基于像素工廠的銀川市1∶2 0 0 0航空攝影及正射影像圖制作

王 璇

（東方通用航空攝影有限公司，山西 太原030031）

0.背景

隨著城市道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、舊城改造等重點(diǎn)工程的快速發(fā)展，城市的面貌日新月異。數(shù)碼航空攝影是快速獲取地面現(xiàn)狀的重要手段，數(shù)字正射影像（DOM）同時(shí)具備了地形圖地理精度高和影像真實(shí)直觀的特點(diǎn)，可從中提取豐富的資源信息和社會(huì)發(fā)展信息。

1.任務(wù)區(qū)概況

銀川南連吳忠市利通區(qū)、青銅峽市，北接石嘴山市平羅縣，西倚賀蘭，接吳忠市鹽池縣。測(cè)區(qū)總面積約555.5平方公里，采用ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取分辨率優(yōu)于0.2米的數(shù)字航空影像，制作1∶2000的數(shù)字正射影像圖。由于該攝區(qū)位于銀川市主城區(qū)上空，地勢(shì)較為平緩，西部皆為高山。

2.航空攝影

本次項(xiàng)目基地距銀川測(cè)區(qū)120公里，采用ADS80航攝儀作業(yè)，同時(shí)獲得前視、下視、后視，連續(xù)無縫的地面立體影像。本次航攝的飛行方向?yàn)闁|西方向，攝影平均航高約2050米，不同地形條件下的航片航向和旁向重疊度參考指標(biāo)均為100%和30%以上，影像地面分辨率GSD優(yōu)于0.2米，滿足1∶2000成圖要求。為保證項(xiàng)目完成質(zhì)量，攝區(qū)周邊選取兩個(gè)CORS站。由于采用了CORS站的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性和精度較人工架設(shè)基站有了明顯提高，大大降低成本，提高了效率。為與記載GPS采樣率一致，滿足數(shù)據(jù)精度的要求，將2個(gè)CORS站的GPS數(shù)據(jù)采樣率修改為0.5秒。

飛行結(jié)束后，使用GrafNav軟件對(duì)GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行融合結(jié)果（如圖1所示）：

圖1數(shù)據(jù)處理質(zhì)量圖

經(jīng)檢查，空中GPS數(shù)據(jù)、CORS站數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)均連續(xù)無中斷，且數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，航線的ROLL、PITCH、HEADING最大偏差均符合規(guī)范要求。航攝影像整體上影像清晰，地物反差適中，顏色飽和，不偏色，符合成圖規(guī)范；機(jī)載POS數(shù)據(jù)質(zhì)量完好無中斷，滿足1∶2000成圖精度要求。

3.空三加密

ADS80航攝儀由于裝配了POS系統(tǒng)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)后續(xù)處理時(shí)無需內(nèi)定向，直接進(jìn)行相對(duì)定向和絕對(duì)定向，且空三平差計(jì)算過程有所簡化，大大減少了工作量。ADS80影像數(shù)據(jù)的空三加密在像素工廠PF中完成，利用像素工廠Bundle模塊計(jì)算空中三角測(cè)量，通過對(duì)自動(dòng)連接點(diǎn)的逐級(jí)剔除，達(dá)到規(guī)定要求，寫出改正后的OPT文件，做正射影像使用；輸出改正后的ODF文件，提供給制作數(shù)字線劃圖使用。

3.1 空三精度評(píng)定

自動(dòng)連接點(diǎn)匹配后，通過Optimize模塊，對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行平差優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)包括IMU姿態(tài)改正誤差、瞄準(zhǔn)誤差及非線性縮放因子改正誤差。整個(gè)過程沒有控制點(diǎn)參與平差計(jì)算。

各連接點(diǎn)在整條航線內(nèi)分布均勻，且殘差方向呈無序分布，不存在系統(tǒng)誤差，能夠滿足可靠性要求（如圖2和圖3所示）：

圖2有效連接點(diǎn)分布圖

圖3連接點(diǎn)殘差分布圖

由表1可以看出空三后連接點(diǎn)像坐標(biāo)殘差統(tǒng)計(jì)均滿足指標(biāo)要求。

3.2 精度檢測(cè)

采用以上空三結(jié)果做L1糾正，在立體上對(duì)提供的野外檢查點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)業(yè)立體坐標(biāo)采集，把兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行比較（如表2所示）：

本次檢測(cè)平面X方向殘差最大值為0.1178，最小值為-0.1776，中誤差為0.0825；Y方向殘差最大值為0.1487，最小值為-1165，中誤差為0.0855；Z方向殘差最大值為0.1037，最小值為-0.0688，中誤差為0.0475。均滿足設(shè)計(jì)精度要求。

3.3 DTM精度檢查

利用檢查點(diǎn)野外實(shí)測(cè)的高程值與檢查點(diǎn)在DTM上取值進(jìn)行比較，比較結(jié)果（如表3所示）：

4.DOM制作

4.1 成圖規(guī)格

平面坐標(biāo)系采用CGCS2000坐標(biāo)系，高斯-克呂格投影6°分帶。成果采用1km×1km矩形分幅，圖幅西南角坐標(biāo)為整公里坐標(biāo)。

4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

4.2.1 0.2米分辨率的分幅DOM數(shù)據(jù)

正射影像數(shù)據(jù)采用TIF格式存儲(chǔ)，影像坐標(biāo)文件TFW格式為文本格式，共6行，依次存儲(chǔ)Y方向分辨率、0、0、X方向分辨率、Y方向坐標(biāo)、X方向坐標(biāo)。

表1無約束平差連接點(diǎn)像坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)（pixel） 單位：米

表2野外檢查點(diǎn)與立體采集檢查點(diǎn)對(duì)比結(jié)果表 單位：米

表3野外實(shí)測(cè)高程值與DTM高程值對(duì)比結(jié)果表 單位：米

4.2.2 DOM制圖范圍結(jié)合表

DOM制圖范圍結(jié)合表采用shp格式，文件圖形部分按DOM標(biāo)準(zhǔn)分幅范圍按面文件方式存儲(chǔ)，屬性部分包含圖幅編號(hào)字段（6個(gè)字節(jié)長度字符串），X坐標(biāo)在前，Y坐標(biāo)在后，各取整公里前兩位。

4.3 精度要求

0.2米DOM地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，平面及丘陵地應(yīng)小于或等于1 m即5像元，山地小于或等于7.5像元。高大林木覆蓋區(qū)、高層建筑陰影遮蓋區(qū)等困難地區(qū)中誤差可放寬50%。0.2米DOM接邊限差，一般地區(qū)不少于3像元，困難地區(qū)不少于4.5像元。

4.4 生產(chǎn)步驟

全分辨率正射影像制作分兩步進(jìn)行：

（1）影像糾正：糾正影像分辨率設(shè)置為0.2米；

（2）影像拼接：影像拼接過程中選取參考影像；糾正時(shí)同時(shí)選取REDN00A、GRNN00A、BLUN00A三個(gè)波段全分辨率影像。

5.成果檢驗(yàn)

正射影像檢查驗(yàn)收的依據(jù)是國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18316-2008《數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定和質(zhì)量評(píng)定》，檢查采取人機(jī)交互的方式，檢查的內(nèi)容和方式為：

（1）文件名及數(shù)據(jù)格式檢查：檢查文件命名和數(shù)據(jù)格式是否符合設(shè)計(jì)書規(guī)定；

（2）有關(guān)的參數(shù)文件的錄入均應(yīng)與原始數(shù)據(jù)核對(duì)保證正確；

（3）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查：將數(shù)據(jù)文件中的四個(gè)圖廓點(diǎn)、首、末公里網(wǎng)控制點(diǎn)等的坐標(biāo)值與理論值核對(duì)；

（4）影像質(zhì)量檢查：將影像放大到一定倍數(shù)，采用日測(cè)法觀察影像是否清晰，是否存在斑點(diǎn)、劃痕、影像變形、模糊等現(xiàn)象；

（5）影像精度檢查：將檢查點(diǎn)展到正射影像上（影像按原始分辨率兩倍放大），比較檢查點(diǎn)外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)位與影像上點(diǎn)位誤差。

6.主要技術(shù)研究及特點(diǎn)

6.1 快視圖影像大氣校正

為了保證參考影像整體的清晰度，對(duì)REDN00A、GRNN00A、BLUN00A三個(gè)通道的快視圖影像做大氣校正，去除原始影像上的水氣、霧氣（如圖4所示）：

圖4快視圖影像大氣校正圖

6.2 拼接線計(jì)算及編輯

在充分考慮了建筑物的完整性和影像輻射信息的前提下，自動(dòng)計(jì)算生成了影像拼接線，不僅大大縮短了作業(yè)周期，同時(shí)也對(duì)拼接線兩邊不一致的現(xiàn)象有所改善[1]（如圖5所示）：

圖5影像拼接線

6.3 參考影像圖制作

采用9×9的快視圖制作參考影像，制作過程中選取GRNN00A、REDN00A、BLUN00A三個(gè)波段進(jìn)行糾正、拼接，并對(duì)拼接后的影像做勻光勻色、拉伸處理，使影像整體色調(diào)保持一致。在PhotoShop下對(duì)處理后的影像輸出進(jìn)行局部調(diào)色后，導(dǎo)回像素工廠（如圖6所示）：

圖6參考影像圖

7.結(jié)束語

目前數(shù)碼航攝儀基本都配備了IMU/GPS系統(tǒng)，可以在無地面控制點(diǎn)的情況下進(jìn)行姿態(tài)控制處理，加上基于專有算法的軟件如像素工廠，大大減少了空中三角測(cè)量所需的地面控制點(diǎn)數(shù)量，大幅縮短了航測(cè)生產(chǎn)周期，提高了影像數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)效率。當(dāng)前各地?cái)?shù)字城市、智慧城市建設(shè)方興未艾，全數(shù)字化航測(cè)生產(chǎn)流程及高分辨影像，將在城市建設(shè)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)和作用。