UCX在数字焦作1∶1 000航测成图中应用

黄韫韬,田慧杰

(河南省中纬测绘规划信息工程有限公司,河南焦作 454000)

UCX在数字焦作1∶1 000航测成图中应用

黄韫韬∗,田慧杰

(河南省中纬测绘规划信息工程有限公司,河南焦作 454000)

数字航空摄影测量技术在3D产品生产与更新中的应用日益广泛,国内外各种航摄仪产品的应用也日益增多,UCX数码航摄仪以其成像精度高、影像清晰、色彩真实等特点成为航空摄影测量的首选设备。本文结合“数字焦作”建设项目,以UCD航空影像为基础,探讨了UCX航摄仪获取的影像数据在制作3D产品中的应用情况,结果表明: UCX在GSD为0.1 m的情况下,其摄影测量的几何精度可满足1∶1 000航测成图规范。

UCX;摄影测量;焦作测区;3D产品

1 引 言

航空摄影测量是快速获取地理数据的重要技术手段之一,是国家基本比例尺地形图量测和更新及地理信息数据库建设的重要资料源。自2008年国家测绘地理信息局下发了《关于全面加快数字城市地理信息空间框架建设试点与推广工作的通知》(国测国字[2008]38号)以来,各地以通知中的“认真做好以数字城市建设为核心的城市基础测绘工作”为指导,迎来数字城市建设的测绘重点和热点;数字城市地理信息空间框架建设的基础是地理信息数据库构建,航空摄影测量技术成为数字城市建设获取基础地理信息的主要技术手段[1,2]。

2012年“数字焦作”基础地理信息数据制作工程得以立项,并进行数据生产。该项目以数字航空摄影仪UCX的航摄影像为基础,制作焦作市城区162 km21∶1 000的数字线划图(DLG)、数字高程模型(DEM)和数字正射影像图(DOM)。本文结合该项目区探讨了UCX在“数字焦作”建设项目中的应用,并对其航测几何精度进行综合分析与评价。

2 UCX数字航摄仪概述

UCX是目前较先进的超大幅面数字航空摄影相机,所有镜头都是水平、垂直对向对面,其传感器单元由8个高分辨率的光学镜头组成,其中4个全色波段的镜头沿飞行方向等间距顺序排列,间距为80 mm,另外4个多光谱镜头对称排列在全色镜头两侧,所有镜头都水平安置,垂直对向地面,多镜头同地点延时曝光;UCX所有镜头在同一姿态下曝光,得到一个完整的中心投影大幅面全色影像[2]。

UCX像幅内所有的影像范围都有很好的几何精度,像片边缘变形小,全部可用于实际测图。UCX的相机分辨率达到了7.2 um,像幅面达到9 420× 14 430像素,地面最高分辨率可达2.2 cm,UCX与初期推出的UCD的相机参数对比如表1所示。

表1 UCD/UCX相机参数对比表

3 焦作测区概况

焦作市摄区位于河南省西北部,航摄区总面积325 km2,地貌类型较全,最低点为83 m,最高点为348 m,航拍时间为2012年4月,航片质量清晰,同地物颜色基本一致。航摄具体参数如表2所示,航飞完成情况如图1所示。

表2 航摄技术参数表

4 3D产品制作

4.1 作业思路

本项目在作业过程中,立体模型的建立采用全野外布点、单模型定向的方式,在控制点量测困难或特征不明显的山区与大片田地,找不到控制点或所刺像控点不能用的地区采取空三加密方式建立立体模型,这样两种方式的结合,发挥了各自的优势,减少了外业的工作难度,提高了作业效率。空三加密采用了Geolord-AT自动空中三角测量系统,单模型定向及1∶1 000比例尺3D产品的制作均在JX4全数字摄影测量系统中进行,DOM色彩调整以及变形处理等均采用Photoshop软件[3]。

图1 航摄完成情况图

4.2 立体模型建立

(1)单模型定向过程包括内定向、相对定向、绝对定向和核线重采样,相对定向精度要求不低于5 um,绝对定向精度要求执行表3的规范。

表3 绝对定向精度要求

(2)空三加密时模型定向限差设置:上下视差限差设为0.004 mm,模型连接限差为0.03 mm;自由网平差点间隔设为1,匹配点数不少于500点;加密点中误差和绝对定向后基本定向点残差、检查点误差、公共点较差最大限制执行表4的规范。

表4 空三加密精度要求

4.3 立体测图

在JX4摄影测量工作站矢量测图模块下,根据技术设计书和1∶1 000图式要求进行地物地貌的采集。对于影像清晰,能准确判读的地物地貌按规定图层及符号准确绘出,不能遗漏、变形和移位;若地物影像立体不明显或对地物位置没有把握时,要标注记号“A”留待外业补测处理。基于UCX影像基高比大、易且准的特点,高程点尽可能内业采集[4,5]。

4.4 DEM制作

(1)特征点线采集

为了提高DEM匹配格网点的精度,使利用DEM生成的DOM变形减少,需要根据地形特征提取必要的特征点线。特征点线采集时,测标要严格切准地面,特征线不能交叉;流动河流应采集上下沿线,水涯线的高程变化应和流向一致;采集静止水面的特征线,应锁定高程进行采集。

(2)DEM生成

为了提高相邻像对DEM之间的接边精度,避免后期生成的单像对DOM之间的接边、修补等工作,采取了分大块采集特征点线,利用其生成大块DEM,再生成DOM的工作方法,大大提高了项目区DEM的整体精度和DOM制作的工作效率。

(3)DEM的编辑、接边和拼接及分幅

DEM的编辑是套合立体模型,检查点位是否切准地面,检查DEM是否真实反映地貌形态。城市地形起伏大的地区、建筑密集区、大面积水域及桥梁、涵洞等地区进行重点编辑。DEM接边误差不大于2倍高程中误差,并反复进行修测,最终保证同名格网点高程一致。接边完成后进行DEM无缝拼接。DEM的分幅采用JX4G中DEM的批量裁切功能,分幅工作准确快捷。

4.5 DOM制作

本项目采取了利用大区域DEM数据生成单像对DOM,该方法大大减少了DOM像对之间的接边、变形、错位等的修测工作量。再检查单像对DOM中变形、错位等现象,修测相对应的DEM重新生成DOM,该方法虽然工作反复,但保证了DOM的精度。DOM制作过程中发现UCX影像同一航线内色调一致,接边变形少,修测工作量也小[6,7]。

(1)DOM色彩调整

对于航线与航线之间单像对DOM的色调不一致现象,采取了先镶嵌再在Photoshop中划小块进行颜色调整的方法,该方法工作量大,技术要求高,但对DOM色调的整体一致性把握较好。

(2)DOM的镶嵌和分幅

DOM的镶嵌拼接结果取决于镶嵌线位置的选择,镶嵌线应尽量选择线状地物如道路、河流、田埂、地物的阴影等分界明显的地方,避免从房屋、围墙、树木、池塘等高于地面的地物中间穿越,容易留下明显的镶嵌痕迹。DOM的分幅利用JX4G软件的拼接匀光模块中输出功能,通过添加每幅影像的四角坐标,进行批量分幅,过程中注意坐标输入的正确性,做到仔细认真,保证分幅与DLG分幅完全对应,参见图2的DOM与DLG的套合图。

图2 DLG与DOM套合

4.6 几何精度验证

为了验证UCX的航测几何精度,在外业利用GPS和全站仪随机采集了矢量检查点,并在JX4上采集对应的矢量点,得到检查点两套坐标,其坐标比较如表5所示。

表5 检查点精度统计

5 结 论

通过检测,项目成果中DEM格网点排列正确,文件格式符合要求;DOM影像接边误差为0,影像清晰、色调均匀、色彩平衡;DOM影像与DLG线划图套合较好;由表5的精度检查点可知:在UCX的GSD为10 cm时,其摄影测量的平面几何精度可达10.7 cm (1个GSD),高程精度可达15 cm(1.5个GSD),完全满足1∶1 000比例尺地形图的成图需求[8]。

[1] 张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程, 2004,13(4):1～5.

[2] 张建霞,刘先林.航空数码相机的种类与发展[N].2008 -6-30.

[3] 戴腾,张勇,杨华先等.UCD数码相机影像在武汉测区的应用[J].地理空间信息,2008,6(3):130～132.

[4] 邓芳,刘政,李开军等.UCD/UCX数码相机在西南某地区航摄中的应用研究[J].测绘,2007(3).

[5] 叶光明.数字正射影像图的制作[J].城市建设理论研究,2012(10).

[6] 王建明.对利用UCX影像制作龙岩正射影像图的探讨[J].广东科技,2011,10(20):196～198.

[7] 张建霞,王留召,王宝山.JX4系统处理数码相机影像方法研究[J].测绘科学,2007(3).

[8] GB7930-1987.1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S].

The Application of UCX Camera in Air Surveying Mapping for Jiaozuo Photography Zone With the Scale of 1∶1000

Huang Yuntao,Tian Huijie
(Henan Province Zhongwei Surveying and Planning Information Engineering Co.,Ltd,Jiaozuo 454001,China)

With the increasing application of the international all aerial digital camera products,the application of the digital aerial survey becomes increasingly pronounced in production and renew of 3D products.UCX camera is of first equipment based on its advantages of high precision image,high resolution image,and real colorful image.On the basic of constructive project of digital Jiaozuo,this paper studies the virtual application of 3D product making avail of UCD image data based on UCD camera.The result of that test demonstrates that the geometric precision of UCD can meet the need of air survey mapping regulation with the scale of 1∶1000 based on the GSD of 0.1m.

UCX;air survey;Jiaozuo photography zone;3D product

2013—12—20

黄韫韬(1977—),男,工程师,主要从事城市测量与航空摄影测量。