基于DPGrid进行城市大比例尺正射影像生产的若干问题思考

答星，李琼，孟泉毅

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

基于DPGrid进行城市大比例尺正射影像生产的若干问题思考

答星∗，李琼，孟泉毅

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

首先介绍DPGrid软件在正射影像快速成图方面的优势，通过结合武汉市主城区大比例尺影像快速生产更新的任务要求，以DPGrid软件在城市1∶2 000正射影像生产过程中遇到的若干问题进行思考与阐述。

DPGrid；大比例尺；正射影像

1 研究背景

2007年12月，国务院正式批准武汉城市圈成为“全国资源节约型和环境友好型社会”综合配套改革实验区，武汉作为“1＋8”城市圈的核心主体，在城市建设、综合交通、生态环境等多个领域发展日新月异。我院作为承担武汉市“十一五”基础测绘任务的城市勘测单位，利用数码航空影像进行正射影像数据生产已成为服务当前城市建设发展的重要手段之一。为了提高城市大比例尺正射影像成图的生产效率，我院与武汉大学DPGrid软件团队合作，结合主城区约1 000 km21∶2 000正射影像的生产任务，进行了一次大规模生产实验，通过对生产过程中的若干问题探索，有利于完善DPGrid软件在大比例尺城区正射影像快速生产方面的应用。

DPGrid(Digital Photogrammetry Grid)是武汉大学基于多年来在数字摄影测量方面的研究成果，将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量处理技术结合，研究开发的一套高性能的新一代航空航天数字摄影测量处理平台[1]。DPGrid系统将自动化与“人机交互”完全分开，利用分布式计算实现了对海量航空摄影数据的全自动处理。该系统主要包括:高性能遥感影像自动处理系统DPGrid.core和基于网络的无缝测图系统DPGrid.SLM(Seamless Mapping)。本文主要结合DPGrid的高性能遥感影像自动处理系统进行大比例尺城区正射影像图单片纠正、匀色处理、智能镶嵌及自动成图等生产工序。

2 工程任务简介

本次航摄区域以武汉市中环线为主体，外扩部分重点建设区域约1 000 km2，所采用的航拍传感器是由美国Intergraph公司与德国Carl Zeiss公司合作生产的数字航空摄影仪(Digital Mapping Camera)，数据采集时间为2009年6月～9月。该区域地形受江湖的自然分割，因此目标区域被分割成6个区域，如图1所示，约1 800像对，拟作0.2 m分辨率正射影像。

图1 目标区域示意图

2.1 DPGrid正射影像制作流程

为了更为直接地检验DPGrid在匀色和智能拼接方面的优势，我们直接引入Intergraph ssk系统生成的原始影像空三加密成果以及该区域的历史DEM数据。本次生产硬件方面采用1台存储服务器加4台刀片计算机组成，通过千兆网互联。存储服务器储存原始影像数据及中间运算结果，利用DPGrid软件的Orthomaker模块做相应的生产流程参数设置后，将自动分配计算任务到刀片计算机节点，实现分布式并行计算处理。整个流程依次包括原始影像单片匀色、单片正射纠正、智能拼接、后期修正、图符裁切等工序。具体制作流程如图2所示。

图2 DPGrid正射影像制作流程图

3 DPGrid在大比例尺正摄影像快速成图中的若干问题思考

DPGrid软件目前在制作1∶10 000正射影像图方面已经达到相应的精度要求，同时也有小范围1∶2 000成图经验。因而，本次生产旨在少量人工干预情况下，利用其海量数据集中存储、分布式计算、智能拼接等技术特点，大幅缩短正射影像生产周期。众所周知，城市大比例尺正射影像生产过程中，海量的数据组织、影像匀光匀色、镶嵌方法的选择、后期编辑检查等问题均直接影响数据生产质量和效率。通过为期2个月的摸索及实践，笔者总结了利用DPGrid软件进行正射影像生产时存在的一些问题及如下思考。

3.1 分布式并行处理系统可有效利用计算机资源

本次工程所配置的并行处理系统由4台刀片服务器与1台磁盘阵列服务器构成，它们之间利用消息传递编程模型实现并行程序设计。通过在磁盘阵列服务器端设置工程任务及配置节点刀片机的通信互通后，磁盘服务器将根据节点数量实现任务分解及分配工作，并可动态监视各节点的运行情况[2]。该模式不仅能减少以往生产过程中因上传下载而产生的大量冗余数据，保护影像数据的安全，而且能够有效调用我院现有服务器、磁盘阵列、局域网架构、个人计算机等资源，将闲散的计算机资源作为格网节点快速构建一个分布式并行运行架构，进行大规模的影像数据快速生产。

3.2 匀光匀色需考虑大范围水域的影响

DPGrid软件采用基于频率域的比值法进行单片匀光，该算法可有效的调整原始影像上亮度分布不均的问题，并能保留地物反差细节。影像间的匀色采用最小二乘平差方法，该方法根据匀光后正射影像的重叠区域应具有相同(或相近)的色调的基本要求，统计参数，然后整体平差从而解算每幅影像的调整参数，使影像之间的色调差异取得整体意义上的最小二乘值。该方法能可以有效保持地物的特征信息，避免匀色后出现的色差问题[3]。但本次实验过程中，由于测区内水域面积大、强反光偏色现象严重，因此重叠区统计值易受大面积水域干扰，使得城建区域匀色后效果明显优于水域附近影像。因此笔者建议DPGrid软件可以进一步考虑利用已有的水域边界矢量数据线进行统计区域的排除，或利用空三成果中加密点作为最小二乘平差方法的取样点进行匀色参数的初始值，从而减小大面积水域对匀色的影响。

3.3 “蚁群算法”智能镶嵌算法在大比例成图方面仍需改进

DPGrid软件采用“蚁群算法”进行影像智能镶嵌，相较我院以往采用全人工选节点镶嵌模式，大幅缩短了影像镶嵌时间。该算法基于正射影像的重叠区域的差值，绕开因投影差或颜色差异较大的区域，利用“蚁群算法”的正反馈，通过多次循环直到路径收敛[4]。通过本次工程检验，该算法基本能解决城郊结合区域的镶嵌问题，在城区中若初始点位落入相对笔直道路区域内，经过迭代计算也能求解出较好的结果。但在房屋投影差过大、街道弯曲狭窄、大面积密集房屋等区域内，“蚁群算法”因其初始点位的选择及路径收敛权值设置等因素影响，会出现在预定的迭代次数后仍无法选择出较好的镶嵌线。因而笔者建议，可以考虑利用已有的路网矢量数据，首先进行最优路径的预判断，然后再利用“蚁群算法”的色差检验特性进一步逐点修正该路径，以便有效绕开投影差较大的区域，获得更好的镶嵌效果。

3.4 影像数据可实时多人修改

DPGrid软件为支持大测区数据的整体正射镶嵌处理，定义了64位逻辑寻址的文件格式(∗.bbi)，并支持正射影像的实时漫游浏览与缩放功能[3]。本次工程中最大面积的测区经镶嵌后数据量高达50 GB，依靠BBI数据格式所建立的多级影像金字塔，实现多个客户机端能够高效的访问同一区域的拼接结果，以便对镶嵌线进行必要的修改。修改的区域包括DEM更新区域、低矮房屋密集区域、镶嵌线穿越高层建筑区域、水域山体等投影差较大的区域。根据实际影像的不同情况，可以选择快速贴图、DEM编辑、DLG编辑等不同影像采样方式。例如，影像中高层建筑由于投影差较大，被镶嵌线穿越时，可选择快速贴图采样方式修改镶嵌线，确保高层建筑的完整性；影像中因DEM更新不及时或局部微小区域DEM错误造成的影像扭曲，可以通过编辑DEM然后重采样方式修正扭曲的正射影像。

3.5 镶嵌过程中实时修改并更新DEM数据

实际正射影像生产中，正射影像纠正质量往往取决于已有DEM数据的精度，而大面积的DEM数据往往需要借助立体采集合并特征点线进行更新维护。我院目前正射影像镶嵌工作主要采用Geoway ImageStation“逻辑接边，一次成图”的生产方针，执行镶嵌工序时如遇到扭曲变形的图幅，需要借助其他软件平台重新编辑该区域DEM，并生成新的正射影像替换到镶嵌数据库中，因此较为影响生产效率[5]。DPGrid软件平台提供了小面积DEM数据的更新方式，通过作业员对目标区域的等值线走向判断，利用陡增、平滑、置平等操作修改DEM数据，并实时重采样，消除由于DEM数据错误造成的地物扭曲。更新后的DEM数据也可以实时保存，以便下一次正射影像生产需要。

4 结 语

实践表明，DPGrid利用其分布式海量数据管理及正射影像处理等先进技术为正射影像加工生产提供了一体化解决方案。特别在我国汶川地震灾后应急响应时期，DPGrid能够充分发挥其快速、高效地处理“非常规”海量航空摄影数据，为灾区提供坚实可靠的测绘保障[6]。虽然其自动化的产品结果还需经由人工干预、检查及修改才能满足我国大比例尺成图规范要求，但DPGrid作为国产化新一代数字摄影测量处理平台在城市大比例尺正射影像生产过程中仍有提升的空间。本人结合实际生产，提出了如上若干思考，旨在探寻一条更加快速而高效的正射影像生产路线。

[1] 张祖勋.从数字摄影测量工作站(DPW)到数字摄影测量网格(DPGrid)[J].武汉大学学报(信息科学版)，2007，32(7):565～571

[2] 张剑清，柯涛，孙明伟等.并行计算在航空摄影测量中的应用与实现[J].测绘通报，2008(12):11～14

[3] 孙明伟.正射影像全自动快速制作关键技术研究[D].武汉:武汉大学，2009.6～59

[4] 张剑清，孙明伟，张祖勋.基于蚁群算法的正射影像镶嵌线自动选择[J].武汉大学学报(信息科学版)，2009(6): 675～678

[5] 李琼，张琍，答星.利用Geoway ImageSatation和SQL Server进行正射影像生产的若干问题思考[J].测绘通报，2009(01):42～44

[6] 张祖勋，柯涛，郭大海等.数字摄影测量网格在汶川大地震中的快速响应[J].中国工程科学，2009，11(6):54－62

Thoughts on Some Issues of Large－scale Orthophoto Production in Urban Area Based on Dpgrid

Da Xing，Li Qiong，Meng QuanYi
(Wuhan Geotechnicial Engineering And Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

Firstly，the paper introduces the advantage of Dpgrid in the fast processing of Orthophoto Production. Based on the requirements in Large－scale Orthophoto producing and updating in the center urban area of Wuhan，it provides some thoughts on issues of the 1∶2000 scale Orthophoto Production in urban area by Dpgrid.

Dpgrid；large－scale；orthophoto

1672－8262(2011)01－91－03

P231

B

2010—04—26

答星(1983—)，男，工程师，主要从事数字影像生产与开发应用工作。

国家测绘局精密工程与工业测量重点实验室项目(PF2009－4)