地测遥感技术建置数值模型研究

摘要：LPS是Leica Photogrammetry Suite的简称，是航空摄影测量及遥感图像处理软件系列。LPS可以处理各种遥测影像，如航空影像、卫星影像、雷达影像等，其应用可包括向量数据收集、数值地形产生、正射影像镶嵌及遥感处理。相较于传统摄影测量，利用计算机软件的程序化步骤能够快速建置数值地形模型，以客观的角度了解地物地貌特征，为图像处理及摄影测量提供了高精度及高效能的生产工具。

关键词：地测遥感技术；数值模型；LPS；遥测影像；航空影像 文献标识码：A

中图分类号：P208 文章编号：1009-2374（2015）03-0016-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0201

1 使用软件简介

Match-T是德国Inpho软件公司旗下摄影测量商业软件，其强大的自动匹配能力可以基于立体像对自动且高效地匹配密集点云，可从航空或卫星影像上提取高精度的数值地形模型。

2 航空影像来源介绍

拍摄DMC影像可使用航遥测飞机、航空摄影机、数化制图仪器、资源调查仪器与经验丰富之专业技术人员执行航测制图及农林、工矿资源航测调查业务，提供铁公路、机场、港口、水库、矿场等经济建设之基本资料，并作为农业生产、森林经营、国土规划、区域计划、资源开发、土地利用等调查规划之用。可选用设备Zeiss Intergraph DMC航照数字相机与Leica ADS40航照数字扫描仪，以取代底片航测相机与多光谱扫描仪。航照数位相机（DMC）及航照数字扫描仪（ADS40）以数值记录方式进行航照任务，除省去体店冲洗与扫描等业务外，更可同时取得R、G、B等可见光波段及近红外光（NIR）波段之影像，较传统必须分别拍摄可见光与红外光照片作业方式，数字相机所摄得之影像应用价值更高，也更节省作业成本，加上惯性定位定向系统之辅助，可取得摄影曝光瞬间的位置与姿态参数，节省后续的空中三角测量平差作业所需的人力及时间。

3 数位航测相机简介

Z/I DMC成像原理与传统相机类似，采用框幅式（frame）摄影，相机配有4个高分辨率全色态（Panchromatic）电荷耦合装置（Charge Coupled Device，CCD）镜头及4个原分辨率R、G、B、NIR多光谱（Milti-Spectrum）CCD镜头。其中全色态镜头之像元大小为12μm，焦距为120mm，辐射分辨率为12bit。DMC影像在正射处理时，于航带内及航带与航带之间，皆需再经过镶嵌处理。框幅式影像在数据管理上较为方便，但在影像融合及镶嵌作业上需花费较多时间。

Leica ADS 40采用推扫式（Push Broom）摄影纪录地面讯息，原理与传统狭缝相机类似，所得影像成带状型式，同一航线所得影像，可不需经过镶嵌处理，即可不间断浏览，色调也较一致。多光谱影像部分，同时备有2组置于不同视角之线状CCD传感器（后视及底视），全色态部分则有3组不同视角之线状CCD传感器（后视、底视及前视），组合后可获得连续之立体像对，供立体观察与数值航测地形图测绘等应用。各波段之线状CCD传感器像元大小皆为6.5μm，焦距为62.77mm，辐射分辨率为12bit，因R、G、B、NIR波段与全色态波段同样为高分辨率，故不需再进行影像融合，即可直接获取高分辨率的彩色影像，且镶嵌作业仅需针对航带与航带之间，较符合紧急灾害制图所需，但其带状影像的储存方式，与现有依图幅或片幅之数据管理方式较不兼容。

4 数值地形模型建置流程

本研究利用所拍摄之航空影像配合LPS及MATCH-T航测软件建置高精度数值地形模型，其建置流程及相关说明如下图1所示：

4.1 取得影像数据

确定研究区域及动机目的后，第一步为透过航迹图了解飞机通过研究区域的航线轨迹及影像重迭率，挑选符合建置数值地形模型之质量良好航空影像，还必须注意相片内容清晰及遮蔽物的有无，避免影响后续建置成果。

4.2 相机参数确认

制作数值地形模型需要输入拍摄影像当时的相机型号及相关信息，如焦距长度、影像画素、像元尺寸与像主点移位等，以供航测软件作后续处理。

航照数字相机DMC相机参数：任务编号：070529g_27；焦距长度：120mm；影像画素：13824*7680pixel；像元尺寸：12μm；像主点移位：X0=0.0mm，Y0=0.0mm。

4.3 内方位设定与外方位设定

摄影测量作业中的方位（Orientation）有两类：一类为内方位（Interior Orientation）；另一类为外方位（Exterior Orientation）。相关说明如下：

第一，内方位设定。如图2所示内方位包括了像主点坐标（X0，Y0）、像主点位移（ΔX，ΔY）、焦距（f）及镜头率定参数（透镜的辐射与畸变差、框标间的相对位置或距离等），其目的为建构以像主点为原点的相片坐标系统及恢复摄影瞬间每张相片镜头与投影光束的几何关系，以校正相片上的误差。

第二，外方位设定。外方位设定就是将野外现地测量GPS-RTK得到的地面点坐标及高程（x，y，z）作为影像中的地面控制点，也就是将两张以上相片中的共同特征物（如道路交角、地面标志、人工建物等）赋予真实的大地坐标数值，其目的为连接地面坐标系与影像坐标系统两者间的关联性。此步骤需要耗费最多的时间与人力点选控制点位，为数值地形模型精度好坏之关键。倘若航空照片拍摄方有提供个别影像之外方位参数，即可直接汇入MATCH-T生成数值地形模型，大大减少建置DTM时间长度。

4.3.1 空中三角计算外方位参数。当前述的内方位及外方位设定完成后，便交由LPS进行空中三角计算外方位参数，所谓相片的外方位，是指相片中心于空间坐标系内之位置（X、Y、Z）及相机摄影瞬间的空中姿态（ω、φ、κ），方位角（ω）、倾角（φ）及旋转角（κ）分别代表航空相片于空间坐标系之旋转角度。

4.3.2 生成数值地形模型。经过以上流程，最后将个别影像及相对应之外方位参数汇入MATCH-T，计算出重迭影像对中相同点位的三维坐标信息（图3），再经过转档及裁切等步骤将其转化成易于展示之格式与样貌，帮助后续相关之探讨分析使用。

5 结语

近年来随着电子与光电科技的进步，摄影测量已趋向数字化及自动化操作，且仅需甚少人力控制即可完成，并大大缩短了工作时间。

由于摄影技术及相片质量的提升，其由量度的摄影测量变为量度的摄影测量与相片判读同时发展，量度的摄影测。当前在地球表的研究中，如地理学、地形学、地质学、森林学、土壤学等，都可利用航空影像增加研究的便利。此外如石油或矿藏探勘、灾害调查、工程及军事用途等，均藉由航空影像作空中侦察（Aerial reconnaissance）获得更全面的地表信息。

参考文献

[1] 张仁华.实验遥感模型及地面基础[M].北京：科学出版社，1996.

[2] 苗庆杰，周彦文，曲均浩，李铂.遥感在防震减灾中的应用[J].防灾科技学院学报，2010，（2）.

作者简介：杨宝石（1977-），男，供职于内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司，中级职称，研究方向：矿山机电。