正射影像加速器DOM快速生产系统应用研究



正射影像加速器DOM快速生产系统应用研究

郑江荣1，汪俊宇2，乔振民2，江西善2

(1. 天宝寰宇电子产品(上海)有限公司,上海 200131; 2. 北京超图软件股份有限公司，北京 100015)

一、引言

国务院日前批复同意《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030年)》，明确了2015—2030年全国基础测绘的发展目标和重点任务。在新形势下，地理国情普查等测绘大项目接踵而至，这些大项目带来了如下问题：工期紧，任务重，数据量大，这些问题迫切需要现有航测生产流程环节进一步加速。

目前国内主要的航空摄影测量与遥感的数据生产作业模式是单机模式。每个人一台计算机，将区域范围的测区按图幅进行测区划分，按人员和工作量进行划分。该作业模式存在以下问题：单机作业模式存在大量分区和合区的工作量，并且在合区的过程中引入了接边误差；从文件服务器将原始数据进行来回传输耗费大量时间；现有很多单机航空摄影测量与遥感处理软件在空三加密、DEM提取、编辑、镶嵌匀色中需要大量的人工参与工作量，效率较低；采用工作站进行计算，相比服务器的计算能力相差较多；单机作业模式进行计算时，不能同时进行其他工作，耗费时间的同时浪费人工，不能实现项目的协同作业。

本文基于以上背景和实际生产的迫切需求，结合Inpho软件分布式并行计算技术和戴尔刀片服务器系统搭建正射影像加速器解决方案，拟在实现Inpho高效率生产作业的基础上再加速，尤其针对工期紧、任务重、数据量大的大型航空摄影测量项目。以某海岛监测项目约7000 km21∶2000比例尺DOM生产为例，研究航空摄影测量数据空三加密、DEM生产和DOM生产的方法和过程研究，针对海岛监测中的特殊项目需求提出针对性解决方案。

二、数据源和软硬件环境

1. 数据源

测试选用某海岛测区SWDC相机的5138张航空影像，数据覆盖面积超过7000 km2。测区提供的数据源包括相机文件、影像文件、POS数据。测区特点主要为岛屿分散分布，为了保留海岛礁的位置和真实性，需要保证所有海域部分的影像参与DOM制作。

2. 软件环境

正射影像加速器的软件部分主要包括：网络资源集成系统：用于将网络环境中的计算资源进行集成；任务管理系统：计算任务提交、分发，计算节点权限分配，任务处理控制；正射影像加速器处理系统：空三加密、DSM及DEM匹配和分类滤波、影像纠正、影像匀光匀色；分幅裁剪人机交互模块：立体量测控制点、立体编辑DEM、拼接线编辑。

3. 硬件环境

本次的测试环境是超图软件基于DELL设备搭建的24 u的服务器环境，尺寸为1.2 m×0.6 m×0.6 m，以一台服务器作为文件服务器，5台服务器作为计算节点，采用服务器交换机连接服务器环境，存储为3.5 TB的固态盘和8 TB SAS盘做RAID 0，充分保证数据读写效率。

三、数据处理

1. 空三加密

测区中海岛呈不连续分布，在正射影像加速器中所有分散分布的海岛测区建立在同一个工程中，采用每一个岛屿建立一个子区的方式，保证所有岛屿单独进行空三加密，精度相互不干扰。在正射影像加速器中无须剔除岛屿周围落水的影像， 从而使岛屿周围海岛礁能完整保留，即使无法匹配连接点(大面积落水影像从摄影测量原理上无法实现连接点自动匹配)，也能按照原有POS的位置保留该影像进行后期DOM的生产。

正射影像加速器的空三加密可进行全自动匹配连接点，匹配的结果无须进行连接点手工编辑工作，既消除了人工干预引入的人为误差，同时又大量减少了人工工作量。控制点量测部分可在立体下进行量测，从而保证空三加密的高程精度，保证空三成果可进行DEM和DOM的生产，同时可保证加密成果后期测图精度。

空三加密采用4个节点进行空三加密相对定向，总计用时约7 h 20 min。空三加密成果如图1所示。

图1　空三加密成果

2. DEM提取

正射影像加速器基于以上空三加密成果进行DEM提取。本次DEM提取选用5个节点进行，提取过程用时11 h 7 min。分布式并行计算系统在进行DEM生产的过程中提供两种地形提取方式：DSM自动提取和DTM自动提取。DSM可精细反映测区地表的高程信息，并将影像颜色赋给DSM点云，作为三维展示的低成本替代品。原有的DEM生产方式首先提取DSM，获取高精度的植被和建筑物的轮廓和高程属性，然后进行点云分类滤波，去除建筑物、植被和噪点，利用地面点内插获取测区DEM。另外也可采用自动提取DTM后分类滤波的方式进行DEM生产，通过调整分类滤波的策略滤除测区内的人工地物和植被等，从而保证正射校正所用DEM的精度。

本文采用先提取DEM再进行滤波的方式进行DEM的生产。由于只有一个岛上有大型建筑物存在，实际生产中对一个岛屿的DEM数据进行了分类滤波，滤除建筑物。

3. DOM生产

正射影像加速器根据以上空三成果和DEM滤波成果采用5个节点进行正射校正，获取0.2 m分辨率的正射影像单片。正射校正结果数据量约3 TB，总用时约55 h。由于现场搭建的服务器系统是千兆网环境的网络传输速度，因此在进行正射影像校正时使得数据传输速度受限， 如果采用万兆网环境可大幅度提升正射校正速度。

基于正射影像单片进行全自动镶嵌匀色和分幅DOM输出，也可将任意大数据量的正射影像成果存储为BigTIFF格式数据。本次匀色将每块DOM存储为一个BigTIFF中，镶嵌匀色选用4个节点进行，每个节点平均用时约30 h。DOM成果如图2所示。

图2　DOM成果(某海岛)

四、结束语

本次采用正射影像加速器系统进行7000 km21∶2000比例尺DOM生产，总计用时约7 d。在借助Inpho分布式并行处理技术和高性能的服务器计算环境下，在大幅减少人工工作量的同时可提升大数据量、区域范围的DOM生产效率。正射影像加速器的空三加密部分可以在立体下量测控制点，从而保证空三加密的高程精度，相对于其他国外软件只能平面量测控制点的方式，可保证空三成果不仅可以进行DEM和DOM的生产，还可以进行立体测图。正射影像加速器采用先匹配DTM再分类滤波的方式获取DEM，可在很大程度上滤除植被和建筑的同时保留自然地形信息。相对于原有人工编辑DEM方式，正射影像加速器DEM生产方式可减少大量人工工作量，但也需少量人工参与。

生产测试中正射影像加速器采用磁盘阵列方式和戴尔服务器内的局域网数据传输和分布式并行计算技术，可大幅度提升正射影像生产的效率。但当前测试的网络环境为千兆网环境，如果将交换机和传输网络改为万兆环境将进一步提升生产效率。

(本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办)

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