杜金莉

(安徽省第一測(cè)繪院，安徽 合肥 230031)

0 引言

國(guó)內(nèi)進(jìn)行航測(cè)內(nèi)業(yè)作業(yè)的軟件很多，比較成熟且使用時(shí)間較長(zhǎng)的軟件有原武漢測(cè)繪科技大學(xué)張祖勛團(tuán)隊(duì)開發(fā)的全數(shù)字化攝影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid)、北京四維遠(yuǎn)見公司研發(fā)的JX4(目前已有升級(jí)版JX5)、武漢航天遠(yuǎn)景科技股份有限公司研發(fā)的MapMatrix等，國(guó)外軟件如像素工廠、inpho等發(fā)展也很成熟。這些軟件開發(fā)時(shí)都是適用于航空攝影測(cè)量的專業(yè)可量測(cè)相機(jī)航攝的影像?？闪繙y(cè)相機(jī)經(jīng)過嚴(yán)格的相機(jī)檢校，有精準(zhǔn)的相機(jī)參數(shù)，像片畸變差小。隨著低空攝影測(cè)量的發(fā)展，無人機(jī)航攝影像因獲取的便利、快速，被很多生產(chǎn)單位大量應(yīng)用。無人機(jī)因?yàn)樽灾剌^輕，一般都是搭載民用短焦距的非量測(cè)相機(jī)，其拍攝的影像畸變差大，邊緣變形較大，空三加密經(jīng)常不合格，直接導(dǎo)致用無人機(jī)影像生產(chǎn)的DOM精度不高，需要專門的軟件對(duì)其進(jìn)行處理。

PixelGrid-AEO數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院研發(fā)的一款針對(duì)多種航空影像進(jìn)行攝影測(cè)量處理的軟件，包括無人機(jī)航空影像、ADS40/80/100影像[1]。該軟件采用基于RFM通用成像模型的遙感影像稀少控制區(qū)域網(wǎng)平差、基于多基線多重匹配特征的高精度數(shù)字高程模型自動(dòng)匹配、高精度影像地圖制作與拼接等技術(shù)開發(fā)的新一代遙感影像處理軟件，構(gòu)建集群分布式網(wǎng)絡(luò)，采用計(jì)算機(jī)多核并行處理，自動(dòng)化和人工編輯相結(jié)合的作業(yè)方式，可以進(jìn)行多種航空影像的空三加密、DEM、DOM等產(chǎn)品的生產(chǎn)[2]。

1 基于PixelGrid軟件的DOM制作方法

利用PixelGrid軟件制作DOM的流程，見圖1。

圖1 基于PixelGrid的DOM制作流程圖Fig.1 DOM production flow based on PixelGrid

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及畸變糾正

作業(yè)前需要準(zhǔn)備相機(jī)的檢校文件、原始TIFF影像，控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)等資料。注意：在該程序里*cam文件默認(rèn)坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角，如果飛行提供的坐標(biāo)原點(diǎn)是左下角的話，則需要對(duì)y0進(jìn)行轉(zhuǎn)換。左下角轉(zhuǎn)為左上角的轉(zhuǎn)換公式為:

y0左上角=行數(shù)-1-y0左下角

(1)

因無人機(jī)搭載的非量測(cè)相機(jī)拍攝的影像邊緣存在畸變，需對(duì)影像進(jìn)行畸變差校正，才能進(jìn)行空中三角測(cè)量[3]。這里需要輸入測(cè)區(qū)的航攝信息和參數(shù)文件，進(jìn)行大起折光差改正、地球曲率改正。平差允許迭代最大次數(shù)可以設(shè)為20，平差迭代停止時(shí)變化量給0.05；設(shè)置相機(jī)檢校參數(shù)文件*.cmr：主點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)焦距、像素大小、影像行列數(shù)等，導(dǎo)入控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。參數(shù)輸入完畢即可進(jìn)行畸變糾正。

1.2 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量主要是連接點(diǎn)量測(cè)及區(qū)域網(wǎng)平差。具體步驟：預(yù)先生成金字塔及索引影像→影像自動(dòng)內(nèi)定向→航帶間初始偏移量確定→自動(dòng)相對(duì)定向及模型連接→連接點(diǎn)編輯及量測(cè)→自由網(wǎng)平差→加控制點(diǎn)平差，計(jì)算合格后輸出空三成果。

在進(jìn)行自動(dòng)相對(duì)定向及模型連接時(shí)如果中途出錯(cuò)或退出，再次作業(yè)時(shí)可以從上次出錯(cuò)斷點(diǎn)開始運(yùn)行自動(dòng)相對(duì)定向及模型連接，如果模型連接有失敗的，則在“連接點(diǎn)編輯及量測(cè)”內(nèi)修改。自由網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)需要人工刪除粗差大的點(diǎn)，需要?jiǎng)h除直至剩余的粗差都在2-3個(gè)像素以內(nèi)，剩余粗差需要調(diào)出影像人工修測(cè)至正確點(diǎn)位，多次解算直至滿足規(guī)范要求。

1.3 DEM的制作

DEM制作前需要進(jìn)行影像格式轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)處理，生成黑白影像。注意此時(shí)應(yīng)該選擇經(jīng)畸變差糾正后的影像。生成后做分布式數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)影像匹配及DEM生成，完成后進(jìn)行DEM拼接。生成DEM后需要對(duì)DEM進(jìn)行編輯、濾波，建議全局濾波時(shí)坡度閾值給40-50度，后做局部濾波時(shí)閾值給10-30度。編輯DEM時(shí)也可以選擇高程重置，此時(shí)高程是按所選區(qū)域的平均高程重置，一般只適合地形平坦地區(qū)，故選擇高程重置時(shí)所選區(qū)域不能太大，否則容易導(dǎo)致高程失真。

1.4 DOM制作及影像處理

DOM生成前需要進(jìn)行影像勻光處理，注意勻光時(shí)應(yīng)添加畸變糾正后的原始影像，再進(jìn)行影像格式轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)處理，此時(shí)選擇勻光后的TIFF。后進(jìn)行正射影像生成及拼接，添加影像后會(huì)生成拼接線，如自動(dòng)生成的拼接線沒有避開建筑物，可以手工編輯修改拼接線，為了避免DOM錯(cuò)位、重影、模糊，便于影像后期的色彩處理，編輯拼接線時(shí)需要避開未糾正的地物，如建筑物、路燈等，拼接線盡量沿線狀地物一側(cè)或塊狀地物邊緣分布，拼接時(shí)輸入羽化寬度。因無人機(jī)航攝航高低，投影差大，邊緣變形較大，外加無人機(jī)航攝影像一般重疊度都較大，為了提高精度、保證DOM影像效果，編輯拼接線時(shí)盡量避開邊緣區(qū)域。最后進(jìn)行DOM分幅裁切，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求裁切成標(biāo)準(zhǔn)分幅或任意大小的DOM。

2 應(yīng)用實(shí)例

本項(xiàng)目為數(shù)字明光1∶1 000DOM的制作，面積為200 km2，測(cè)區(qū)地形為丘陵地。

2.1 項(xiàng)目概況及作業(yè)情況

項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)要求DOM的精度如表1規(guī)定，最大誤差不大于兩倍中誤差。

表1 DOM平面位置中誤差

項(xiàng)目利用縱橫固定翼無人機(jī)搭載索尼A7R2相機(jī)進(jìn)行低空攝影，共飛行9個(gè)架次，獲得航片6 604張，影像地面分辨率0.1 m，像幅大小為7 952*5 304像素，成果比例尺為1∶1 000。DOM生產(chǎn)投入人員3人，利用PixelGrid軟件，從空三加密到DOM成果耗時(shí)約30 d。本項(xiàng)目已有DEM成果，可以直接用來生成DOM，在DEM匹配及修測(cè)上沒有花費(fèi)時(shí)間，時(shí)間花費(fèi)較多的主要是空三加密的控制點(diǎn)量測(cè)及DOM影像按像對(duì)拼接的后續(xù)處理。

2.2 質(zhì)量檢查

本項(xiàng)目利用網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測(cè)的高精度外業(yè)點(diǎn)作為檢查點(diǎn)與DOM上的同名點(diǎn)進(jìn)行精度檢測(cè)，共檢查點(diǎn)數(shù)51個(gè)，其中小于1倍中誤差0.6 m(實(shí)地)的有31個(gè)點(diǎn)，占60.8%；大于1倍小于2倍中誤差1.2 m(實(shí)地)的有20個(gè)點(diǎn)，占39.2%。同精度檢測(cè)圖幅點(diǎn)位中誤差計(jì)算為0.59 m(實(shí)地)，圖幅最大點(diǎn)位誤差為0.86 m(實(shí)地)。由此可以看出，DOM成果滿足精度要求。

3 該軟件制作DOM的優(yōu)缺點(diǎn)

利用該軟件對(duì)無人機(jī)影像進(jìn)行DOM制作的顯著優(yōu)勢(shì)是有影像畸變差糾正功能，可以解決非量測(cè)相機(jī)航攝影像的邊緣變形，經(jīng)過糾正的影像再匹配模型連接點(diǎn)及區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)能獲得合格的成果，能有效保證空三加密成果和DOM成果的精度。另外，軟件可以多核并行計(jì)算、分布式并行處理，能有效提升數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率。

同時(shí)該軟件在作業(yè)中也存在不足之處，具體如下：

1)PixelGrid軟件在生產(chǎn)時(shí)，每一步都會(huì)生成核線影像這個(gè)過渡文件，且每一步驟生成的過渡文件的數(shù)據(jù)量都較大，會(huì)造成兩個(gè)問題。一是占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存，二是需要人工點(diǎn)擊生成核線影像造成作業(yè)步驟繁瑣。

2)PixelGrid軟件進(jìn)行DEM匹配時(shí)間較長(zhǎng)，DEM匹配成功后需要人工對(duì)DEM進(jìn)行編輯處理，該軟件DEM匹配的精度僅能滿足生產(chǎn)DOM使用，精度不高。如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，需要對(duì)DEM進(jìn)行立體修測(cè)，工作量大。

4 存在問題的解決方法

針對(duì)該軟件在DOM生產(chǎn)過程中存在的問題，筆者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提出了一些對(duì)應(yīng)的解決方法：

1)區(qū)域網(wǎng)平差時(shí)如果精度超限，則應(yīng)在進(jìn)行空三加密最后一遍帶控制點(diǎn)的平差計(jì)算時(shí)，不要選中粗差剔除工具，否則平差計(jì)算時(shí)會(huì)把粗差平均賦值到整個(gè)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，造成粗差點(diǎn)無法準(zhǔn)確顯示，由此造成精度損失。

2)模型連接生成的文件在放在測(cè)區(qū)目錄下的connectBackupDir的文件夾內(nèi)，如果模型連接提示有失敗的，則整條航帶模型間的公共點(diǎn)都不生成，需要人工修改錯(cuò)誤后再次做“相對(duì)定向及模型連接”。

3)自由網(wǎng)平差后需要?jiǎng)h除錯(cuò)誤點(diǎn)和計(jì)算殘差大的點(diǎn)再進(jìn)行自由網(wǎng)平差，需要反復(fù)6-10次，根據(jù)自動(dòng)點(diǎn)匹配結(jié)果，若測(cè)區(qū)影像質(zhì)量差、紋理不豐富，則自動(dòng)點(diǎn)匹配效果差，需要重復(fù)該步驟多次；若自動(dòng)點(diǎn)匹配結(jié)果好，則可以減少重復(fù)操作次數(shù)。注意刪除大粗差點(diǎn)時(shí)有時(shí)會(huì)誤刪除標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位點(diǎn)，最后需要檢查標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位點(diǎn)，如缺失則人工選取。

4)因軟件存在過渡文件多占用內(nèi)存的情況，建議在作業(yè)前特別是大測(cè)區(qū)作業(yè)前檢查機(jī)器內(nèi)存，給機(jī)器配置大容量硬盤，一般需要配置比原始影像大5倍左右的內(nèi)存空間，否則等作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠時(shí)再去更換硬盤會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

5)存在DEM自動(dòng)匹配精度不高的情況，如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，建議對(duì)DEM進(jìn)行立體修測(cè)，也可以將DEM導(dǎo)入到其他軟件中進(jìn)行立體修測(cè)。此外，現(xiàn)在大部分省測(cè)繪地理信息局一萬基礎(chǔ)測(cè)繪的3D成品基本達(dá)到全覆蓋，每個(gè)省的市級(jí)數(shù)字城市建設(shè)也有精細(xì)化DEM成果，建議生產(chǎn)單位可以根據(jù)需求在生產(chǎn)DOM時(shí)選用現(xiàn)有DEM成果，將DEM與實(shí)際地形變化部分采取軟件自動(dòng)匹配的方式，這樣可以大大減少工作量。

5 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)，驗(yàn)證了PixelGrid軟件生產(chǎn)的DOM精度符合設(shè)計(jì)要求。本文總結(jié)了該軟件在DOM制作中的優(yōu)缺點(diǎn)及生產(chǎn)中常見的問題及其解決方法，生產(chǎn)單位既可根據(jù)自身軟件配置情況，選用PixelGrid軟件進(jìn)行無人機(jī)影像的DOM生產(chǎn)，也可以根據(jù)該軟件的優(yōu)缺點(diǎn)僅利用該軟件進(jìn)行部分工序的生產(chǎn)，同時(shí)結(jié)合其他航測(cè)軟件協(xié)同作業(yè)。