单片调绘矢量数据的正射纠正

王占宏，吴满意,2，田怀启，何云贵，陈 琦，翟珊珊

(1. 国家测绘地理信息局第一地形测量队，陕西 西安 710054； 2. 武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079)

单片调绘矢量数据的正射纠正

王占宏1，吴满意1,2，田怀启1，何云贵1，陈 琦1，翟珊珊1

(1. 国家测绘地理信息局第一地形测量队，陕西 西安 710054； 2. 武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079)

主要研究基于单片调绘矢量数据的正射纠正模型与思路，基于单片调绘矢量数据如何有效快速正射纠正是阻碍单片影像直接应用于测绘生产的主要原因。通过试验发现，单片调绘的矢量数据经过正射纠正后完全满足1∶10 000 DLG测图精度要求，可以直接作为矢量数据成果转入内业编辑工序，不再仅仅作为内业定性资料使用，省去了作业人员重新绘制矢量数据的多余生产环节，有利于提高1∶10 000DLG数据生产效率，为丰富航摄内外业一体化测图生产提供了重要技术支撑。

正射纠正模型；高程内插；单片影像；调绘数据；矢量纠正

目前，常用的地形图数据生产或更新的模式是在已有的DOM底图基础上开展，这种作业方式的优势在于外业调绘矢量数据可以直接用于内业编辑制图，实行内外一体化测绘生产作业。但是，这种作业方法对于战线长、测区范围大及自然条件恶劣的项目来说，各工序间衔接与往返测区采集数据势必影响测绘工期和带来作业风险。因此，探索基于单片影像的内外业同时进行作业，再利用控制点对影像、调绘矢量数据进行纠正、重新套合影像与矢量数据的方法，会有效提高生产效率，缩短作业周期[1-4]。

本文主要开展了单片影像调绘矢量数据正射纠正的模型研究与试验，单片影像调绘生产的矢量数据如何有效纠正是阻碍利用单片影像进行调绘生产的主要原因。因此，笔者在详细研究各种影像正射纠正模型的基础上，选择了适合于单片调绘矢量数据的正射纠正模型，完成调绘矢量数据的正射纠正。

1 正射纠正算法及矢量数据纠正思路

1.1 主要模型介绍

(1) 共线方程模型：摄影测量领域基本模型，由于其严格给出了成像瞬间物方空间和像方空间的几何对应关系，因此其几何校正精度是目前认为精度最高、研究最多、应用最广的纠正模型[5-6]。

(2) 框幅式航摄影像数字微分纠正：确定原始图像(x，y)与纠正后图像(X，Y)之间的几何关系[5,7-9]，有直接法和间接法两种表达式。

(3) 推扫式航片数字微分纠正：推扫式成像的每幅影像是一个多中心投影方式，在进行几何处理时，必须考虑外方位元素随时间变化的因素。

(4) 多项式模型纠正：认为影像的变形规律可以近似地看作平移、旋转、缩放、偏扭、仿射、弯曲等基本形式的合成。纠正前后影像相应点之间的坐标关系可以用一个适当的多项式来描述。为了克服一般多项式模型的纠正缺陷，将地面高程值引入一般多项式模型中，得到改进的多项式模型[9]。

(5) 有理函数模型纠正：有理函数模型是将像点坐标(x，y)表达为以相应地面点空间坐标(X，Y，Z)为自变量的多项式比值[10-11]。有理函数模型实际上是多种传感器模型的一种通用表达方式，它适用于各类传感器模型[11]。

(6) DEM高程内插模型：确定高程内插函数后，用DEM数据即可重建地表起伏形态，通过内插可求得地面上任意一点高程值[12-13]。内插的方法有逐点内插、分块内插、整体内插等。

1.2 纠正需求及模型选取

1∶10 000DLG生产中，影像数据源主要有框幅式航空影像、推扫式航空影像和卫星影像等。其中推扫式航空影像，大多都是经过拍摄单位进行空三加密处理后的影像，基于此影像的调绘成果不需要纠正便可直接使用。故本次纠正试验只针对基于框幅式航空影像和卫星影像上调绘的矢量成果。

微分纠正、多项式纠正模型是目前影像正射纠正用得比较多的模型，为了使调绘矢量纠正结果更好地与正射影像套合，本次试验的航空影像采用微分纠正模型、卫星影像采用多项式模型，并利用内插DEM高程数据进行相关模型的改进[13]。

2 调绘矢量成果正射纠正思路

框幅式航摄影像进行调绘矢量数据纠正的思路如图1所示，卫星影像进行调绘矢量数据纠正的思路如图2所示，纠正所用控制点的数量、精度和DEM的格网间距大小、精度等按照正射影像生产的需求提供。

3 矢量成果纠正试验

试验选取基于框幅式数字航空影像和卫星影像这两种影像的调绘成果分别进行纠正试验。数据源的类型为：调绘矢量成果、DEM数据、控制点数据、相机参数、RPC/RPB文件、空间参考等。试验数据的地形类别为山地和丘陵地。

3.1 框幅式航片调绘矢量成果纠正试验

3.1.1 纠正试验1(山地)

选择了秦岭地区一幅单片影像进行调绘，对成果进行纠正，纠正8729点，累计用时29 min，平均0.199 s/点。纠正后矢量成果与正射影像套合精度检测统计见表1。

图1

图2

m

从表1可以看出，点位中误差为±1.42 m，满足文献[14]中规定的山地地物点平面位置中误差±7.5 m的要求。

3.1.2 纠正试验2(丘陵地)

选择新疆叶城某地区一幅影像进行调绘，对成果进行纠正，纠正2536点，累计用时10 min，平均0.237 s/点。纠正后成果与正射影像套合精度检测统计见表2。

表2 纠正后检测精度统计(丘陵地) m

从表2可以看出，中误差为±3.85 m，满足文献[14]中规定的丘陵地地物点平面位置中误差±5.0 m的要求。

3.2 卫星影像调绘矢量成果纠正试验

3.2.1 纠正试验1(山地)

选择新疆塔什库尔干某区域卫星影像进行调绘，对成果进行纠正，纠正7466点，累计用时64 min，平均0.514 s/点。纠正后成果与正射影像套合精度检测统计见表3。

表3 纠正后精度统计(山地) m

从表3可以看出，中误差为±1.40 m，满足文献[14]中规定的山地地物点平面位置中误差±7.5 m的要求。

3.2.2 纠正试验2(丘陵地)

选择新疆塔什库尔干某区域卫星影像进行调绘，对成果进行纠正，纠正1876点，累计用时24 min，平均0.768 s/点。纠正后成果与正射影像套合精度检测统计见表4。

从表4可以看出，中误差为±0.90 m，满足文献[14]中规定的丘陵地地物点平面位置中误差±5.0 m的要求。

3.3 试验结果

调绘矢量成果纠正后能够满足1∶10 000DLG数据生产的精度要求；纠正是逐点进行，运算的工作量相对较大，用时较长。

表4 纠正后精度统计(丘陵地) m

4 结束语

通过试验发现，基于单片影像调绘的矢量成果不再只是作为内业定性的依据，而是经过相应模型纠正后可以直接用于1∶10 000 DLG数据生产，省去了作业人员重新绘制矢量数据的多余生产环节，有效提高了1∶10 000 DLG数据的生产效率，丰富了航摄内外业一体化测图生产方案。

当然，本次试验模型都是一些常用的模型，在适应不同数据源方面需要在后续的研究过程中进行适当的改进。在矢量成果的纠正计算方面，都是通过多次迭代来完成，由于矢量纠正的点数较多，迭代精度与效率还需要进一步优化。

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Ortho-rectification for Annotation Vector Data of Single Chip Image

WANG Zhanhong1,WU Manyi1,2,TIAN Huaiqi1,HE Yungui1,CHEN Qi1,ZHAI Shanshan1

(1. The First Topographic Surveying Brigade of NASG,Xi'an 710054,China; 2. School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

The model and methods of ortho-rectification based on single-map surveying and mapping vector data has been studied in this article. But how to manage to do is the obstacle during surveying and mapping .After several different experiments,we found that the data from single-map surveying and mapping ortho-recitification can meet the requirements of 1∶10 000 DLG mapping accuarcy,and can be used as vector data results,which has simplified the interior work procedure by avoiding redrawing vector data,improved the efficient of 1∶10 000 DLG data production and provided important technical support for integration of indoor and outdoor aerial survey.

ortho rectification model; height interpolation; single image; annotation vector data; vector correction

王占宏，吴满意，田怀启，等.单片调绘矢量数据的正射纠正[J].测绘通报，2017(2)：75-78.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0052.

2016-03-09；

2016-06-24

秦岭测图工程1∶1万内外一体化测图方案研究；基于原始影像1∶10 000调绘矢量成果的纠正方案研究与实现；国家基础测绘科技计划(2016KJ0301)

王占宏(1967—)，男，博士，高级工程师，研究方向为摄影测量与遥感。E-mail：290206084@qq.com.cn

吴满意

P23

A

0494-0911(2017)02-0075-04