数字正射影像质量检验的实践与经验★

陈 蓉，王 博

(1.武汉交通职业学院交通工程学院，湖北 武汉 430065； 2.湖北省测绘质量监督检查站，湖北 武汉 430074)

0 引言

数字正射影像(DOM, Digital Orthophoto Map)是利用遥感影像生成数字地面模型(DEM)后进行数字微分纠正并经过镶嵌和匀光匀色处理生成的影像，DOM同时具有地图几何精度和影像物理特性，拥有数学精度高、纹理丰富、直观、宏观等优点，可作为多领域的基础参考数据[1]。目前数字正射影像在测绘遥感、智慧城市、环保督查、“违建别墅”等多领域发挥着越来越大的作用，其遥感获取方式(高、中、低空)也在不断丰富，在制作大面积数字正射影像时，往往采用传统有人固定翼飞机或三角翼飞机进行航空摄影，随着近年无人机广泛应用，无人机航空摄影也成为一种重要手段[2-4]，比如分散的作业区或者面积不大的区域，采用的是固定翼或旋翼型无人机进行传统航空摄影或者倾斜摄影能快速获取数据。以目前生产产品情况来看，除了国家、省级基础测绘定期进行中小比例尺的DOM生产外，市场上大量成果主要有分幅与不分幅情况，分幅成果比例尺有1∶500，1∶1 000，1∶2 000，地面分辨率涉及0.05 m,0.1 m,0.2 m。高质量的高分辨率数字正射影像为各项工作提供了直观性或基础性的参考。本文通过对数字正射影像质量控制工作经常遇到的问题进行总结分析，用以指导数字正射影像生产过程中的质量检查和最终成果质量检验，最终提高正射影像产品质量，为各项工作提供高质量的基础图件，辅助各项工作决策。

1 目前数字正射影像的生产特点

随着国产遥感卫星和无人机的快速发展，目前我国获取遥感影像的国产平台已经形成了航天、航空、低空全方位全覆盖的体系。国产高分辨率卫星在地面分辨率和对地定位精度取得了长足的进步，而无人机用于测绘遥感的发展更是达到了国际领先水平。在一些国家基础测绘或是其他大型项目上，高分辨率卫片比例越来越大，尤其在地理国情监测、第三次全国土地调查等利用上。卫星平台主要有高分系列、北京二号、高景一号、WorldView等国内外主流遥感卫星。无人机的普及，尤其大疆进入传统测绘市场后，其发布的RTK版本的系列旋翼无人机，给一些中小型测绘单位和小面积项目提供了快速、经济的方案，使得遥感影像获取越来越简单、高效，同时由于无人机的低空特性，遥感影像的地面分辨率越来越高，可根据产品需求，达到0.01 m甚至更高的地面分辨率。目前无人机平台主要是两大类:固定翼无人机和多旋翼无人机，固定翼无人机续航时间长、速度较快;多旋翼无人机速度相对慢，单架次作业时间较短。各生产作业单位根据实际需求，选择不同的载体。数字正射影像的生产产品已经形成了多源、多比例尺、高分辨率的特点。

2 数字正射影像质检的关键点

目前，正射影像的质量检查或者最终验收主要参考的是国家标准GB/T 18316—2008数字测绘成果质量检验与验收[5]。该标准主要针对的是我国中小比例尺3D产品(DLG，DEM，DOM)的检查验收，其中一部分质量元素或质量子元素不太适合用于大比例尺高分辨率或者不分幅的正射影像成果，其中的一些评定指标也不太适合目前生产的正射影像成果。例如大部分数字正射影像为了更方便实际应用，并不制作图廓，只是按照相应比例尺裁切，导致国家相关质量检验与验收规范中时间精度和表征质量这两项质量元素并不适合大部分正射影像成果的质量检验。因此，在质量检验时可以考虑不同的数字正射影像采取不同的质量元素，通过对质量元素(质量子元素)进行评分，从而获得数字正射影像成果的质量评分。综合考虑国家规范、实际生产情况和使用成果方的需求，在对数字正射影像成果进行质检时，其检验的关键点应在空间参考系、位置精度、逻辑一致性、影像质量、附件质量这五个质量元素上。

2.1 空间参考系

空间参考系的检查项都是符合性检查，在生产过程中必须严格按照设计要求进行检查。一般利用GIS软件、查看XML文件或自动检查软件等方式，内业核查分析测量成果的大地基准和地图投影，检查空间参考系的关键点在于检查成果的坐标系统、投影参数是否符合设计要求。

2.2 位置精度

位置精度评价的是成果的平面精度，通过检测点进行检查，检测点的获取方法有外业实地采集点和内业已有成果取点两种方式。外业检测点的获取需要测量人员在测区实地利用GPS测量仪器，通过千寻网络RTK或者各地自建的CORS系统进行点坐标采集，若是面积较小区域，可以采用GPS RTK的电台模式。需要注意的是采集检测点要求为影像上明显特征点，如水泥地块、明显道路交叉口，不能采集在屋顶或看不到底部的墙角处。内业检测点可从已验收合格的相同比例尺(同精度)或者更大比例尺(高精度)的数字地形图、数字正射影像成果中直接选取检测点，或者直接将地形图和DOM套合在一起直接选点量测，也可通过摄影测量方法(空三加密点法、立体采集法)获取检测点。

检查位置精度的关键点在于检查主要检查成果的平面位置精度和影像接边，在实际作业中，影像接边主要关注不同作业人员或空三任务接边处的接边质量。位置精度检查是数字正射影像成果质检中的重中之重，其他做得再好，如果数学精度达不到要求，后期成果就无法使用。因此，在质检时，该项检查是成果是否合格的关键。

2.3 逻辑一致性

逻辑一致性和坐标空间参考系质量元素都是符合性检查，通过内业核查测绘成果的逻辑一致性，主要检查数据命名、数据格式是否正确，容易出现的错误主要为数据格式或文件命名不符合要求。数据格式不符合要求主要表现为技术设计要求为*.tif+*tfw格式，实际为*img或其他格式；文件命名不符合要求主要表现为名称的小数位数不符合设计或规范要求。检查逻辑一致性的关键点在于检查数据文件命名、数据文件格式是否符合要求。

2.4 影像质量

检查影像质量的关键点在于检查影像地面分辨率、图幅范围、影像特性是否符合要求。内业检查数据地面分辨率、图幅范围、色彩模式、色彩特性、影像噪声、信息丢失。 地面分辨率的检查可通过TFW文件查看，也可直接使用GIS软件打开影像查看属性或将影像放大到像素可见并直接量取，图幅范围、影像特性(色彩模式、色彩特性、影像噪声、信息丢失)的检查可使用GIS或者其他看图软件检查，建议使用GIS软件，方便进行范围标注及面积统计。

2.5 附件质量

检查附件质量的关键点在于技术设计书、技术总结等文档的正确性和齐全性。文档资料检查内容主要为技术设计书、技术总结、过程检查记录，如果是二级检查，需要审核一级检查记录，如果是最终的甲方验收或者第三方验收，则需要检查生产单位的检查报告。

3 数字正射影像质量检验具体案例

3.1 空间参考系

空间参考系的评分结果只有0分和100分，因此，生产过程中需严格按照设计要求进行，一般可通过查看文本文件或者利用相关专业软件查看属性的方式来检查。常见的问题主要有坐标系统未定义(如图1所示)或者定义错误(如图2所示)等。

3.2 位置精度

位置精度按照平面位置中误差的区间线性内插方式评分。平面位置中误差计算时，检测点数量小于20时，由算术平均值代替中误差。检测点数量大于20时，且为高精度检测(即检测点获取途径是外业采集点或者通过更高精度成果获取)时，通过式(1)执行：

(1)

同精度检测(即检测点获取途径是相同精度的成果)时，通过式(2)执行：

(2)

精度统计的时候可按照面积分区进行位置精度统计，通过对正射影像进行质量检查的实际工作经验来看，这种做法对成果最终的符合性影响很小，可以满足平面精度评价的需要，同时可以提高作业效率。在实际量取距离时，可采用一些检测点快速精度统计的方法[6]。位置精度检查是数字正射影像成果一项非常重要的检查内容，必须严格、仔细地进行检查。

3.3 逻辑一致性

逻辑一致性检查中主要存在的问题是数据文件命名、格式符合要求，主要表现为技术设计要求为*.tif+*tfw格式，实际为*img或其他格式，文件命名的小数位数不符合设计或规范要求。

3.4 影像质量

影像质量检查时容易发现的问题如道路、桥梁错位，桥梁、房屋扭曲，山体植被拉花，水面、屋顶过度曝光，云影覆盖、阴影处过暗导致信息丢失等情况(如图3所示)。此外，还存在图幅范围为未按要求外扩。

3.5 附件质量

检查附件质量时，主要检查文档、附件(元数据、其他信息文件)完整性、正确性、权威性。作为生产单位的质检部门，应对文档资料的权威性和正确性进行再次核查，检查技术设计方案、技术总结、检查报告等文档资料是否存在签字盖章问题，文档中是否存在典型的技术路线问题、前后矛盾问题，技术设计书是否存在主要技术参数未明确情况，主要表现为成果坐标系统未明确、生成的数字正射影像图地面分辨率要求未明确、是否生成图廓注记不明确、外扩像素值不明确、成果格式要求不明确、成果命名不明确、设计书中技术路线为地形图生产的技术路线、非涉密文档中存在详细的控制点坐标或存在测区的详细七参数数据。

4 数字正射影像的质检关键流程

测绘成果质量检验体系目前主要采用的是“二级检查一级验收”体系：测绘作业部门进行一级检查，测绘单位质量管理部门进行二级检查，项目管理单位(项目甲方)组织验收或者委托有资质的质量检验机构进行质量验收。随着一些大型的测绘项目(例如全国地理国情普查或监测、第三次全国土地调查数字正射影像分项)的实施，为更好进行质量控制，采用的是“过程质量控制-最终成果复核”体系：测绘单位、监理单位等部门对生产作业全过程进行质量监控，质检验收机构进行过程质量监督抽查和最终成果复核验收。目前，大部分的测绘项目仍采用的是“二级检查一级验收”体系。按照《数字测绘成果质量检验与验收》规定和实际质量检验工作要求，数字正射影像的质检关键流程可设计为图4。

其中，一级检查不抽样，应全数检查，二级检查中内业部分逐单位成果详查，对野外实地检查项，可进行抽样，样本量不低于相关国家标准要求，验收则按照相关国家标准进行抽样。

5 典型问题分析及思考

随着遥感影像获取的方式越来越多，遥感影像分辨率越来越高，遥感影像使用范围越来越广，多源多分辨率数字正射影像质检中发现的质量问题也是五花八门，通过分析，发现了在数字正射影像成果质量的一些共性问题，从这些问题也可以一定程度上反映行业内普遍面临的挑战。

1)技术文档存在内容缺失、内容错误、文档编制随意的情况，主要存在于一些测绘乙级资质及以下单位，个别存在于甲级测绘单位。导致的原因是多方面的，一是部分行业单位的技术力量较为薄弱，编写人员和审核人员水平参差不齐，会出现一些前后矛盾以及常识性的错误；二是行业单位管理人员对设计的不重视。因此，生产单位、管理单位应加强技术培训和交流，强化设计的各项程序，并确保设计与生产不能脱节。

2)不同的作业方式和生产软件生产出来的成果大致相同，真正体现生产水平的关键节点在人工编辑。在地形明显变化处特别容易引起人工地物或山体变形，因此，应着重对地形变化处的DEM数据进行编辑处理。线状地物或者建筑物如果出现错位问题，则一般是由于未编辑镶嵌线。目前大部分的摄影测量软件可通过一定算法自动生成镶嵌线，虽然目前镶嵌线算法可以避开一部分房屋、色彩不一致地方，但仍然存在直接穿越地物情况[7-8]。在镶嵌线编辑时应最大可能利用中心区域影像，同时避开大型建筑物和影像差异较大的地方，尽可能选择道路、水面、田埂等线状地物的边沿，尽量避免在同一道路上来回穿越，避免切割人工地物。一名好的生产作业人员，可以通过合理有效的影像镶嵌来消除由于高层建筑、高架桥等投影差造成的地物错位的情况。

3)杜绝不符合项上出现质量问题。例如坐标系统定义错误、投影参数错误、文件格式错误、文件命名错误、地面分辨率与设计不符、影像范围外扩错误、元数据(如有)的属性项定义错误等等，生产过程中尤其是一二级检查中应将大面积的影像质量问题提前发现，避免影像质量来回改、越改错越多的情况。通过此项工作，可以在很大程度上确保最终正射影像成果符合设计和国家规范要求。

6 结语

本文对数字正射影像质检的关键点和具体问题案例进行了分析，提出了现行国家标准中不适合部分数字正射影像成果质检的内容，并总结了一个数字正射影像成果检验中关键质检流程，在数字正射影像的生产和质量检验工作中均有一定参考指导意义。