、SAR合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)等新型數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)。而且數(shù)字航空攝影測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括地圖數(shù)據(jù)更新、土地測(cè)量、資源環(huán)境管理、城市規(guī)劃、專(zhuān)題制圖、地質(zhì)地理信息獲取、農(nóng)林業(yè)地理信息獲取、城市建筑、水利工程、城市交通、考古、醫(yī)療、礦山測(cè)量、工業(yè)測(cè)量、生物、材料力學(xué)等。

　　2、數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

　　2. 1空中三角加密

　　應(yīng)用VirtuoGoAAT + Pat-B自動(dòng)空中三角加密模塊，將數(shù)碼航空像片作為空中二角加密的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用Pat-B平差軟件進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差。通過(guò)內(nèi)定向、公共連接點(diǎn)轉(zhuǎn)刺、相對(duì)定向等航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)方法進(jìn)行空中三角網(wǎng)構(gòu)建，然后將航空攝影測(cè)量外業(yè)控制點(diǎn)成果與POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)并按照嚴(yán)密的數(shù)字模型對(duì)其進(jìn)行區(qū)域整體平差，從而得到優(yōu)化后的外方位元素與加密點(diǎn)成果。將航空攝影測(cè)量外業(yè)分區(qū)作為航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)空中三角加密的基本單元，利用數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)采集像點(diǎn)坐標(biāo)，應(yīng)用解析空中三角平差程序解算大地坐標(biāo)。值得注意的是，加密分區(qū)間參與大地定向的公共像控點(diǎn)必須同點(diǎn)號(hào)及同坐標(biāo)值，即公共像控點(diǎn)必須是唯一的。另外，加密限差要按照測(cè)繪類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7930-87 《1: 500 1: 1 0001: 2 000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。加密分區(qū)間必須要接邊，而且作業(yè)完成以后還要填寫(xiě)圖歷表，輸出作業(yè)說(shuō)明、加密點(diǎn)分布略圖、加密點(diǎn)坐標(biāo)、外業(yè)控制點(diǎn)分布略圖、外業(yè)像控點(diǎn)坐標(biāo)、檢查點(diǎn)坐標(biāo)、大地定向、接邊點(diǎn)坐標(biāo)以及檢驗(yàn)報(bào)告等加密成果。

　　2. 2DOM(數(shù)字正射影像圖)數(shù)據(jù)生產(chǎn)

　　1） DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線

　　本課題研究采用Virtuozo全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)工作站制作1: 1 000 DOM。在Virtuozo全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)工作站中，導(dǎo)入空中三角加密成果恢復(fù)測(cè)區(qū)并創(chuàng)建立體像，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域DE M(即數(shù)字高程模刑)數(shù)據(jù)，利用特征點(diǎn)、特征線參與計(jì)算修改生成DEM。應(yīng)用DE M數(shù)據(jù)對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正(即直接應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行逐個(gè)像元的微分糾正)，運(yùn)用自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的模刑正射影像進(jìn)行無(wú)縫拼接，完成DOM,并按照40 cm x 50 cm矩形圖廓對(duì)DOM進(jìn)行分幅裁切，最終完成DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

　　2) DEM生產(chǎn)

　　應(yīng)用空中三角加密成果，自動(dòng)創(chuàng)建測(cè)區(qū)立體模刑以及參數(shù)文件，生成核線影像(epipolar image) 。 DEM數(shù)據(jù)采集時(shí)，應(yīng)用影像自動(dòng)相關(guān)技術(shù)，生成DE M點(diǎn)或者視差曲線，并且在視差曲線編輯過(guò)程中保持合理的視差曲線間隔。DEM點(diǎn)或者視差曲線應(yīng)該切準(zhǔn)地面，從而真實(shí)地反映出地形態(tài)勢(shì)。

　　3) DEM建立

　　根據(jù)加密點(diǎn)直接按照區(qū)域生成大范圍區(qū)域DEM,并通過(guò)引入特征點(diǎn)、特征線及特征面等數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)，進(jìn)行插值計(jì)算，最后按照2.5 m x2.5 m網(wǎng)格間距建立DEM。

　　4) DOM生產(chǎn)

　　應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正，按照分區(qū)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)影像以像元大小為0. 1 m進(jìn)行雙線性?xún)?nèi)插或者三次卷積內(nèi)插法進(jìn)行重采樣，生成分區(qū)DOM，再利用自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的分區(qū)DOM進(jìn)行無(wú)縫拼接，最終完成DOM。其中，在DOM接邊過(guò)程中高大建筑物投影差產(chǎn)生的接邊倒影，可以運(yùn)用調(diào)換左右片生成正射影像進(jìn)行貼補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)高大建筑物的無(wú)縫接邊。

　　5) DOM檢查修補(bǔ)

　　對(duì)DOM進(jìn)行檢查，看看是否失真或者變形，特別是高大房屋、道路、橋梁，是否出現(xiàn)房屋重影、房角拉氏、橋梁扭曲變形、道路扭曲變形等現(xiàn)象。如果出現(xiàn)DOM失真或者變形，應(yīng)該重新采集生成DEM、重新進(jìn)行數(shù)字微分糾正，保證DOM無(wú)誤。對(duì)于DOM出現(xiàn)的局部模糊或者重影情況，可以通過(guò)貼補(bǔ)糾正后的單區(qū)DOM進(jìn)行修補(bǔ)。

　　6)影像勻色

　　為了保證鑲嵌無(wú)縫拼接后的DOM色彩一致、均勻，針對(duì)航空攝影過(guò)程中所出現(xiàn)的色差問(wèn)題，可以對(duì)生成的DOM進(jìn)行單影像色彩調(diào)整或者多影像色彩均衡的色彩糾正。例如，可以選取幾個(gè)具有代表性的圖幅，對(duì)測(cè)區(qū)中代表不同地貌的影像圖進(jìn)行勻色，并分析勻色效果，調(diào)整出一幅符合整個(gè)航空攝影測(cè)區(qū)顏色信息的標(biāo)準(zhǔn)樣圖。再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣圖，對(duì)DOM進(jìn)行全自動(dòng)色彩調(diào)整平衡處理，確保最終的DOM整體色彩一致、均勻，即影像紋理清晰，影像層次感豐富，影像色彩真實(shí)，影像反差適中，影像色調(diào)飽滿(mǎn)正常，不同影像的色彩過(guò)渡自然且色調(diào)一致。

　　7) DOM鑲嵌

　　相鄰的DOM在空間與幾何形狀上都要精確匹配。另外，要進(jìn)行可視化檢查，保證相鄰DOM中的地面特征沒(méi)有偏移。最后，要盡可能應(yīng)用鑲嵌線避開(kāi)因高程特征導(dǎo)致的偏移與錯(cuò)位，并盡量保證地物的完整性。

　　8) DOM檢查

　　首先，運(yùn)用空中三角加密的保密點(diǎn)對(duì)DOM進(jìn)行檢查，當(dāng)同名點(diǎn)的平面差異較大時(shí)，應(yīng)對(duì)其原因進(jìn)行查明，在必要時(shí)甚至要返工;其次，相鄰DOM鑲嵌處接邊不得有明顯的接邊痕跡，不應(yīng)該大于4個(gè)像素，對(duì)于滿(mǎn)足接邊精度要求的DOM進(jìn)行無(wú)縫拼接，不滿(mǎn)足的必須查明原因并對(duì)其進(jìn)行修改;最后，DOM鑲嵌前，也要檢查相鄰DOM鑲嵌處的顏色，確保其顏色過(guò)渡自然，不能有明顯的色差。

　　9）DOM分幅裁切

　　按照GB /7930-87分幅規(guī)則，對(duì)DOM采用40 cm x50 cm的規(guī)格進(jìn)行分幅裁切，確定圖幅4個(gè)圖廓點(diǎn)坐標(biāo)為裁切范圍，每幅面積為0. 2 km2。

　　10) DOM質(zhì)量控制

　　應(yīng)用目視檢查方法對(duì)DOM圖面進(jìn)行檢查，確保圖面清晰、色調(diào)均勻、反差適中;其次，要保證DOM沒(méi)有重影、紋理斷裂、模糊等現(xiàn)象，DOM應(yīng)該連續(xù)完整、色彩一致平衡、灰度無(wú)明顯不同;再次，DOM中的地物地貌真實(shí)，無(wú)噪聲、扭曲變形等缺陷;最后，DOM無(wú)漏洞。

　　3、數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)難題

　　目前，數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)己經(jīng)相當(dāng)成熟，特別是數(shù)碼相機(jī)的快速發(fā)展，為數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)字化發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。但是數(shù)碼相機(jī)鏡頭畸變差較大，內(nèi)方位元素也無(wú)法直接量取，導(dǎo)致數(shù)碼相機(jī)無(wú)法直接在航空攝影測(cè)量中應(yīng)用。另外，數(shù)碼相機(jī)的幅面較小，而且幅面多為矩形，導(dǎo)致數(shù)字航空攝影測(cè)量的外業(yè)控制與內(nèi)業(yè)處理工作量都較大。因此，以上技術(shù)難題己經(jīng)成為數(shù)字航空攝影測(cè)量的技術(shù)難題與研究熱點(diǎn)，如何破解以上難題，使數(shù)碼相機(jī)真正成為航空攝影儀，具有非常重要的意義。

　　結(jié)語(yǔ)：數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)雖然是一門(mén)相對(duì)年輕的技術(shù)，但是其逐漸取代傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)己經(jīng)成為必然趨勢(shì)。加強(qiáng)對(duì)數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步研究，破解數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)難題，必將推動(dòng)我國(guó)航空攝影測(cè)量技術(shù)向數(shù)字化航空攝影測(cè)量時(shí)代發(fā)展。