省級(jí)像控點(diǎn)影像庫的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

魏國忠，張 省，鄒松柏

(1．山東省國土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南250013;2．中國人民解放軍75719部隊(duì)，湖北 武漢430000)

一、引 言

采用數(shù)字航空攝影測(cè)量方法生產(chǎn)數(shù)字地形圖產(chǎn)品需要像控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，伴隨著數(shù)字線劃圖(DLG)、數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)三維產(chǎn)品更新周期的不斷縮短，對(duì)像控點(diǎn)的需要也越來越廣泛，為了向基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法進(jìn)行的三維產(chǎn)品快速更新提供像控點(diǎn)依據(jù)，減少外業(yè)像控測(cè)量工作，建立像控點(diǎn)影像庫顯得十分必要。

二、概 述

山東省“十一五”期間采用數(shù)字航空攝影測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了全省1∶1萬DLG、DOM、DEM產(chǎn)品的全覆蓋，期間產(chǎn)生的像控點(diǎn)成果也覆蓋了全省范圍，為了在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目中充分利用這些成果，為基于航天影像的DOM、DLG快速更新提供控制點(diǎn)依據(jù)及提高更新效率，設(shè)計(jì)并建立了山東省像控點(diǎn)影像庫。

像控點(diǎn)影像庫的建立主要包括以下步驟:①對(duì)可供像控點(diǎn)影像庫建設(shè)使用的已有成果進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定使用空三加密成果、像控點(diǎn)刺點(diǎn)片及坐標(biāo)文件、覆蓋全省范圍的0．5 m分辨率的DMC數(shù)字正射影像圖;②依據(jù)以上資料對(duì)像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);③開發(fā)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)管理于一體的像控點(diǎn)影像庫管理系統(tǒng);④使用像控點(diǎn)影像庫管理系統(tǒng)采集全省的像控點(diǎn)影像數(shù)據(jù)，完成像控點(diǎn)影像庫的建設(shè)。該像控點(diǎn)影像庫建成后，在省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新、地理國情普查等項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。

三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

1．像控點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

每個(gè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)包括3方面的信息:X、Y、Z三維坐標(biāo);基本屬性;像控點(diǎn)的影像。其中基本屬性主要包括像控點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、刺點(diǎn)位置描述、刺點(diǎn)者、檢查者、刺點(diǎn)時(shí)間、等級(jí)、附加高程等。像控點(diǎn)的影像包括原始數(shù)碼航攝影像、數(shù)字正射影像、像控點(diǎn)實(shí)地拍攝照片。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集功能

(1)空三成果采集

根據(jù)已有JX4、VirtuoZo AAT的空三加密成果，自動(dòng)裁切控制點(diǎn)(刺點(diǎn))原始數(shù)碼航攝影像(原始數(shù)碼小片)，其中像控點(diǎn)影像的大小可以進(jìn)行設(shè)置，如512像素×512像素。具有自動(dòng)批量采集功能，包括自動(dòng)識(shí)別JX4或VirtuoZo AAT的空三成果，采集后的信息包括所有空三模型涉及的數(shù)碼航攝影像及像控點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

(2)數(shù)字正射影像圖采集

根據(jù)像控點(diǎn)平面坐標(biāo)值、已有DOM數(shù)據(jù)自動(dòng)裁切以像控點(diǎn)為中心的正射影像圖，能夠設(shè)置采集分辨率、裁切尺寸、金字塔層數(shù)等參數(shù)，如果控制點(diǎn)在分幅影像的邊角處時(shí)，程序能夠自動(dòng)計(jì)算剩余影像部分所在的圖幅，并將剩余的部分補(bǔ)充完整。

(3)屬性信息采集

根據(jù)已采集的屬性文件(TXT或XLS格式，包含像控點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)值，點(diǎn)號(hào)等屬性信息)，通過屬性文件中的X、Y值與已經(jīng)從空三成果采集的X、Y值匹配，實(shí)現(xiàn)屬性信息與已采集信息的自動(dòng)掛接。

(4)手動(dòng)采集功能

手動(dòng)采集像片控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，如僅有外業(yè)像控刺點(diǎn)片、數(shù)碼航攝影像及像控坐標(biāo)的情況下，可以手動(dòng)采集像控點(diǎn)影像數(shù)據(jù)。

(5)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，應(yīng)具備較為完善的檢查功能，包括數(shù)據(jù)初查模塊及人工檢查模塊，初查模塊主要是檢查采集結(jié)果的完整性，包括數(shù)碼航攝影像、DOM、屬性信息是否采集完整;人工檢查模塊主要是檢查采集結(jié)果的正確性，包括數(shù)碼航攝影像與DOM、屬性信息的一致性等。

3．管理功能

(1)影像圖的快速瀏覽

支持大數(shù)據(jù)量影像底圖的快速瀏覽，方便查找像控點(diǎn)的位置。

(2)像控點(diǎn)信息瀏覽

可以方便地查看單個(gè)控制點(diǎn)的所有信息，包括同時(shí)顯示屬性信息及影像圖，以屬性表的形式瀏覽控制點(diǎn)的屬性信息。顯示該點(diǎn)所有采集到的數(shù)碼小片及正射影像，并能夠方便地查看這些影像，包括影像的放大、縮小、平移等基本功能。

(3)數(shù)據(jù)編輯與維護(hù)

支持對(duì)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)的基本編輯操作，包括添加、修改、刪除等。

(4)其他功能

像控點(diǎn)查詢、統(tǒng)計(jì)、導(dǎo)出功能，地圖顯示及視圖控制等基本功能。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)采集

1．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)分為兩大模板:數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)管理模塊，系統(tǒng)采用VC進(jìn)行開發(fā)，控制點(diǎn)數(shù)據(jù)以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)，并依據(jù)像控點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)值組合，按經(jīng)緯度1°×1°的格網(wǎng)進(jìn)行分文件夾管理，如圖1所示，每一個(gè)像控點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)(如39_5000454_40476068．txt)與影像數(shù)據(jù)(如39_5000454_40476068文件夾)分開存儲(chǔ)，同時(shí)將所有點(diǎn)建立一個(gè)索引文件(SD2000．index)。

圖1 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)圖

影像底圖使用2．5 m分辨率的DOM數(shù)據(jù)，通過建立多級(jí)金字塔影像及能夠滿足海量影像數(shù)據(jù)讀寫與漫游要求的二進(jìn)制文件尋址和定位的讀寫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量影像的快速顯示。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集

使用已有的空三加密成果自動(dòng)采集控制點(diǎn)的原始數(shù)碼航攝影像(如圖2所示)的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、Z坐標(biāo)、點(diǎn)號(hào)、空三加密區(qū)名稱等信息，根據(jù)采集到的X、Y坐標(biāo)值在DOM上自動(dòng)采集數(shù)字正射影像小片及其金字塔影像(如圖3所示)。根據(jù)紙質(zhì)刺點(diǎn)片、坐標(biāo)文件人工采集像控點(diǎn)的刺點(diǎn)位置描述、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)等信息，形成固定格式的文本文件，采集模塊根據(jù)X、Y坐標(biāo)值完成屬性信息與影像數(shù)據(jù)的掛接。

圖2 自動(dòng)采集的原始數(shù)碼航攝影像

圖3 自動(dòng)采集的正射影像

五、影像庫的應(yīng)用

基于已有像控成果，建成了山東省像控點(diǎn)影像庫，建成后的影像庫共包括約3萬個(gè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，約12萬張?jiān)紨?shù)碼航攝小片及3萬張數(shù)字正射影像圖小片，覆蓋全省陸地范圍15萬km2。建成的像控點(diǎn)影像庫已經(jīng)應(yīng)用于全省范圍0．5 m及2．5 m分辨率衛(wèi)星影像DOM數(shù)據(jù)的制作。影像庫的使用減少了外業(yè)像控工作，節(jié)省了大量生產(chǎn)成本，有效提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了已有像控點(diǎn)成果的數(shù)字化，有效地提高了像控點(diǎn)的使用效率。圖4為山東省像控點(diǎn)分布圖。

圖4 山東省像控點(diǎn)影像庫

六、結(jié)束語

建設(shè)完成的像控點(diǎn)影像庫具有以下特點(diǎn):①使用空三成果自動(dòng)采集數(shù)碼航攝影像，定位點(diǎn)準(zhǔn)確、規(guī)格統(tǒng)一、效率高;②采集多張?jiān)紨?shù)碼航片影像，具備立體觀測(cè)基礎(chǔ);③同時(shí)采集原始數(shù)碼航攝影像及數(shù)字正射影像;④按經(jīng)緯度坐標(biāo)網(wǎng)格組織、管理像控點(diǎn);⑤快速顯示高分辨率海量影像底圖;⑥支持自動(dòng)采集及手動(dòng)采集相結(jié)合;⑦提供多種數(shù)據(jù)檢查方式。

像控點(diǎn)影像庫的使用相對(duì)傳統(tǒng)外業(yè)實(shí)地獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)的方法，具有周期短、效率高的特點(diǎn)，可以為DOM制作提供地面控制點(diǎn)依據(jù)，在測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)等方面具有重要的作用和明顯的優(yōu)勢(shì)。像控點(diǎn)影像庫建設(shè)完成后，還應(yīng)建立動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，將多級(jí)比例尺的像控成果納入到影像庫中，同時(shí)新開展的外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量項(xiàng)目，像控點(diǎn)位置應(yīng)盡量選擇不易變化的區(qū)域，以提高像控點(diǎn)成果的重復(fù)使用率。

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