航测像控点之记自动生成系统的设计与实现

温玉维 郑 晶 曾德培 翁向阳 周 翔

1中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙，410007

像控点之记成果作为航空摄影测量数据处理的重要基础资料，对内业刺点和4D产品的生产精度和效率具有重要影响。传统方法是由作业人员找到像控点所在航片，采用Adobe Photoshop软件手工进行像片刺点和整饰，并将数据整理成像控点之记Word文档，或者在AutoCAD插入影像图再画图编辑成点之记。特别是低空摄影测量中需要大量的像控点，?依靠手工刺取像控点，并人工完成点之记成果文档的制作是一件费时费力的工作，不仅效率低且错误率高［1］。

针对上述问题，姚文龙等［2］研究了Word格式点之记成果的自动化读取与输出，实现现有点之记成果的批量修改、批量转刺。何云贵等［3］介绍了点之记的制作方法，并研究了所用照片的批处理及点之记文档的部分自动化处理。谢飞等［4］利用点之记模板实现无人机像控点之记Word文档的快速制作。邓军［5］利用Word邮件合并功能将Excel数据制作成点之记电子文档。以上研究都从不同的角度一定程度上解决了点之记成果文件制作过程中的困难，提高了生产效率。

本文基于C#编程语言，通过引入GDAL、NPOI等开源库开发航测像控点之记自动生成系统，采用共线方程解算航片的覆盖范围，实现像控点所在航片的自动化选取，辅助完成刺点片点位的选择并自动生成像控点点位图片，最终实现点之记电子文档的自动化生成，大幅减少人工重复作业量和错误率，提高作业效率。

1 系统设计目标

1.1 自动检索像控点所在航片

由于低空飞行器航片像幅小，航片数量是非常庞大的，人工快速找到像控点所在的航片并完成位置标注是不现实的，特别是航测后期补测的像控点更不容易寻找。本程序可以根据航空摄影测量获取的POS数据、飞行参数和相机参数计算出每幅航片的地面覆盖范围，自动查找到覆盖控制点的航片并标绘像控点的预测位置，辅助作业人员完成像控点位置标注。

1.2 自动生成点之记成果文件

航空摄影测量需要大量的像控点实现高精度空三解算，本程序可以根据作业人员标注的像控点航片及位置信息自动生成点位略图（50%）、点位图（100%）略图和点位详图（200%），也可以自定义点位图缩放比率，并结合点号、直角坐标等控制点基本信息和比例尺、时间等航测信息，同时交互提交现场照片和相关文字说明，提取点之记成果所需的信息，最终自动生成固定样式的点之记成果Word文档。

2 设计思路及主要算法

2.1 作业流程设计

航测像控点之记自动生成系统的工作流程如图1所示，主要包括新建工程、参数解算、像控点位置标注、信息录入和文档生成。

图1 系统作业流程图Fig.1 Flow Char of System Operation

新建工程主要完成相机参数、POS数据和航片数据的导入和存储，系统支持文本格式的POS数据导入，也可以自动读取大疆无人机航片内的POS信息；参数解算主要根据POS数据和相机参数计算每幅航片的地面覆盖范围；像控点位置标注主要由作业人员采用人机交互的方式在航片上标注每个像控点的位置；信息录入主要是在完成像控点位置标注后录入像控点的基本信息（如像控点位置描述等）；文档生成是根据像控点的相关信息，批量完成像控点之记信息提取与汇总，并自动化完成点之记成果文档的制作。

2.2 航片地面覆盖范围

共线方程是指中心投影的构像方程，见式（1），地面摄影测量坐标系D-xyz和像空间辅助坐标系S-uvw的坐标轴彼此平行，在摄影成像过程中，摄影中心S、像点a、及其对应的地面点A位于一条直线上。航片地面覆盖范围可以由式（1）的逆运算求得，见式（2）。

式中，x、y为像点的像平面坐标；X、Y、Z为对应地面点的坐标；x0、y0、f为航片的内方位元素；X S、YS、ZS为投影中心的地面坐标；ai、bi、ci（i=1、2、3）是航片旋转矩阵的方向余弦，可以根据滚动角、俯仰角和翻转角求得，计算公式为：

3 系统实现

本系统使用C#语言编程，采用面向对象的方法进行开发。系统界面设计采用DevExpress控件，利用Sharp Map库实现各类GIS数据的渲染，基于轻量级 空 间 数 据 库Spatialite［6，7］存 储 空 间 数 据 和 属 性 数据，SpatiaLite是一个SQLite的开源扩展库，是支持OGC标准的完整空间数据库管理系统，GDAL/OGR库实现对空间数据的读取、写入和分析等操作［8］，采用NPOI实现对Word文档的读写操作。系统全部采用开源库进行开发，客户机无需安装任何第三方软件平台，提高了系统的实用性与便捷性。

3.1 工程创建

低空航空摄影测量采集的航片数据量大、测量像控点多，一个航测项目的点之记很难一次性准确完成，因此系统采用工程的方式存储项目信息和作业人员的操作信息。创建工程时可导入相机参数、POS数据、航片和像控点等信息，系统支持大疆无人机航片POS数据信息的自动提取和POS数据的导入功能，导入的POS数据可以是大地坐标或投影直角坐标，系统会自动将其投影或反投影到设置的工程坐标系下。

3.2 像控点位置标注

系统支持人机交互的方式辅助完成像控点位置标注（见图2），作业人员在控制点编辑面板中选中一个像控点后，系统根据航片地面覆盖范围自动检索当前像控点所在航片，并依据像控点在航片中的预测位置排序显示在左侧图像列表框中（离航片中间位置越近的在前），作业人员选中航片后系统会计算出像控点的预测位置（图2中蓝色十字丝位置），可以更加高效地找到像控点的真实位置，并进行标注（图2中绿色十字丝位置），如果系统无法找到合适的航片或者作业人员对系统选出的航片不满意，也可以手动打开一个航片并完成标注。在窗口适度放大影像图，采用自定义图标标识像控点，该放大比率作为点位详图放大比率。点位图放大比率越大，图标线越小而细，点位图放大比率越小，图标线越大而粗，方便点位标识准确，避免后期转刺偏差。

图2 像控点位置标注Fig.2 Mark the Position of Image Control Points

3.3 像控点信息录入

点之记不仅包括不同放大比率的点位图，还有其他属性信息，本系统也支持像控点属性信息的编辑录入，作业人员可以在像控点之记编辑页面为像控点添加点位文字描述、现场图片以及刺点人员、检查人员，测量单位等其他信息，这些信息也都会一起导出到固定格式的点之记成果中，使得点之记成果更加完整、详细、具体。

3.4 点之记成果生成

系统实现点之记成果Word文档的自动生成，点之记一般包括点号、坐标系、三维坐标、点位略图、点位说明、现场照片刺点和检查者及其日期等内容，系统根据像控点位置标注的航片和位置对图片进行裁剪和标注生成点位略图（50%）、点位图（100%）略图和点位详图（标识时放大的比率），并将点之记相关信息自动输出为点之记成果文档。

4 结束语

本文采用Sharp Map等开源库建立了一个桌面版地理信息系统，航测像控点之记自动生成系统可以实现像控点所在航片检索、像控点位置辅助标注、点位图自动生成、点之记信息自动提取和点之记成果自动输出，作业人员可以在一款软件中完成点之记成果制作的全部工作，有效地提高了航测项目像控点之记成果的制作效率，为后续航测4D产品的顺利生产提供保障。