王占宏，吳滿意,2，田懷啟，何云貴，陳 琦，翟珊珊

(1. 國(guó)家測(cè)繪地理信息局第一地形測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054； 2. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079)

單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正

王占宏1，吳滿意1,2，田懷啟1，何云貴1，陳 琦1，翟珊珊1

(1. 國(guó)家測(cè)繪地理信息局第一地形測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054； 2. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079)

主要研究基于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正模型與思路，基于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)如何有效快速正射糾正是阻礙單片影像直接應(yīng)用于測(cè)繪生產(chǎn)的主要原因。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單片調(diào)繪的矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)正射糾正后完全滿足1∶10 000 DLG測(cè)圖精度要求，可以直接作為矢量數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)編輯工序，不再僅僅作為內(nèi)業(yè)定性資料使用，省去了作業(yè)人員重新繪制矢量數(shù)據(jù)的多余生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有利于提高1∶10 000DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率，為豐富航攝內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)圖生產(chǎn)提供了重要技術(shù)支撐。

正射糾正模型；高程內(nèi)插；單片影像；調(diào)繪數(shù)據(jù)；矢量糾正

目前，常用的地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)或更新的模式是在已有的DOM底圖基礎(chǔ)上開(kāi)展，這種作業(yè)方式的優(yōu)勢(shì)在于外業(yè)調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)可以直接用于內(nèi)業(yè)編輯制圖，實(shí)行內(nèi)外一體化測(cè)繪生產(chǎn)作業(yè)。但是，這種作業(yè)方法對(duì)于戰(zhàn)線長(zhǎng)、測(cè)區(qū)范圍大及自然條件惡劣的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，各工序間銜接與往返測(cè)區(qū)采集數(shù)據(jù)勢(shì)必影響測(cè)繪工期和帶來(lái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。因此，探索基于單片影像的內(nèi)外業(yè)同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，再利用控制點(diǎn)對(duì)影像、調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、重新套合影像與矢量數(shù)據(jù)的方法，會(huì)有效提高生產(chǎn)效率，縮短作業(yè)周期[1-4]。

本文主要開(kāi)展了單片影像調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)正射糾正的模型研究與試驗(yàn)，單片影像調(diào)繪生產(chǎn)的矢量數(shù)據(jù)如何有效糾正是阻礙利用單片影像進(jìn)行調(diào)繪生產(chǎn)的主要原因。因此，筆者在詳細(xì)研究各種影像正射糾正模型的基礎(chǔ)上，選擇了適合于單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正模型，完成調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正。

1 正射糾正算法及矢量數(shù)據(jù)糾正思路

1.1 主要模型介紹

(1) 共線方程模型：攝影測(cè)量領(lǐng)域基本模型，由于其嚴(yán)格給出了成像瞬間物方空間和像方空間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此其幾何校正精度是目前認(rèn)為精度最高、研究最多、應(yīng)用最廣的糾正模型[5-6]。

(2) 框幅式航攝影像數(shù)字微分糾正：確定原始圖像(x，y)與糾正后圖像(X，Y)之間的幾何關(guān)系[5,7-9]，有直接法和間接法兩種表達(dá)式。

(3) 推掃式航片數(shù)字微分糾正：推掃式成像的每幅影像是一個(gè)多中心投影方式，在進(jìn)行幾何處理時(shí)，必須考慮外方位元素隨時(shí)間變化的因素。

(4) 多項(xiàng)式模型糾正：認(rèn)為影像的變形規(guī)律可以近似地看作平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、偏扭、仿射、彎曲等基本形式的合成。糾正前后影像相應(yīng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系可以用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來(lái)描述。為了克服一般多項(xiàng)式模型的糾正缺陷，將地面高程值引入一般多項(xiàng)式模型中，得到改進(jìn)的多項(xiàng)式模型[9]。

(5) 有理函數(shù)模型糾正：有理函數(shù)模型是將像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)表達(dá)為以相應(yīng)地面點(diǎn)空間坐標(biāo)(X，Y，Z)為自變量的多項(xiàng)式比值[10-11]。有理函數(shù)模型實(shí)際上是多種傳感器模型的一種通用表達(dá)方式，它適用于各類傳感器模型[11]。

(6) DEM高程內(nèi)插模型：確定高程內(nèi)插函數(shù)后，用DEM數(shù)據(jù)即可重建地表起伏形態(tài)，通過(guò)內(nèi)插可求得地面上任意一點(diǎn)高程值[12-13]。內(nèi)插的方法有逐點(diǎn)內(nèi)插、分塊內(nèi)插、整體內(nèi)插等。

1.2 糾正需求及模型選取

1∶10 000DLG生產(chǎn)中，影像數(shù)據(jù)源主要有框幅式航空影像、推掃式航空影像和衛(wèi)星影像等。其中推掃式航空影像，大多都是經(jīng)過(guò)拍攝單位進(jìn)行空三加密處理后的影像，基于此影像的調(diào)繪成果不需要糾正便可直接使用。故本次糾正試驗(yàn)只針對(duì)基于框幅式航空影像和衛(wèi)星影像上調(diào)繪的矢量成果。

微分糾正、多項(xiàng)式糾正模型是目前影像正射糾正用得比較多的模型，為了使調(diào)繪矢量糾正結(jié)果更好地與正射影像套合，本次試驗(yàn)的航空影像采用微分糾正模型、衛(wèi)星影像采用多項(xiàng)式模型，并利用內(nèi)插DEM高程數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)模型的改進(jìn)[13]。

2 調(diào)繪矢量成果正射糾正思路

框幅式航攝影像進(jìn)行調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)糾正的思路如圖1所示，衛(wèi)星影像進(jìn)行調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)糾正的思路如圖2所示，糾正所用控制點(diǎn)的數(shù)量、精度和DEM的格網(wǎng)間距大小、精度等按照正射影像生產(chǎn)的需求提供。

3 矢量成果糾正試驗(yàn)

試驗(yàn)選取基于框幅式數(shù)字航空影像和衛(wèi)星影像這兩種影像的調(diào)繪成果分別進(jìn)行糾正試驗(yàn)。數(shù)據(jù)源的類型為：調(diào)繪矢量成果、DEM數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)、RPC/RPB文件、空間參考等。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的地形類別為山地和丘陵地。

3.1 框幅式航片調(diào)繪矢量成果糾正試驗(yàn)

3.1.1 糾正試驗(yàn)1(山地)

選擇了秦嶺地區(qū)一幅單片影像進(jìn)行調(diào)繪，對(duì)成果進(jìn)行糾正，糾正8729點(diǎn)，累計(jì)用時(shí)29 min，平均0.199 s/點(diǎn)。糾正后矢量成果與正射影像套合精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

圖1

圖2

m

從表1可以看出，點(diǎn)位中誤差為±1.42 m，滿足文獻(xiàn)[14]中規(guī)定的山地地物點(diǎn)平面位置中誤差±7.5 m的要求。

3.1.2 糾正試驗(yàn)2(丘陵地)

選擇新疆葉城某地區(qū)一幅影像進(jìn)行調(diào)繪，對(duì)成果進(jìn)行糾正，糾正2536點(diǎn)，累計(jì)用時(shí)10 min，平均0.237 s/點(diǎn)。糾正后成果與正射影像套合精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 糾正后檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)(丘陵地) m

從表2可以看出，中誤差為±3.85 m，滿足文獻(xiàn)[14]中規(guī)定的丘陵地地物點(diǎn)平面位置中誤差±5.0 m的要求。

3.2 衛(wèi)星影像調(diào)繪矢量成果糾正試驗(yàn)

3.2.1 糾正試驗(yàn)1(山地)

選擇新疆塔什庫(kù)爾干某區(qū)域衛(wèi)星影像進(jìn)行調(diào)繪，對(duì)成果進(jìn)行糾正，糾正7466點(diǎn)，累計(jì)用時(shí)64 min，平均0.514 s/點(diǎn)。糾正后成果與正射影像套合精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 糾正后精度統(tǒng)計(jì)(山地) m

從表3可以看出，中誤差為±1.40 m，滿足文獻(xiàn)[14]中規(guī)定的山地地物點(diǎn)平面位置中誤差±7.5 m的要求。

3.2.2 糾正試驗(yàn)2(丘陵地)

選擇新疆塔什庫(kù)爾干某區(qū)域衛(wèi)星影像進(jìn)行調(diào)繪，對(duì)成果進(jìn)行糾正，糾正1876點(diǎn)，累計(jì)用時(shí)24 min，平均0.768 s/點(diǎn)。糾正后成果與正射影像套合精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

從表4可以看出，中誤差為±0.90 m，滿足文獻(xiàn)[14]中規(guī)定的丘陵地地物點(diǎn)平面位置中誤差±5.0 m的要求。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

調(diào)繪矢量成果糾正后能夠滿足1∶10 000DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)的精度要求；糾正是逐點(diǎn)進(jìn)行，運(yùn)算的工作量相對(duì)較大，用時(shí)較長(zhǎng)。

表4 糾正后精度統(tǒng)計(jì)(丘陵地) m

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基于單片影像調(diào)繪的矢量成果不再只是作為內(nèi)業(yè)定性的依據(jù)，而是經(jīng)過(guò)相應(yīng)模型糾正后可以直接用于1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)，省去了作業(yè)人員重新繪制矢量數(shù)據(jù)的多余生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有效提高了1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率，豐富了航攝內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)圖生產(chǎn)方案。

當(dāng)然，本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ投际且恍┏Ｓ玫哪Ｐ停谶m應(yīng)不同數(shù)據(jù)源方面需要在后續(xù)的研究過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。在矢量成果的糾正計(jì)算方面，都是通過(guò)多次迭代來(lái)完成，由于矢量糾正的點(diǎn)數(shù)較多，迭代精度與效率還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

[1] 趙筱榕，劉津.基于控制點(diǎn)影像數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像幾何糾正[J].測(cè)繪通報(bào),2013(8):61-64.

[2] 申學(xué)林，李見(jiàn)陽(yáng)，陳勇，等.基于粗糾正衛(wèi)星影像源進(jìn)行1∶5萬(wàn)DLG生產(chǎn)“一體化”工藝流程的探索[J].測(cè)繪,2009,32(3):130-132.

[3] 鄒松柏，張劍清，劉會(huì)安.航空攝影測(cè)量一體化測(cè)圖的兩種方法[J].測(cè)繪工程,2006,15(2):50-52.

[4] 唐健林，龍盈，董文浩，等.航空攝影測(cè)量面陣相機(jī)與線陣相機(jī)數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝的探究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(S2)：48-51.

[5] 欒慶祖，劉慧平，肖志強(qiáng).遙感影像的正射校正方法比較[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2007,22(6):743-747.

[6] 張過(guò)，墻強(qiáng)，祝小勇，等.基于影像模擬的星載SAR影像正射糾正[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2010,39(6)：554-560.

[7] 孫家抦，倪玲，周軍其，等.遙感原理與應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2013.

[8] 萬(wàn)霞，酈淑俊，王朝暉.一種快速的正射影像制作方法[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2006,2(3):34-35.

[9] 張永生，劉軍，鞏丹超，等.高分辨率遙感衛(wèi)星應(yīng)用——成像模型、處理算法及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2014.

[10] 李鳳娟.ALOS衛(wèi)星正射影像的處理方法[J].地球,2014,215(3):100-101.

[11] 李丹丹，陳曉輝.QuickBird影像的正射校正研究[J].測(cè)繪與空間地理信息,2014,37(8):107-110.

[12] 范玉茹，張巧茹，劉曉莉，等.高分辨率遙感衛(wèi)星影像正射糾正模型的改進(jìn)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2014,37(8):8-10.

[13] 韓顏?lái)?，張繼賢，李海濤.加入地形改正的衛(wèi)星影像多項(xiàng)式模型研究[J].測(cè)繪科學(xué),2008,33(2):67-69.

[14] 劉靜.利用DEM對(duì)衛(wèi)片進(jìn)行正射糾正生產(chǎn)DOM的探討[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,29(2):196-200.

[15] 國(guó)家測(cè)繪局.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10 000 1∶50 000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程 第1部分：數(shù)字線劃圖(DLG)：CH/T 1015.1—2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

Ortho-rectification for Annotation Vector Data of Single Chip Image

WANG Zhanhong1,WU Manyi1,2,TIAN Huaiqi1,HE Yungui1,CHEN Qi1,ZHAI Shanshan1

(1. The First Topographic Surveying Brigade of NASG,Xi'an 710054,China; 2. School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

The model and methods of ortho-rectification based on single-map surveying and mapping vector data has been studied in this article. But how to manage to do is the obstacle during surveying and mapping .After several different experiments,we found that the data from single-map surveying and mapping ortho-recitification can meet the requirements of 1∶10 000 DLG mapping accuarcy,and can be used as vector data results,which has simplified the interior work procedure by avoiding redrawing vector data,improved the efficient of 1∶10 000 DLG data production and provided important technical support for integration of indoor and outdoor aerial survey.

ortho rectification model; height interpolation; single image; annotation vector data; vector correction

王占宏，吳滿意，田懷啟，等.單片調(diào)繪矢量數(shù)據(jù)的正射糾正[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(2)：75-78.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0052.

2016-03-09；

2016-06-24

秦嶺測(cè)圖工程1∶1萬(wàn)內(nèi)外一體化測(cè)圖方案研究；基于原始影像1∶10 000調(diào)繪矢量成果的糾正方案研究與實(shí)現(xiàn)；國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪科技計(jì)劃(2016KJ0301)

王占宏(1967—)，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿z影測(cè)量與遙感。E-mail：290206084@qq.com.cn

吳滿意

P23

A

0494-0911(2017)02-0075-04