基于MapMatrix的数字正射影像图制作

施卫东+周小扬

摘 要本论文基于武汉航天远景科技股份有限公司的新型数字摄影测量系统MapMatrix，结合武汉商学院三维数字校园生产实践进行1：2000数字正射影像图制作，探讨数字正射影像图（DOM）的制作方法。并说明了MapMatrix相对其他同类软件在实际操作中的优势。

【关键词】MapMatrix 数字高程模型 数字正射影像图

MapMatrix 系统是基于航空摄影，卫星遥感，外业等数据进行多源空间信息综合处理的平台。它为基础数据生产、处理和加工提供了一系列集成的工具，例如：影像去畸变工具，DEM匹配工具，正射影像纠正工具等。摄影测量数据处理基础平台MapMatrix软件可以在立体环境下进行采编、编辑、入库。而且采用统一的数据管理接口将处理的数据有效的管理起来，为后期数据增值和共享提供基础。成为数据的采集、处理、编辑、入库、维护和更新等空间地理信息数据处理的整体解决方案。

数字正射影像图（DOM）是以数字化航空相片为基础，进行空中三角测量结合人工地面像控测量，匹配生成测区范围内的数字高程模型（DEM）后，经逐个像元进行投影差改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围生成的数字正射影像数据集。其特点是信息量大、精度高、可按需要对比例尺进行任意调整、输出。

本文结合武汉商学院三维数字校园所提出的生产技术方案，基于武汉航天远景科技股份有限公司的MapMatrix 新型数字摄影测量系统，生成数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM），完成对武汉商学院1：2000数字线化图采集，总面积约0.67km2。

1 采用MapMatrix新型数字摄影测量系统制作数字正射影像图

1.1 数据准备

1.1.1 航空摄影

首先由无人机搭载单反相机，以高重叠度拍摄校园的高分辨率影像；航空摄像的要求： 航线内有75%的重叠度，航线间有45%的重叠度，符合设计要求； 符合航线弯曲度要求；不存在航摄漏洞。影像数据质量：影像地面分辨率为10cm，保存为jpeg或tiff数据格式。项目采用尼康D810数码航摄，见表1。

1.1.2 测区资料准备

测区文件：影像文件，控制点文件，控制点点位图，相机检校文件。影像文件可进行匀色处理：利用Photoshop针对其中一张样片调整色阶，然后采用EPT软件进行匀光匀色处理。将图像样本的灰度等级调整为256。通过实验，灰度等级在35～255之间进行影像输出时，影像质量不仅可以基本满足测图观测的需要，而且影像数据丢失信息较少。

1.2 航测内业加密

通过空中三角测量系统进行数据处理，可以利用少量的地面控制点来计算测区中所有影像的外方位元素信息和所有加密点的地面坐标，为后期生产DEM/DOM做准备。

使用DATMatrix建立空三加密工程，然后利用PATB进行光束法平差。为保证空三加密精度符合设计要求，在连接航带时，应尽量保证每张航片上航向、旁向都有连接点；其次在选取像控点时要先选取测区外围的4个像控点进行平差解算，然后逐步向测区内添加像控点进行加密处理，分批次进行平差解算合格后再进行加密。在分布加密像控点时，要优先选取加密航向重叠度和旁向重叠度多的像控点；平差后剔除粗差点时，应该先调整误差大的加密点，依次类推。经实验，按照这个流程进行数据处理，在刺像控点方面由于有了预测控制点功能使得刺点的效率更高；而且在剔除粗差点方面也效果更佳。空三加密完成后就可以导出MapMatrix工程文件*.xml。

1.3 生成数字高程模型

数字高程模型（DEM）是创建数字正射影像图（DOM）的前提。生產DEM的方式有三种：

1.3.1 全区匹配生成DEM

加载空三加密软件中导出的*.xml工程文件，在MapMatrix中选择“工程”节点，右键菜单选择“创建立体像对”菜单，即可生成立体像对；然后在工程节点上鼠标右键选择“全区匹配”，MapMatrix软件中的DEM匹配模块即可通过像方匹配的方式生成整个测区的DEM。

1.3.2 单模型匹配生成DEM

在空三加密之前如果没有进行影像去畸变处理及影像旋转工作，通过单模型匹配的方式就不适用。因为影像未经旋转前，左右相邻影像是上下重叠的，无法组建左右立体像对，单模型定向中的相对定向及核线重采样不能正常运算。

单模型匹配DEM的流程如下：

加载空三加密软件中导出的*.xml工程文件，在MapMatrix中选择“工程”节点，右键菜单选择“创建立体像对”菜单，即可生成立体像对；然后进行相对定向、核线重采样、影像匹配、单模型DEM生产、DEM拼接。由于导入的空三工程中已经有了内定向参数与绝对定向参数，因此在单模型匹配过程中不需要做内定向与绝对定向这两部。

1.3.3 采集DLG（数字线划图）生成DEM

在MapMatrix的立体采集模块中进行DLG采集，采集地形的地貌特征点特征线（如等高线、陡坎、高程点等），然后通过采集的特征点特征线反生DEM。

在三种DEM匹配的方式中，第一种与第二种是通过影像匹配的实质是数字地表模型（DSM），需要通过DEM编辑把房屋等地物表面的特征点编辑到地表。可以根据匹配点或预生成的等高线来评判DEM生成的效果，针对DEM生成的效果和地形特征来选取合适的DEM编辑方法。编辑方法有：内插、平滑、推平、点编辑、定值高程、平均高程等。例如： 针对道路可以选择推平编辑方法；针对水域可以选择定值高程编辑方法；针对山体可以选择平滑编辑方法等。第三种方式生成的DEM不需要编辑。

1.4 生成数字正射影像图

生成了数字高程模型（DEM）之后就可以生成数字正射影像图（DOM）。数字正射影像图的生成是利用数字高程模型数据，经过数字微分纠正， 消除所拍摄的航片上的投影误差，生成垂直投影方式的影像数据的过程。

数字正射影像生成的方法主要有两种：一种是根据全测区的DEM数据纠正整出整个区域的DOM，再根据分幅要求选取DOM进行拼接镶嵌，然后对拼接的DOM数据根据项目要求进行局部修补并裁剪；另一种是先用DEM纠正出每张原始影像对应的单片DOM，再对整个测区的单片DOM进行镶嵌成图操作，拼接为整个测区的DOM，然后再对有问题的DOM数据进行镶嵌线编辑、局部修补、裁剪。

1.5 影像图的后处理

由于航片航摄角度的不同会造成重叠影像区域的影像灰度值有差别，使得接边后的数字正射影像图在接边处会有明显的拼接线。合格的数字正射影像图既要保证接边地物平面坐标的接边精度，又要保证接边区域相同地物的影像灰度值一致。通过MapMatrix软件制作完成后输出的数字正射影像图仍需要相应的影像的匀光、镶嵌以及裁切成图，而易拼图软件（EPT）在这方面有着自己独特的优势。通过易拼图软件进行匀光、镶嵌、接边等一系列处理之后，就可以得到精度更高的正射影像图。最后利用MapMatrix软件输出所需要的DLG数字线划图。

2 MapMatrix软件在实际操作中的优势

2.1 该系统兼容性好

该系统支持来自其他多种系统的空三成果，如PATB、JX4、inpho等空三成果的引入，也支持仅有相机文件及外方位元素信息的情况下恢复立体模型，避免了在数据转换中给用户带来的麻烦。同时，该系统还支持ADS推扫式影像，A3影像空三成果的引入并在此基础上进行DEM/DOM/DLG产品的制作，支持卫星影像RPC空三。

2.2 DEM及DOM编辑操作方便快捷

该软件能够读取和继承空三的定向成果与DEM成果，能在不损失精度情况下完成影像修补，既支持直接选择正射影像修补，也支持实时的通过DEM纠正原始影像进行正射影像修补，通过两种修补方式可以使正射影像编辑到较理想的效果；能够进行多幅图的各种操作，自动生成拼接线，实时更新数据；该软件可提供不同的匀光方案，有效保留影像细节；DEM多样化的编辑功能以及DOM自动修复及关联编辑功能，使作业员的操作更简单，缩短了作业编辑时间。该软件还具备质量检测功能。当采集完成后，MapMatrix 具有智能自动检查的功能，解决了人工检查不仅慢而且容易疏漏的问题。

2.3 DOM的制图效率高

具有原始影像修补功能，不必重新编辑DEM即可纠正扭曲的地物地貌，使制图效率大大提高。

作業自动化程度高。采用了最近顶点镶嵌方式，保证图幅中所生成的影像最接近真实、变形最小、精度最高，可以准确而快速的镶嵌出图幅产品，可以根据影像关系自动搜索镶嵌线，减少了镶嵌线手工编辑工作。

2.4 支持实时核线采编

MapMatrix 是目前国内唯一支持实时核线测图的数字摄影测量软件，中心投影立体像对无需采集核线影像即可快速测图，省去了常规摄影测量中的相对定向、核线采集等步骤，使得作业效率大大提升，同时也节约了磁盘空间。

2.5 在立体采集DLG方面实现了采集、编辑、入库一体化

与传统的数字摄影测量工作站相比，MapMatrix具备作业过程自动化、采编入库一体化、数据处理海量化等优势。传统的数字摄影测量工作站，大多只有采集功能及简单的编辑功能，在数据编辑方面还需要借助其他软件，在与其他软件导入导出的时候，存在属性丢失、精度损失等问题。而在MapMatrix中，有很全面、人性化的采集、编辑工具，操作简便，并且能够提高作业效率。在采集、编辑完成后，还有完善的入库检查功能及入库属性的编辑功能。

2.6 节省硬盘空间，对机器配置要求不高。

该软件制作正射影像图时改变了以往先拼接再裁切的成图模式，而是直接针对单个图幅生成，在影像的生产过程中不再需要占用大量的空间，使正射影像在生产过程中更高效、更节省硬盘空间。

能实现对海量影像数据的快速读写、浏览，作业时不受电脑性能和内存大小的限制，常规配置的计算机就可流畅地进行作业。数据处理不受测区范围和大小限制，能一次性制作大区域、大范围影像数据。

2.7 采用精细放大技术，能够避免同类软件中放大发虚的问题

参考文献

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作者简介

施卫东（1969-），男，武汉商学院副教授。主要研究方向为计算机应用。

作者单位

1.武汉商学院工商管理学院 湖北省武汉市 430056

2.武汉航天远景科技股份有限公司 湖北省武汉市 430205