航空數(shù)字正射影像圖生產(chǎn)環(huán)節(jié)的幾項改進措施

摘要：根據(jù)全省歷史遙感影像開放項目生產(chǎn)經(jīng)驗，對航空影像正射影像圖生產(chǎn)過程中的各個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)、技術(shù)難點進行了論述，在野外像控點測量、區(qū)域網(wǎng)平差、影像鑲嵌提出了幾項改進措施，為正射影像生產(chǎn)提供一定的經(jīng)驗和借鑒。

關(guān)鍵詞：區(qū)域網(wǎng)平差；數(shù)字高程模型；正射糾正；影像鑲嵌

數(shù)字正射影像圖在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，無論是在導(dǎo)航地圖［1］、國土空間規(guī)劃［24］、城市管理與建設(shè)［5］、土地執(zhí)法［6］、天地圖平臺建設(shè)等［7］，正射影像圖都是一項必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是測繪部門服務(wù)其他政府機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)之一［810］，是測繪部門的管理模式從封閉型向開放型轉(zhuǎn)變的有效途徑之一［11］，尤其是高分辨率的航空攝影所生產(chǎn)的正射影像圖［1214］，以其分辨率高、時效性強、效率高、獲取方便等優(yōu)勢，已經(jīng)成為正射影像生產(chǎn)中的主流渠道，隨著輕小型無人機在國內(nèi)外得到極大的重視和發(fā)展［15］，航空攝影的成本逐漸降低，效率逐漸提高，為正射影像生產(chǎn)提供了豐富的數(shù)據(jù)源和獲取手段［16］。

DOM生產(chǎn)的任何一個環(huán)節(jié)，都不允許出現(xiàn)差錯，否則直接影響最終的成果質(zhì)量。因此，根據(jù)多年的正射影像圖生產(chǎn)工作經(jīng)驗，以邯鄲、邢臺地區(qū)的航空影像數(shù)據(jù)為例，總結(jié)分享正射影像圖生產(chǎn)過程中的各個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)、技術(shù)難點，對一些改進的技術(shù)方法進行了分析論述，為正射影像生產(chǎn)提供一定的經(jīng)驗和借鑒。

1項目概況

為進一步提升歷史遙感影像數(shù)據(jù)的服務(wù)廣度與深度，更好地支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和我省自然資源事業(yè)。按照省自然資源廳地理信息管理處相關(guān)部署與要求，河北省第二測繪院承擔了2023年度“全省歷史遙感影像開放（第二期）”項目。本項目主要工作內(nèi)容為對項目一期工作成果進行豐富與升級，包括收集河北省全省范圍2011年至2015年五年遙感衛(wèi)星及航空攝影影像數(shù)據(jù)資料，進行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、加工處理等工作，將數(shù)據(jù)范圍擴展到十年；進一步拓展和提升“河北省歷史影像電子地圖展示系統(tǒng)”平臺功能，完善硬件支撐環(huán)境搭建，實現(xiàn)數(shù)據(jù)成果網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)布。

根據(jù)項目需要收集了部分0.5米分辨率的測繪航空攝影數(shù)據(jù)，來生產(chǎn)正射影像圖作為本項目的一種補充數(shù)據(jù)源。整個測區(qū)根據(jù)地形特點劃分為4個分區(qū)，航線敷設(shè)方向為南北+東西向飛行；航帶旁向重疊率20%～58%，航向重疊率57%～71%。飛行平臺采用獎狀CE550飛機，搭載UltraCamXpWA/50017114航攝儀和Applanix公司POSAV510慣性定位及定向系統(tǒng)。外業(yè)像片控制測量共采集平高點466個，檢查點122個，共制作完成1：10000比例尺標準分幅969幅數(shù)字正射影像圖，總面積為2.55萬平方公里。下面將結(jié)合項目生產(chǎn)經(jīng)驗，闡述在正射影像生產(chǎn)過程中遇到技術(shù)難點及解決辦法，為正射影像生產(chǎn)提供參考和借鑒。

2像控點的布設(shè)與測量

2.1像控點布設(shè)方案的確定

像控點外業(yè)出測前要根據(jù)相機曝光點的位置文件進行布點方案的設(shè)計：

（1）根據(jù)pos數(shù)據(jù)精度、影像質(zhì)量和航攝比例尺，確定航向間隔基線數(shù)和間隔旁向數(shù)，在相機曝光點結(jié)合表中進行選點圖的制作，首先，一定要考慮加密區(qū)外圍的像控點不要缺失，布設(shè)的像控點盡量位于測區(qū)范圍線以外，以達到有效的控制精度。其次，加密區(qū)重要的拐角處要有像控點，必要時可以布設(shè)兩個控制點，以達到“雙保險”的目的。

（2）在選點圖中，盡量使像控點呈“品”字形布設(shè)，目的是網(wǎng)形更加“牢固”，提高整體精度。

（3）要布設(shè)一定數(shù)量的檢查點，選點要求和測量要求同像控點，布設(shè)盡量均勻分布，數(shù)量可以按20%的比例，也可以根據(jù)具體實際情況進行選擇。

2.2像控點的選點注意事項

像片控制點選取注意事項，總結(jié)以下幾個方面：

（1）選取的位置要保證所有相鄰相片上沒有遮擋。選點時要將所有涉及的相片逐個查看是否有遮擋點位的現(xiàn)象，如果有則另選其他合適的位置。

（2）刺點的位置成像要清晰可辨，如果將位置選在了像大棚的底角處、小的機井房角，在影像上點位的成像不清晰，很難刺到準確的位置上。選擇的點位除了要看實地情況外，還要重點查看在航片上的成像效果。除此以外，像門墩、有雜物堆積的房角、房頂有女兒墻的房角等不建議考慮。

（3）拐角不明顯的路口不要選為像控點。交叉路口尤其是農(nóng)村地區(qū)的大車路，拐角成不規(guī)則的形態(tài)，在影像上很難找到準確的位置，不建議選取，此外呈弧形的花壇、馬路牙子、小于45度的地物尖角都不建議選用。

（4）成像不清晰的圍墻角不要選取。由于為墻角高于地面，且在小比例尺相片上成像不清晰，不建議選為像控點。

（5）山區(qū)選點需要注意：盡量選擇交通方便能夠到達的區(qū)域；利用網(wǎng)絡(luò)RTK進行測量作業(yè)時，像控點不要選擇遠離居民區(qū)的大山深處，盡量選擇居民區(qū)周邊等有網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的區(qū)域；如果不能避免選擇了上述區(qū)域，可以通過縮小基線間隔，加密像控點的方式，將加密的像控點調(diào)整到能夠到達和有網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的區(qū)域。

（6）野外測量。在通過網(wǎng)絡(luò)RTK方式進行野外測量時，要達到固定解的狀態(tài)時再進行測量，觀測中儀器衛(wèi)星截止高度角≥15°；有效同步觀測衛(wèi)星數(shù)目≥5個；PDOP值≤6；流動站的對中桿扶正，保證圓氣泡居中；準確量取天線高；每個點至少測兩個測回，測回測完后，要當場檢查每個測回的較差是否小于5cm，否則要進行重測。

3區(qū)域網(wǎng)平差難點及解決辦法

航空攝影測量定位采用多重疊航攝影像通過交會方法來計算地面目標點的三維空間坐標，區(qū)域網(wǎng)平差是實現(xiàn)計算地面目標點的三維坐標的重要途徑，與傳統(tǒng)空中三角測量相比，GPS輔助航空攝影測量能夠減少野外工作量，使費用以及成圖時間大幅度降低，區(qū)域網(wǎng)平差是以一幅影像組成的一束光線作為平差的基本單元，依據(jù)中心投影的共線方程，通過各光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，采用共線方程從而整體確定物方點位和每一張影像的外方位元素，使得模型之間公共點的光線實現(xiàn)最佳交會，進而按多片前方交會計算出加密點地面坐標的過程。

通過共線方程可知，要想解算出每張像片的六個外方位元素，至少要有四個已知點，但這些已知點不可能全部野外進行實測去獲得，所以通過區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合解算的方法，加入少量的地面已知點，再加上POS數(shù)據(jù)提供初始的外方位元素，可以高效地解算出每張相片的外方位元素值，從而提高作業(yè)效率，這就是區(qū)域網(wǎng)的作用，區(qū)域網(wǎng)平差網(wǎng)型和精度的好壞直接影響著整個正射影像產(chǎn)品的絕對精度，是整個產(chǎn)品的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。但由于受自由網(wǎng)網(wǎng)型連接強度、連接點提取質(zhì)量、像控點質(zhì)量等多重因素的影響，區(qū)域網(wǎng)的精度往往在實際生產(chǎn)中會遇到各種各樣的問題，導(dǎo)致平差報告不能滿足產(chǎn)品要求，下面介紹在區(qū)域網(wǎng)平差中遇到的幾個問題和解決方法。

3.1連接點提取質(zhì)量不高

連接點提取的數(shù)量是否充足、分布是否均勻、連接點匹配質(zhì)量是否達到要求都會影響自由網(wǎng)的精度和質(zhì)量。如果遇到該情況時，從以下幾個方面入手，解決連接點提取質(zhì)量不高的問題：

（1）查看影像紋理和亮度是否滿足要求，是否存在影像曝光過度、過暗、紋理不清晰的情況，如果影像質(zhì)量不佳，可以先通過勻色軟件進行顏色的調(diào)節(jié)，使影像的色彩、紋理盡量保持一致，再進行連接點提取，會大大提高連接點提取的質(zhì)量。

（2）如發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域連接點數(shù)量太少，或分布不均勻，可以將存在問題的區(qū)域建立一個加密子區(qū)，把這個子區(qū)單獨進行連接點的提取，這樣會增加此區(qū)域的連接點個數(shù)，改善自由網(wǎng)的連接強度。

（3）采用兩次連接點提取法。在連接點提取的設(shè)置選項中，先勾選GNSS和IMU選項，進行第一次提取連接點，然后取消勾選GNSS和IMU再進行第二次連接點提取，這樣使用兩次連接點提取法可以提高連接點提取的質(zhì)量。

（4）通過人工加點的方式提高網(wǎng)型精度，在連接點稀疏的區(qū)域，如果通過以上方法均不能提取到連接點，可以采用手工加點的方式，均勻增加若干個連接點，以提高整個自由網(wǎng)的連接強度。

3.2判斷區(qū)域網(wǎng)是否滿足要求的方法

區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)束后，如何準確地判斷整個區(qū)域網(wǎng)的質(zhì)量能否滿足要求，是關(guān)系后續(xù)工作能否順利開展的重要節(jié)點。

（1）查看自由網(wǎng)精度。通過查看聯(lián)合線點圖，勾選右側(cè)屬性欄的“聯(lián)合線點”選項，可以查看自由網(wǎng)聯(lián)合線點圖，該圖可以更加直觀地反映每個連接點所連接的影像情況，如果某個區(qū)域出現(xiàn)線條稀疏，明顯存在“漏洞”時，說明該區(qū)域連接點強度不夠，需要按上文內(nèi)容進行處理。此外，還要查看“聯(lián)合線像片”界面，若個別相片出現(xiàn)沒有線連接的情況，就要查看該相片上的連接點是否存在缺失，若缺失足夠的連接點，就要采用上文的方式進行處理。

（2）查看平差報告。通過查看平差報告中的控制點/檢查點、連接點的最大、最小和均方根誤差值，查看其精度能否滿足《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》（GB/T232362009）中表1《連接點對最近野外控制點平面位置與高程中誤差》、表3《基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限值》的規(guī)定值。如果各項誤差指標均滿足要求，則平差報告合格。

4影像鑲嵌處理方法

鑲嵌線編輯工作量大，需要多人參與，如何高效處理人員分工和人員之間接邊的問題，是鑲嵌線生產(chǎn)中的一個技術(shù)難點，采用以下方式，可以提高工作效率。

（1）假如有兩名作業(yè)員，一名接邊員，將單片糾正后的影像分別按任務(wù)進行分發(fā)給兩名作業(yè)員，要保證有一條航帶重疊，兩名作業(yè)員分別在軟件中生成鑲嵌線并進行編輯，編輯鑲嵌線工作完成后鑲嵌輸出整個區(qū)域的大塊影像，最后兩名作業(yè)員將生成好的大塊影像交給接邊員，由接邊員在用兩大塊影像再生成鑲嵌線并進行編輯，這樣就完成了接邊區(qū)域的接邊工作，這樣做的優(yōu)點在于作業(yè)員各自生成自己的鑲嵌線文件進行編輯，各自之間相對獨立，互不影響，省去了數(shù)據(jù)交替拷貝等繁冗的中間環(huán)節(jié)。

（2）山區(qū)鑲嵌線編輯。在山區(qū)，除了要考慮道路，房屋等人工地物不要出現(xiàn)錯位以外，還要考慮通過編輯鑲嵌線盡量消除山體拉花，通過修改鑲嵌線走向，用其他鄰片替換等方式消除山體拉花，這種做法的效率要遠高于在修圖軟件中處理山體拉花的工作效率。

結(jié)語

本文根據(jù)項目生產(chǎn)經(jīng)驗，對航空正射影像圖生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)難點、技術(shù)環(huán)節(jié)以及處理辦法進行了論述，并提出了幾項改進措施，經(jīng)過項目的實際檢驗，這些方法在野外像控點測量、區(qū)域網(wǎng)平差、數(shù)字高程模型編輯、正射糾正、勻光勻色、影像鑲嵌等航空正射影像圖生產(chǎn)過程中可以解決技術(shù)難題，提高生產(chǎn)效率，為航空正射影像圖生產(chǎn)提供經(jīng)驗和借鑒。

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基金項目：本論文為河北省自然資源廳2023年度財政項目，立項編號：13000023P006CA410209K

作者簡介：宋占軍（1984—），男，漢族，河北遷安人，碩士，高級工程師，主要從事方向攝影測量與遙感。