一種利用歷史空三加密成果制作DOM的方法

吳洪憲，廖玉祥

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

近年來，廣東省開展了兩次覆蓋全省范圍的高分辨率航空影像DOM 制作項目，其中2015 年廣東省高分辨率航空影像數據建設項目（以下簡稱“舊高分項目”）成果已經廣泛應用于農村土地承包經營權和第三次全國國土調查等重大項目。目前正在開展的優(yōu)于0.2 m 分辨率航空遙感影像DOM 制作項目（以下簡稱“新高分項目”），生產的DOM 成果除了要達到1∶2 000 DOM 制作相關技術規(guī)范要求外，還需要檢查其與舊高分項目影像成果的套合精度情況，以保障利用新、舊高分項目影像成果采集的矢量要素成果的可用性。為了滿足上述要求，減少外業(yè)像控測量的工作量，創(chuàng)新工作方式方法，研究提出了一種利用歷史空三加密成果進行空三定向并制作DOM 的方法，結果證明該方法切實有效。

1 使用軟件介紹

1）Inpho。Inpho 全數字攝影測量系統由世界著名的攝影測量專家Fritz 教授于20 世紀80 年代在德國斯圖加特創(chuàng)立。經過30 多年的發(fā)展，Inpho 在框幅式相機（膠片相機、量測/非量測數碼相機）航空影像空三加密、DTM 提取、正射校正和鑲嵌勻色處理中具有無以比擬的優(yōu)勢。Inpho 主要有如下優(yōu)點:①高精度的空三加密模塊，便捷的空三分區(qū)操作；②分布式處理與多線程多線程并發(fā)運算；③可由DSM直接生成DOM[1]。

2）DPGrid。DPGrid 是武漢大學遙感信息工程學院張祖勛院士主導研發(fā)的航空攝影測量、無人機航測的綜合應用平臺，主要有如下優(yōu)點:①空三完成后的DSM、DEM、DOM 可以一鍵式自動化完成，具有良好的互操作性，具備DEM 與DOM 同步編輯功能；②各種功能可以定制；③與現有立體測圖設備及軟件結合緊密[2]。

2 技術路線和方法

在舊高分項目已有空三加密成果（即歷史空三加密成果）的區(qū)域，利用2019 年獲取的數字航空影像與初始外方位元素進行自由網平差，恢復像片的空中姿態(tài)。結合舊高分項目的航空影像和空中三角測量成果，與對應區(qū)域的新高分項目航空影像數據和自由網平差結果進行影像目視判讀，按照一定的點位要求，手工量測兩期影像中特征明顯的同名地物點，作為新高分項目影像的內業(yè)加密像控點。在舊高分項目空三中平差計算出內業(yè)加密像控點的三維坐標，再將內業(yè)加密像控點作為外業(yè)像控點導入新高分項目空三中進行區(qū)域網平差，以獲取新高分項目航空影像的精確外方位元素?？杖瓿珊?，利用空中三角測量成果進行影像密集匹配，點云濾波，生成數字高程模型，再對航空影像進行微分糾正，完成影像鑲嵌成圖，具體作業(yè)流程如圖 1 所示[3-4]。

圖1 利用歷史空三加密成果進行新空三定向并生產DOM 的方法流程圖

3 實驗區(qū)概況

實驗區(qū)位于廣東省韶關市、南雄市和仁化縣交界處，地形類別為丘陵地、山地。舊高分項目影像采用UCE 航攝儀攜帶IMU/GNSS 獲取的16 條航線、共857 張片，新高分項目影像采用DMC 航攝儀攜帶IMU/GNSS 獲取的11 條航線、共569 張片，兩次航線近似平行。具體航攝參數如表 1 所示。

表1 實驗區(qū)新、舊高分項目航攝參數對照表

舊高分項目影像按照航向跨度10 條基線、旁向跨度2 條航線布點方案，結合實際地形地貌情況、角隅點布設雙點，布設基本定向點62 點、檢查點12 點。新高分項目影像按照航向跨度20 條基線、旁向跨度4 條航線內業(yè)布點方案，均布設為雙點，布設基本定向點48 點，檢查點31 點（剔除實地已發(fā)生變化的舊高分項目外業(yè)像控點）。具體分布情況如圖 2 所示。

圖2 實驗區(qū)新、舊高分項目像主點、像控點布設情況

4 實驗步驟

4.1 空三工程合并

利用新高分項目原始航空影像、POS 數據和相機參數等在Inpho 中進行新高分項目空三自由網平差計算，提取像片連接點。再將新高分項目影像空三工程合并到舊高分項目影像空三工程成果里[5]。

4.2 內業(yè)加密像控點選取

合并后的空三工程經檢查無誤后，進行2 個工程公共連接點的選取，如圖 3 所示。手工量測兩期影像中特征明顯的同名地物點，作為新高分項目影像的內業(yè)加密像控點。

圖3 在Inpho 中選取新、舊高分項目影像的公共連接點

內業(yè)加密像控點選取原則:①同一位置選擇2 個公共連接點，避免只有一個點的情況下偶然誤差過大；②沿航飛方向每條航帶上間隔約20 條基線選取公共連接點，垂直航飛方向上每間隔約4 條航帶選取公共連接點；③公共連接點要選在2015 年和2019 年像片重疊度高的區(qū)域；④邊界航帶要打在航線外側，航帶拐角處要打公共連接點。按照以上原則，重復上述操作，直至滿足內業(yè)控制點布設要求。

4.3 內業(yè)加密像控點的導出

兩期影像公共連接點添加完成后，在合并的空三工程中移除2019 年航空影像和航帶數據，進行區(qū)域網平差計算，對不滿足精度要求的點重新調整點位直至滿足要求，然后導出空三平差結果，并從中提取2019 年空三所需的內業(yè)加密像控點坐標。

4.4 內業(yè)加密像控點的導入

在已進行自由網平差的2019 年空三工程中，導入舊高分項目外業(yè)實測像控點作為檢查點（剔除實地已發(fā)生變化的舊高分項目外業(yè)像控點），將上一步提取的內業(yè)加密像控點作為空三加密像控點導入到2019 年空三工程中，如圖 4 所示。在工程中反復調整內業(yè)加密像控點點位并進行平差計算，直至空三平差精度滿足要求。至此，利用舊高分項目空三成果對新高分項目空三進行加密完成。

圖4 2019 年空三工程中的內業(yè)加密像控點分布情況（局部）

4.5 DOM 制作

新高分項目空三完成后，利用空三成果在DPGrid中進行影像密集匹配，點云濾波，生成數字高程模型，再對航空影像進行微分糾正，完成影像鑲嵌成圖[6-8]。

5 結果和分析

實驗區(qū)采用手工添加的內業(yè)加密像控點作為基本定向點，進行IMU/GNSS 輔助空中三角測量及精度檢測，基本定向點、檢查點（剔除實地已發(fā)生變化的舊高分項目外業(yè)像控點）精度統計如表 2 所示。

通過舊高分項目外業(yè)像控點對實驗區(qū)新高分項目IMU/GNSS 輔助空中三角測量成果的檢核結果可知，檢查點的平面位置較差中誤差為0.27 m、最大較差為0.84 m，滿足規(guī)范中對空中三角測量檢查點平地、丘陵地平面位置最大較差1.4 m 的要求；高程較差中誤差0.39 m、最大較差0.89 m，滿足相關規(guī)范中對空中三角測量檢查點丘陵地高程最大較差1.0 m 的要求。

利用2019 年外業(yè)實測點進行新高分項目DOM 成果的絕對精度核查，利用舊高分項目DOM 成果進行新高分項目DOM 成果的套合精度檢核，精度統計如表 3 所示。

表 2 實驗區(qū)新高分項目空三基本定向點和檢查點的精度統計表

表3 實驗區(qū)DOM 成果絕對精度和套合精度統計表

通過實驗區(qū)新高分項目DOM 成果的絕對精度檢核情況可知，采用歷史空三加密成果進行新空三定向制作DOM 的作業(yè)方法得到的正射影像成果絕對位置精度為0.50 m，優(yōu)于平地、丘陵地平面位置中誤差限值1.2 m 要求，且無明顯系統粗差點，能滿足1∶2 000 DOM 精度要求，可用于實際生產。

通過新高分項目DOM 成果與舊高分項目DOM 成果的套合精度可知，平面位置中誤差為0.40 m（2 個像素），整體套合精度較好，這樣可保證前期基于舊高分項目DOM 成果采集的矢量數據成果可較好地疊加在新高分項目DOM 成果上，從而大大減少因兩期或多期影像底圖套合問題，減少對矢量數據邊界進行調整修改的工作量。

6 結 語

高分辨率的航空影像在自然資源規(guī)劃管理和基礎測繪工作中，發(fā)揮重要信息參考和決策支持作用。秉持繼承歷史、節(jié)約資源的原則，實現高分影像的持續(xù)聯動更新，切實保障基礎地理信息數據庫的現勢性、繼承性，為地理信息服務工作提供長期有效的數據保障是一項十分重要的工作。本文提出的一種利用歷史空三加密成果進行新空三定向并制作DOM 的方法，既可以節(jié)省大量的外業(yè)像控測量工作，也可以保持區(qū)域內新生產的高分影像成果與往期高分影像成果的相關性和延續(xù)性，使得往期的矢量數據成果可快捷準確地疊加在新生產的高分影像成果上，無需做大量的矢量數據邊界范圍調整和修改工作，對高分影像的生產具有很好的參考和借鑒意義。