天津市域1∶2000 DOM快速制作流程的關鍵技術分析

陳香 ，徐衛民，王金玲，王琳

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引 言

近年來，隨著天津市城市建設步伐的不斷加快和建設范圍的不斷擴展，各相關部門對基礎地理信息數據的需求也越來越多。為適應全市快速建設形勢，促進全面協調可持續發展，做好基礎測繪服務保障，為各級領導決策提供翔實可靠的基礎地理信息數據，滿足城市規劃、綜合開發以及城市管理等工作的需要。

天津市規劃局指令天津市測繪院于2010年7月至9月底負責實施全市域航空攝影及 1∶2 000 數字正射影像圖制作項目，從而實現天津市域最新現勢性1∶2 000 數字正射影像圖全覆蓋。針對該項目時間短、任務量大的特點，按照常規作業方法很難完成。項目實施過程中，結合前期相關試驗，對正射影像圖制作流程中的關鍵環節進行了技術改進和技術創新。

2 項目的精心組織與科學管理

天津市測繪院在項目初期進行了大量的準備工作，包括人員的培訓，作業流程的優化等;實施過程中，為了提高工效，控制成本，專門制定了《2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作項目實施方案》，對項目的組織結構、崗位職責、生產流程、工期安排、資源配置等方面進行詳細部署。由于精心組織與管理科學，在任務重、工期緊的情況下依然按時完成了該項目，并實現成果全部上交與歸檔。

3 正射影像圖制作技術路線

正射影像圖制作流程如圖1所示，數字航空攝影完成后可獲得原始影像數據和定位定姿系統(position and orientation system，POS)數據;使用專業勻光、調色軟件對原始影像進行勻光調色處理可直接得到用于正射糾正的影像;同時，在Pixel Grid 中導入原始影像數據、POS 數據以及像控點影像庫中的像控點數據進行POS 輔助空中三角測量完成數據的加密工作;對于地形變化的區域，原有DEM 已經不能滿足正射糾正需求，需要利用新的加密成果通過多基線、多重匹配特征的全自動密集匹配變化區域數字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，并使用濾波算法和人工編輯生成2 m 分辨率的DEM，完成對歷史DEM 成果的修測;在Pixel Grid 中導入加密成果和修測的DEM，對調色后的影像進行單機多核批量數字微分糾正，最后在ERDAS 中完成鑲嵌和裁圖。

圖1 2010年天津市域1∶2 000 DOM 快速制作技術路線

4 正射影像圖制作技術改進與技術創新

4.1 數字航空攝影

采用數碼航空遙感系統(DMC)實施航空攝影并輔以POS 測量系統，與傳統航空攝影比較，該系統是一個專門用于光譜攝影的高分辨率和高精度數字攝影系統，具有以下優點:電子像移補償FMC 技術消除了傳統航空攝影的局限性;改善了輻射分辨率;由于內定向的殘差為零，提高了攝影測量的幾何精度;省去了影像沖洗掃描工序，能夠縮短數據處理的周期;一次攝影同時獲取全色黑白、彩紅外和真彩色影像數據，拓寬了潛在的應用范圍，輔助的POS 測量系統，使獲得數字影像的同時還獲得每張影像的高精度外方位元素信息。

4.2 像控點建庫及測量

外業像控點測量是空中三角測量的一個重要環節，其測量進度直接影響著整個項目的進展。由于陰雨天氣等偶然因素的存在，加上天津市域12 000 余平方千米的作業面積，同時還要考慮較短的制作工期，常規的外業像控點測量難以滿足內業空三加密的需求，因此，天津市測繪院自主研發天津市歷史像控點影像庫(如圖2所示)，該庫以天津市2008年兩次航飛涉及的兩批像控點和2006年濱海新區及新四區的像控點作為初始基礎數據，主要包含像控點編輯、像控點庫編輯和像控點應用三個模塊;將歷史像控點影像庫直接應用于2010年天津市數字正射影像圖制作不僅僅為加密區提供了所需的絕大多數可用像控點，還可以將加密工程進行坐標轉換，統一到技術設計書所要求的地方坐標系，大大提高了空中三角測量的運行效率。而對于加密區內丟失的少數像控點可以通過外業補測。外業像控點測量采用天津市GPS 連續運行參考站網系統可以直接獲得像控點的三維坐標，同時應用自主研發的像控點整飾軟件在PDA 上進行像控點刺點及整飾工作，最后把新測的像控點整理入庫，保證了天津市歷史像控點影像庫的現勢性。項目執行過程也證明該庫能提供約80%的可用像控點資料，很大程度上減少外業工作量，提高空三加密的效率。

圖2 天津市歷史像控點影像庫

4.3 POS 輔助空中三角測量

首先對于測區內的所有影像，選擇影像批處理工具批量生成索引影像和金字塔影像，并通過同名點與其對應的同名核線距離檢查POS 數據設置是否正確，否則重新設置(如圖3所示);然后根據高精度POS 和地面高程預測在所有影像上的同名點位置并提取同名點，相比無POS 或POS 精度不高的傳統空中三角測量有效減少了連接點提取時間和誤匹配概率;利用Pixel-Grid 系統中的平差工具進行自由網平差解算，其平差的基本過程如下:啟用粗差探測進行平差，并刪除誤差較大的點，不斷循環上述過程直至整個平差過程趨于穩定，關閉粗差探測功能，同時注意觀察整個區域網的連接強度及均勻分布，必要時需人工加點。同時，為了保證空中三角測量的區域網接邊質量，自主開發了空中三角測量接邊檢查和配賦軟件。

圖3 檢查POS 設置是否正確

4.4 DEM 計算與實時編輯

采用計算機集群技術和先進的海量遙感圖像數據處理系統Pixel Grid 完成。該系統可以通過多基線、多重匹配特征的全自動密集匹配DSM，并使用濾波算法生成DEM，此方法使得項目在運行過程中，無論是DEM 的生產還是對歷史DEM 的修測，所花費時間僅占立體采集方法生成DEM 時間的四分之一，而且對于系統濾波后的DEM 可以再輔以人工實時編輯，這樣就可以解決濾波后DEM 引起的各種變形問題，大大提高后期正射影像圖制作的效率，如圖4所示。

圖4 正射影像處理效果

4.5 DOM 色調調整

包括兩個方面，第一是使用專業勻光、調色軟件對原始影像進行勻光處理，消除“燒餅”效應等問題，并依據“標準片”分航線將測區內的影像色調統一處理使之接近標準色調，減少鑲嵌后來自不同單片的色調不一致性;第二是在成果影像整體色調調整方面，引入國際上先進的Photoshop 插件——REEBOTOO(北京銳宇博圖科技有限公司)遙感影像轉換中間件，能夠打開IMG 格式大文檔影像數據，很好的解決DOM 成果由于不同航線不同架次不同天氣引起的整體調色問題，從而保證最終成果顏色整體的一致性。

4.6 DOM 影像庫管理系統建設

采用了多項先進技術，主要概括如下:①獨特的影像金字塔數據組織方法:采用金字塔結構算法，根據區域影像特征用數學函數來描述金字塔結構，實現區域影像數據的分級管理和分級調度，提高了影像顯示速度。其最大的優點是除了調用和顯示速度快以外，而且對計算機的內存沒有任何限制。②獨特的影像數據壓縮與處理技術:金宇影像壓縮(Tianjin Decode Image，TDI)技術采用了新一代小波分析理論，在保持最大信息量的基礎上，顯著提高了壓縮倍率，最高可達到100 倍，具有很好的壓縮和解壓的速度。③具有自主版權的影像數據庫二次開發軟件包:本項目利用計算機組件(COM)技術開發完成了金宇影像數據庫管理SDK(Software Development Kit)開發包。通過它可以獨立完成大型影像數據庫的開發工作，也可以與目前國際上流行的GIS 系統和遙感系統結合提高其對超大影像數據的管理和快速顯示的能力。

5 正射影像圖的成果質量控制

正射影像圖的質量評價主要包括影像質量、幾何精度和接邊精度等質量指標。影像質量一般包括影像分辨率和影像特性，通過人工檢查影像的分辨率、色彩、色調、反差、紋理等以達到項目的要求;位置精度主要指影像的平面精度，利用現有1∶500、1∶2000 地形圖及像控點庫中控制點對DOM 成果幾何精度進行過程控制;同時，針對DOM 接邊精度及元數據質量情況，自主研發檢查軟件，在作業過程中就引入檢查機制，保證了接邊精度在DOM 制作過程中就得到控制。

6 結 語

本文對天津市域1∶2000 的DOM 制作方法、流程及關鍵環節的技術改進與技術創新進行了闡述，并對成果質量進行檢查與控制，經過項目的實際生產檢驗，在同等的作業前提下，該方法使得正射影像圖的制作效率提高約35%。此外，良好的整體顏色一致性使得正射影像成果可以直接應用于掛圖、專題圖等后期制作。

［1］郭建東，屈明生，薛娟等．DEM、DOM 的生產和質量控制［J］．地礦測繪，2006(2) ．

［2］位魯青，于延文，徐寧．1∶2000 數字正攝影像質量檢查方法探討［J］．測繪技術裝備，2006(2) ．

［3］林躍春，王睿．淺談數字正攝影像的制作技巧與心得［J］．測繪與空間地理信息，2011(1) ．

［4］王建梅，朱紫陽．利用已有像控點的多期航空影像光束法區域網聯合平差［J］．測繪學報，2010(1) ．

［5］張劍清，潘勵，王樹根．攝影測量學［M］．武漢:武漢大學出版社，2004．

［6］張祖勛，張劍清．數字攝影測量學［M］．武漢:武漢大學出版社，2007．