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数字航空摄影测量数据处理技术

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2018-05-29

  随着陆地资源卫星、机载激光雷达、星载SAR等计算机技术、信息技术与测绘技术的快速发展,使航空摄影测量技术获取空间数据的方式从传统的野外测量单一方式发展成为内外业综合、以内业为主的数据采集方式,推动着航空摄影测量技术快速发展并取得巨大进步。特别是数字航空摄影测量技术,广泛应用于城市建筑、城市交通、考古、矿山测量、水利工程、工业测量、地质等各个领域,己经成为航空摄影测量领域的研究热点。


  1、数字航空摄影测量的发展和应用领域

  自21世纪初数字航空相机问世以来,ADS40推扫式数字航空摄影仪、DMC数字航空摄影仪、UCD航空摄影仪和SWDC数字航空摄影仪也不断涌现,再加上与近几年出现的CPS技术、数码扫描技术、惯导技术、激光扫描技术、雷达等高端精确技术的紧密融合,出现了诸如C PS辅助航空摄影测量、POS辅助航空摄影测量、LIDAR激光测高扫描系统、SAR合成孔径雷达成像系统等新型数字航空摄影测量技术。而且数字航空摄影测量应用领域非常广泛,包括地图数据更新、土地测量、资源环境管理、城市规划、专题制图、地质地理信息获取、农林业地理信息获取、城市建筑、水利工程、城市交通、考古、医疗、矿山测量、工业测量、生物、材料力学等。


  2、数字航空摄影测量数据处理关键技术

  2. 1空中三角加密

  应用VirtuoGoAAT + Pat-B自动空中三角加密模块,将数码航空像片作为空中二角加密的原始数据,应用Pat-B平差软件进行光束法区域网平差。通过内定向、公共连接点转刺、相对定向等航空摄影测量内业方法进行空中三角网构建,然后将航空摄影测量外业控制点成果与POS数据导入系统并按照严密的数字模型对其进行区域整体平差,从而得到优化后的外方位元素与加密点成果。将航空摄影测量外业分区作为航空摄影测量内业空中三角加密的基本单元,利用数字航空摄影测量系统采集像点坐标,应用解析空中三角平差程序解算大地坐标。值得注意的是,加密分区间参与大地定向的公共像控点必须同点号及同坐标值,即公共像控点必须是唯一的。另外,加密限差要按照测绘类国家标准GB7930-87 《1: 500 1: 1 0001: 2 000地形图航空摄影测量内业规范》的相关规定执行。加密分区间必须要接边,而且作业完成以后还要填写图历表,输出作业说明、加密点分布略图、加密点坐标、外业控制点分布略图、外业像控点坐标、检查点坐标、大地定向、接边点坐标以及检验报告等加密成果。


  2. 2DOM(数字正射影像图)数据生产

  1) DOM数据生产技术路线

  本课题研究采用Virtuozo全数字摄影测量系统工作站制作1: 1 000 DOM。在Virtuozo全数字摄影测量系统工作站中,导入空中三角加密成果恢复测区并创建立体像,对生产区域DE M(即数字高程模刑)数据,利用特征点、特征线参与计算修改生成DEM。应用DE M数据对原始影像进行数字微分纠正(即直接应用计算机对数字影像进行逐个像元的微分纠正),运用自动生成的镶嵌线对整个测区的模刑正射影像进行无缝拼接,完成DOM,并按照40 cm x 50 cm矩形图廓对DOM进行分幅裁切,最终完成DOM数据生产。


  2) DEM生产

  应用空中三角加密成果,自动创建测区立体模刑以及参数文件,生成核线影像(epipolar image) 。 DEM数据采集时,应用影像自动相关技术,生成DE M点或者视差曲线,并且在视差曲线编辑过程中保持合理的视差曲线间隔。DEM点或者视差曲线应该切准地面,从而真实地反映出地形态势。


  3) DEM建立

  根据加密点直接按照区域生成大范围区域DEM,并通过引入特征点、特征线及特征面等数据生成三角网,进行插值计算,最后按照2.5 m x2.5 m网格间距建立DEM。


  4) DOM生产

  应用DEM数据对原始影像进行数字微分纠正,按照分区对测区内影像以像元大小为0. 1 m进行双线性内插或者三次卷积内插法进行重采样,生成分区DOM,再利用自动生成的镶嵌线对整个测区的分区DOM进行无缝拼接,最终完成DOM。其中,在DOM接边过程中高大建筑物投影差产生的接边倒影,可以运用调换左右片生成正射影像进行贴补,从而实现高大建筑物的无缝接边。


  5) DOM检查修补

  对DOM进行检查,看看是否失真或者变形,特别是高大房屋、道路、桥梁,是否出现房屋重影、房角拉氏、桥梁扭曲变形、道路扭曲变形等现象。如果出现DOM失真或者变形,应该重新采集生成DEM、重新进行数字微分纠正,保证DOM无误。对于DOM出现的局部模糊或者重影情况,可以通过贴补纠正后的单区DOM进行修补。


  6)影像匀色

  为了保证镶嵌无缝拼接后的DOM色彩一致、均匀,针对航空摄影过程中所出现的色差问题,可以对生成的DOM进行单影像色彩调整或者多影像色彩均衡的色彩纠正。例如,可以选取几个具有代表性的图幅,对测区中代表不同地貌的影像图进行匀色,并分析匀色效果,调整出一幅符合整个航空摄影测区颜色信息的标准样图。再根据标准样图,对DOM进行全自动色彩调整平衡处理,确保最终的DOM整体色彩一致、均匀,即影像纹理清晰,影像层次感丰富,影像色彩真实,影像反差适中,影像色调饱满正常,不同影像的色彩过渡自然且色调一致。


  7) DOM镶嵌

  相邻的DOM在空间与几何形状上都要精确匹配。另外,要进行可视化检查,保证相邻DOM中的地面特征没有偏移。最后,要尽可能应用镶嵌线避开因高程特征导致的偏移与错位,并尽量保证地物的完整性。


  8) DOM检查

  首先,运用空中三角加密的保密点对DOM进行检查,当同名点的平面差异较大时,应对其原因进行查明,在必要时甚至要返工;其次,相邻DOM镶嵌处接边不得有明显的接边痕迹,不应该大于4个像素,对于满足接边精度要求的DOM进行无缝拼接,不满足的必须查明原因并对其进行修改;最后,DOM镶嵌前,也要检查相邻DOM镶嵌处的颜色,确保其颜色过渡自然,不能有明显的色差。


  9)DOM分幅裁切

  按照GB /7930-87分幅规则,对DOM采用40 cm x50 cm的规格进行分幅裁切,确定图幅4个图廓点坐标为裁切范围,每幅面积为0. 2 km2。


  10) DOM质量控制

  应用目视检查方法对DOM图面进行检查,确保图面清晰、色调均匀、反差适中;其次,要保证DOM没有重影、纹理断裂、模糊等现象,DOM应该连续完整、色彩一致平衡、灰度无明显不同;再次,DOM中的地物地貌真实,无噪声、扭曲变形等缺陷;最后,DOM无漏洞。


  3、数字航空摄影测量技术难题

  目前,数字航空摄影测量技术己经相当成熟,特别是数码相机的快速发展,为数字航空摄影测量数字化发展提供了基础条件。但是数码相机镜头畸变差较大,内方位元素也无法直接量取,导致数码相机无法直接在航空摄影测量中应用。另外,数码相机的幅面较小,而且幅面多为矩形,导致数字航空摄影测量的外业控制与内业处理工作量都较大。因此,以上技术难题己经成为数字航空摄影测量的技术难题与研究热点,如何破解以上难题,使数码相机真正成为航空摄影仪,具有非常重要的意义。


  结语:数字航空摄影测量技术虽然是一门相对年轻的技术,但是其逐渐取代传统航空摄影测量技术己经成为必然趋势。加强对数字航空摄影测量技术的进一步研究,破解数字航空摄影测量技术难题,必将推动我国航空摄影测量技术向数字化航空摄影测量时代发展。


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