天津市域1∶2000 DOM快速制作流程的关键技术分析

2013-06-26陈香徐卫民王金玲王琳

城市勘测 2013年3期

陈香，徐卫民，王金玲，王琳

(天津市测绘院，天津 300381)

1 引言

近年来，随着天津市城市建设步伐的不断加快和建设范围的不断扩展，各相关部门对基础地理信息数据的需求也越来越多。为适应全市快速建设形势，促进全面协调可持续发展，做好基础测绘服务保障，为各级领导决策提供翔实可靠的基础地理信息数据，满足城市规划、综合开发以及城市管理等工作的需要。

天津市规划局指令天津市测绘院于2010年7月至9月底负责实施全市域航空摄影及 1∶2 000 数字正射影像图制作项目，从而实现天津市域最新现势性1∶2 000 数字正射影像图全覆盖。针对该项目时间短、任务量大的特点，按照常规作业方法很难完成。项目实施过程中，结合前期相关试验，对正射影像图制作流程中的关键环节进行了技术改进和技术创新。

2 项目的精心组织与科学管理

天津市测绘院在项目初期进行了大量的准备工作，包括人员的培训，作业流程的优化等;实施过程中，为了提高工效，控制成本，专门制定了《2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作项目实施方案》，对项目的组织结构、岗位职责、生产流程、工期安排、资源配置等方面进行详细部署。由于精心组织与管理科学，在任务重、工期紧的情况下依然按时完成了该项目，并实现成果全部上交与归档。

3 正射影像图制作技术路线

正射影像图制作流程如图1所示，数字航空摄影完成后可获得原始影像数据和定位定姿系统(position and orientation system，POS)数据;使用专业匀光、调色软件对原始影像进行匀光调色处理可直接得到用于正射纠正的影像;同时，在Pixel Grid 中导入原始影像数据、POS 数据以及像控点影像库中的像控点数据进行POS 辅助空中三角测量完成数据的加密工作;对于地形变化的区域，原有DEM 已经不能满足正射纠正需求，需要利用新的加密成果通过多基线、多重匹配特征的全自动密集匹配变化区域数字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，并使用滤波算法和人工编辑生成2 m 分辨率的DEM，完成对历史DEM 成果的修测;在Pixel Grid 中导入加密成果和修测的DEM，对调色后的影像进行单机多核批量数字微分纠正，最后在ERDAS 中完成镶嵌和裁图。

图1 2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作技术路线

4 正射影像图制作技术改进与技术创新

4.1 数字航空摄影

采用数码航空遥感系统(DMC)实施航空摄影并辅以POS 测量系统，与传统航空摄影比较，该系统是一个专门用于光谱摄影的高分辨率和高精度数字摄影系统，具有以下优点:电子像移补偿FMC 技术消除了传统航空摄影的局限性;改善了辐射分辨率;由于内定向的残差为零，提高了摄影测量的几何精度;省去了影像冲洗扫描工序，能够缩短数据处理的周期;一次摄影同时获取全色黑白、彩红外和真彩色影像数据，拓宽了潜在的应用范围，辅助的POS 测量系统，使获得数字影像的同时还获得每张影像的高精度外方位元素信息。

4.2 像控点建库及测量

外业像控点测量是空中三角测量的一个重要环节，其测量进度直接影响着整个项目的进展。由于阴雨天气等偶然因素的存在，加上天津市域12 000 余平方千米的作业面积，同时还要考虑较短的制作工期，常规的外业像控点测量难以满足内业空三加密的需求，因此，天津市测绘院自主研发天津市历史像控点影像库(如图2所示)，该库以天津市2008年两次航飞涉及的两批像控点和2006年滨海新区及新四区的像控点作为初始基础数据，主要包含像控点编辑、像控点库编辑和像控点应用三个模块;将历史像控点影像库直接应用于2010年天津市数字正射影像图制作不仅仅为加密区提供了所需的绝大多数可用像控点，还可以将加密工程进行坐标转换，统一到技术设计书所要求的地方坐标系，大大提高了空中三角测量的运行效率。而对于加密区内丢失的少数像控点可以通过外业补测。外业像控点测量采用天津市GPS 连续运行参考站网系统可以直接获得像控点的三维坐标，同时应用自主研发的像控点整饰软件在PDA 上进行像控点刺点及整饰工作，最后把新测的像控点整理入库，保证了天津市历史像控点影像库的现势性。项目执行过程也证明该库能提供约80%的可用像控点资料，很大程度上减少外业工作量，提高空三加密的效率。

图2 天津市历史像控点影像库

4.3 POS 辅助空中三角测量

首先对于测区内的所有影像，选择影像批处理工具批量生成索引影像和金字塔影像，并通过同名点与其对应的同名核线距离检查POS 数据设置是否正确，否则重新设置(如图3所示);然后根据高精度POS 和地面高程预测在所有影像上的同名点位置并提取同名点，相比无POS 或POS 精度不高的传统空中三角测量有效减少了连接点提取时间和误匹配概率;利用Pixel-Grid 系统中的平差工具进行自由网平差解算，其平差的基本过程如下:启用粗差探测进行平差，并删除误差较大的点，不断循环上述过程直至整个平差过程趋于稳定，关闭粗差探测功能，同时注意观察整个区域网的连接强度及均匀分布，必要时需人工加点。同时，为了保证空中三角测量的区域网接边质量，自主开发了空中三角测量接边检查和配赋软件。

图3 检查POS 设置是否正确

4.4 DEM 计算与实时编辑

采用计算机集群技术和先进的海量遥感图像数据处理系统Pixel Grid 完成。该系统可以通过多基线、多重匹配特征的全自动密集匹配DSM，并使用滤波算法生成DEM，此方法使得项目在运行过程中，无论是DEM 的生产还是对历史DEM 的修测，所花费时间仅占立体采集方法生成DEM 时间的四分之一，而且对于系统滤波后的DEM 可以再辅以人工实时编辑，这样就可以解决滤波后DEM 引起的各种变形问题，大大提高后期正射影像图制作的效率，如图4所示。

图4 正射影像处理效果

4.5 DOM 色调调整

包括两个方面，第一是使用专业匀光、调色软件对原始影像进行匀光处理，消除“烧饼”效应等问题，并依据“标准片”分航线将测区内的影像色调统一处理使之接近标准色调，减少镶嵌后来自不同单片的色调不一致性;第二是在成果影像整体色调调整方面，引入国际上先进的Photoshop 插件——REEBOTOO(北京锐宇博图科技有限公司)遥感影像转换中间件，能够打开IMG 格式大文档影像数据，很好的解决DOM 成果由于不同航线不同架次不同天气引起的整体调色问题，从而保证最终成果颜色整体的一致性。

4.6 DOM 影像库管理系统建设

采用了多项先进技术，主要概括如下:①独特的影像金字塔数据组织方法:采用金字塔结构算法，根据区域影像特征用数学函数来描述金字塔结构，实现区域影像数据的分级管理和分级调度，提高了影像显示速度。其最大的优点是除了调用和显示速度快以外，而且对计算机的内存没有任何限制。②独特的影像数据压缩与处理技术:金宇影像压缩(Tianjin Decode Image，TDI)技术采用了新一代小波分析理论，在保持最大信息量的基础上，显著提高了压缩倍率，最高可达到100 倍，具有很好的压缩和解压的速度。③具有自主版权的影像数据库二次开发软件包:本项目利用计算机组件(COM)技术开发完成了金宇影像数据库管理SDK(Software Development Kit)开发包。通过它可以独立完成大型影像数据库的开发工作，也可以与目前国际上流行的GIS 系统和遥感系统结合提高其对超大影像数据的管理和快速显示的能力。

5 正射影像图的成果质量控制

正射影像图的质量评价主要包括影像质量、几何精度和接边精度等质量指标。影像质量一般包括影像分辨率和影像特性，通过人工检查影像的分辨率、色彩、色调、反差、纹理等以达到项目的要求;位置精度主要指影像的平面精度，利用现有1∶500、1∶2000 地形图及像控点库中控制点对DOM 成果几何精度进行过程控制;同时，针对DOM 接边精度及元数据质量情况，自主研发检查软件，在作业过程中就引入检查机制，保证了接边精度在DOM 制作过程中就得到控制。