地測遙感技術建置數值模型研究

摘要：LPS是Leica Photogrammetry Suite的簡稱，是航空攝影測量及遙感圖像處理軟件系列。LPS可以處理各種遙測影像，如航空影像、衛星影像、雷達影像等，其應用可包括向量數據收集、數值地形產生、正射影像鑲嵌及遙感處理。相較于傳統攝影測量，利用計算機軟件的程序化步驟能夠快速建置數值地形模型，以客觀的角度了解地物地貌特征，為圖像處理及攝影測量提供了高精度及高效能的生產工具。

關鍵詞：地測遙感技術；數值模型；LPS；遙測影像；航空影像 文獻標識碼：A

中圖分類號：P208 文章編號：1009-2374（2015）03-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0201

1 使用軟件簡介

Match-T是德國Inpho軟件公司旗下攝影測量商業軟件，其強大的自動匹配能力可以基于立體像對自動且高效地匹配密集點云，可從航空或衛星影像上提取高精度的數值地形模型。

2 航空影像來源介紹

拍攝DMC影像可使用航遙測飛機、航空攝影機、數化制圖儀器、資源調查儀器與經驗豐富之專業技術人員執行航測制圖及農林、工礦資源航測調查業務，提供鐵公路、機場、港口、水庫、礦場等經濟建設之基本資料，并作為農業生產、森林經營、國土規劃、區域計劃、資源開發、土地利用等調查規劃之用?？蛇x用設備Zeiss Intergraph DMC航照數字相機與Leica ADS40航照數字掃描儀，以取代底片航測相機與多光譜掃描儀。航照數位相機（DMC）及航照數字掃描儀（ADS40）以數值記錄方式進行航照任務，除省去體店沖洗與掃描等業務外，更可同時取得R、G、B等可見光波段及近紅外光（NIR）波段之影像，較傳統必須分別拍攝可見光與紅外光照片作業方式，數字相機所攝得之影像應用價值更高，也更節省作業成本，加上慣性定位定向系統之輔助，可取得攝影曝光瞬間的位置與姿態參數，節省后續的空中三角測量平差作業所需的人力及時間。

3 數位航測相機簡介

Z/I DMC成像原理與傳統相機類似，采用框幅式（frame）攝影，相機配有4個高分辨率全色態（Panchromatic）電荷耦合裝置（Charge Coupled Device，CCD）鏡頭及4個原分辨率R、G、B、NIR多光譜（Milti-Spectrum）CCD鏡頭。其中全色態鏡頭之像元大小為12μm，焦距為120mm，輻射分辨率為12bit。DMC影像在正射處理時，于航帶內及航帶與航帶之間，皆需再經過鑲嵌處理?？蚍接跋裨跀祿芾砩陷^為方便，但在影像融合及鑲嵌作業上需花費較多時間。

Leica ADS 40采用推掃式（Push Broom）攝影紀錄地面訊息，原理與傳統狹縫相機類似，所得影像成帶狀型式，同一航線所得影像，可不需經過鑲嵌處理，即可不間斷瀏覽，色調也較一致。多光譜影像部分，同時備有2組置于不同視角之線狀CCD傳感器（后視及底視），全色態部分則有3組不同視角之線狀CCD傳感器（后視、底視及前視），組合后可獲得連續之立體像對，供立體觀察與數值航測地形圖測繪等應用。各波段之線狀CCD傳感器像元大小皆為6.5μm，焦距為62.77mm，輻射分辨率為12bit，因R、G、B、NIR波段與全色態波段同樣為高分辨率，故不需再進行影像融合，即可直接獲取高分辨率的彩色影像，且鑲嵌作業僅需針對航帶與航帶之間，較符合緊急災害制圖所需，但其帶狀影像的儲存方式，與現有依圖幅或片幅之數據管理方式較不兼容。

4 數值地形模型建置流程

本研究利用所拍攝之航空影像配合LPS及MATCH-T航測軟件建置高精度數值地形模型，其建置流程及相關說明如下圖1所示：

4.1 取得影像數據

確定研究區域及動機目的后，第一步為透過航跡圖了解飛機通過研究區域的航線軌跡及影像重迭率，挑選符合建置數值地形模型之質量良好航空影像，還必須注意相片內容清晰及遮蔽物的有無，避免影響后續建置成果。

4.2 相機參數確認

制作數值地形模型需要輸入拍攝影像當時的相機型號及相關信息，如焦距長度、影像畫素、像元尺寸與像主點移位等，以供航測軟件作后續處理。

航照數字相機DMC相機參數：任務編號：070529g_27；焦距長度：120mm；影像畫素：13824*7680pixel；像元尺寸：12μm；像主點移位：X0=0.0mm，Y0=0.0mm。

4.3 內方位設定與外方位設定

攝影測量作業中的方位（Orientation）有兩類：一類為內方位（Interior Orientation）；另一類為外方位（Exterior Orientation）。相關說明如下：

第一，內方位設定。如圖2所示內方位包括了像主點坐標（X0，Y0）、像主點位移（ΔX，ΔY）、焦距（f）及鏡頭率定參數（透鏡的輻射與畸變差、框標間的相對位置或距離等），其目的為建構以像主點為原點的相片坐標系統及恢復攝影瞬間每張相片鏡頭與投影光束的幾何關系，以校正相片上的誤差。

第二，外方位設定。外方位設定就是將野外現地測量GPS-RTK得到的地面點坐標及高程（x，y，z）作為影像中的地面控制點，也就是將兩張以上相片中的共同特征物（如道路交角、地面標志、人工建物等）賦予真實的大地坐標數值，其目的為連接地面坐標系與影像坐標系統兩者間的關聯性。此步驟需要耗費最多的時間與人力點選控制點位，為數值地形模型精度好壞之關鍵。倘若航空照片拍攝方有提供個別影像之外方位參數，即可直接匯入MATCH-T生成數值地形模型，大大減少建置DTM時間長度。

4.3.1 空中三角計算外方位參數。當前述的內方位及外方位設定完成后，便交由LPS進行空中三角計算外方位參數，所謂相片的外方位，是指相片中心于空間坐標系內之位置（X、Y、Z）及相機攝影瞬間的空中姿態（ω、φ、κ），方位角（ω）、傾角（φ）及旋轉角（κ）分別代表航空相片于空間坐標系之旋轉角度。

4.3.2 生成數值地形模型。經過以上流程，最后將個別影像及相對應之外方位參數匯入MATCH-T，計算出重迭影像對中相同點位的三維坐標信息（圖3），再經過轉檔及裁切等步驟將其轉化成易于展示之格式與樣貌，幫助后續相關之探討分析使用。

5 結語

近年來隨著電子與光電科技的進步，攝影測量已趨向數字化及自動化操作，且僅需甚少人力控制即可完成，并大大縮短了工作時間。

由于攝影技術及相片質量的提升，其由量度的攝影測量變為量度的攝影測量與相片判讀同時發展，量度的攝影測。當前在地球表的研究中，如地理學、地形學、地質學、森林學、土壤學等，都可利用航空影像增加研究的便利。此外如石油或礦藏探勘、災害調查、工程及軍事用途等，均藉由航空影像作空中偵察（Aerial reconnaissance）獲得更全面的地表信息。

參考文獻

[1] 張仁華.實驗遙感模型及地面基礎[M].北京：科學出版社，1996.

[2] 苗慶杰，周彥文，曲均浩，李鉑.遙感在防震減災中的應用[J].防災科技學院學報，2010，（2）.

作者簡介：楊寶石（1977-），男，供職于內蒙古蒙泰不連溝煤業有限責任公司，中級職稱，研究方向：礦山機電。

（責任編輯：周 瓊）