浅析数字航空摄影测量技术的应用

摘要：随着测绘技术、信息技术和计算机技术的迅速发展,航空摄影测量技术也有了前所未有的发展和进步,其空间数据获取已从单一的野外测量发展到内外业综合以内业为主的采集方式。当前,陆地资源卫星、星载SAR、机载激光雷达、航空摄影等方式成为空间数据获取的主要技术手段,而传统仪器测量成为这些技术手段的辅助。

关键词：数字航空摄影；测量技术；应用

Abstract: With the rapid development of Surveying and mapping technology, information technology and computer technology, aerial photogrammetry technology has hitherto unknown development and progress, the spatial data obtained from a single field measurement to inside and outside the industry within the industry of the integrated acquisition mode. At present, the land resource satellites, satellite SAR, airborne lidar, aerial photography, become the main technical means of space data acquisition, and the traditional instruments to measure these techniques as auxiliary.

Key words: digital aerial photography; measuring techniques; application

中图分类号：P25

一、数字航空摄影测量的最新进展与应用领域

自本世纪初数字航空相机问世以来,ADS40、DMC、UCD、SWDC等航空摄影仪不断涌现,近几年GPS技术、惯导技术、数码扫描、激光扫描、雷达等高精端技术与航空摄影的紧密结合,形成了多种航空摄影新技术,如GPS辅助航空摄影技术、IMLJ(POS)/DGPS辅助航空摄影技术、利用高解像率的CCD阵列取代胶片,获取地面的地物地貌光谱数字信息的数字航摄仪、SAR合成孔径雷达成像系统、LIDAR激光测高扫描系统等,也在推动着数字航空摄影测量的发展。

二、航空摄影测量数据处理关键技术

1.空三加密

利用VirtuoZoAAT+Pat-B自动空三加密模块,以数码航片作为空三加密的原始数据,运用Pat-B平差软件进行光束法区域网平差。通过航测内业方法(包括内定向、相对定向、公共连接点的转刺)构建空中三角网,并将外业控制点成果和POS数据导入系统按严密的数字模型进行区域整体平差,得到优化后的外方位元素和加密点成果。

以航测外业已划分的区域分区为内业空三加密的基本单元。使用数字摄影测量系统采集像点坐标,采用解析空三平差程序解算大地坐标。加密分区间参加大地定向的公共像控点必须是唯一的,即同点号、同坐标值。加密限差按GB 7930-87《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》有关规定执行。加密分区间必须接边,作业完成后应填写图历表,输出加密成果(作业说明、外业控制点分布略图、加密点分布略图、外业像控点坐标、加密点坐标、大地定向、检查点坐标、接边点坐标和检验报告等)。

2.数字正射影像图(DOM)数据生产

（1）技术路线

本文研究利用Virtuozo全数字摄影测量系统工作站进行1∶1000数字正射影像图DOM的制作。在全数字摄影测量工作站中,导入空三成果恢复测区并创建立体像对,作业生产区域DEM数据,并用特征点、线参与计算修改生成DEM。利用DEM数据对原始影像进行数字微分纠正,通过自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接,并最终完成数字正射影像图。最后按40cm×50cm矩形图廓对影像进行分幅裁切,形成DOM数据成果。

（2）DEM生产

利用空三成果,自动建立测区立体模型及其参数文件,在此基础上生成核线影像。DEM数据采集时应采用影像自动相关技术,生成DEM点(或视差曲线)。采用视差曲线编辑过程时,视差曲线间隔要合理。视差曲线(或DEM点)必须切准地面,真实反映地形态势。

1）采集特征点、线、面

主要是针对一些在完成影像自动匹配比较困难的地区和部位,例如大片居民区、水域及高层建筑旁被黑影遮盖部分等所作出的处理,主要方法是量测出相应部位的特征点、线、面。

①单特征线:是指地形发生明显变化的地形变化线,量测时沿这些特征线以静态读点方式严格切准立体模型采集。遇树林等植被覆盖区,要尽量切准林间空地测读碎部点高程;②双特征线:是指依比例尺的陡坎、斜坡、堤、河流、公路、铁路等,为了保证影像纠正质量,对于带状构造物,例如公路、铁路、路堤、依比例尺双线堤,应按双特征线量测上端两侧堤顶和下端两侧堤脚线。对于弯曲线状地物,至少要采集弧线上的三条特征线,特征线不应出现交叉点;③对高架路、桥等制作DEM时,应在高架路、桥上边沿量测特征线,DEM点需编至高架路、桥面上,以保证纠正后的影像不变形和位移;④封闭型要素:对于面积大于100m2的水库、池塘等静止水域内的DEM格网点高程应一致,流动水域的上下游DEM格网点高程应呈梯度下降,关系合理;⑤采用点编辑、面编辑相结合的方法,将DEM点修正到立体模型表面。按要求输出DEM数据。DEM的编辑必须结合地貌特征内插生成格网DEM(2.5m间距),检查DEM点与每个模型的吻合情况,对DEM点与模型不吻合的区域进行修测,使每个格网点都贴近地表。

采用显示等高线模式或显示等视差模式,在立体模型中对匹配结果进行检查、编辑。本项目中应注意对以下的情况下进行检查、编辑。

①影像的不连续、被遮盖及阴影等区域原因,检查匹配点是否切准地面;②建筑物、树林等部位,检查匹配点是否为地面点,而非物体表面上的点;③大面积平坦地区、沟渠及地形破碎区域,检查匹配点和等视差曲线是否真实表现地形;④大面积跨图幅的静水面,对涉及的模型均给定值,保证水面DEM高度保持一致;⑤高架桥、高架铁路、高架公路根据具体情况对其抬高或置平,保证DOM影像不变形。

3)建立DEM

根据加密点直接按区域生成大范围区域DEM,通过引入特征点、线、面等采集数据构三角网,进行插值计算,按2.5m×2.5m格网间距建立数字高程模型即DEM。

4)DOM生产

利用DEM完成影像微分纠正,按照分区对测区内影像以像元大小为0.1m进行双线性内插或三次卷积内插法进行重采样,生成分区正射影像(DOM)。通过自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接。DOM接边中高大建筑物的投影差带来的接边倒影,可采用调换左右片生成正射影像进行贴补,使高层建筑物达到无缝接边,并最终完成数字正射影像图。

5)正射影像检查修补

检查所生成的正射影像是否失真、变形,尤其是房屋、桥梁和道路,是否有房角拉长、房屋重影、桥梁和道路扭曲变形等。若有此情况,则要重新采集生成DEM,重新纠正,确保影像无误。对正射影像上局部出现的模糊、重影现象,通过贴补纠正后的单模型正射影像进行修补。

6)影像匀色

为保证镶嵌后正射影像色彩一致、均匀,针对航摄过程中出现的色差,需对所生成的正射影像进行色彩纠正,包括单影像色彩调整与多影像色彩均衡。匀色标准:选取几个有代表性的图幅,对测区中代表不同地貌的几个影像图进行匀色,分析效果,调整出一幅符合整个测区颜色信息的标准样图。根据标准样图,对测区正射影像进行全自动色彩调整和平衡处理,确保最终DOM的整体色彩均匀一致。影像应色彩真实、影像纹理清晰、层次丰富、反差适中、色调饱满,色调正常,图幅与图幅之间色彩过渡自然、色调一致。

7)正射影像镶嵌

相邻的数字正射影像必须在空间和几何形状上都要精确的匹配。必须进行可视化的检查,以确保相邻的数字正射影像中地面特征没有偏移。还应该尽量利用镶嵌线避开由于高程特征引起的偏移和错位,同时应尽量保证地物的完整性。

三、结束语

数字航空摄影测量是一门相对年轻的学科,它利用计算机替代“人眼”,使得数字摄影测量在理论和实践中都得到迅速发展,它将在三维可视化、GIS数据更新、数学近景摄影测量等方面得到广泛的应用与发展。它的发展使得胶片摄影被数字摄影所取代成为必然趋势,数字航空摄影测量系统的研究已成为当前航空遥感领域的研究热点和发展方向,新型数字航空摄影机的应用必将为航空摄影测量技术带来一次变革,并把我国航空摄影测量技术推向数字航空摄影时代。

参考文献：

[1] 李得仁,周月琴,金为铣.摄影测量与遥感概论[M].测绘出版社,1999.

[2] 李寿兵.航空摄影新技术推动数字摄影测量的发展[J].铁路工程学报,2005.

[3] 黄健.数字高程模型的质量检查[J].测绘通报,2002(2):55～56.