基于VirtuoZo NT系统制作正射影像DOM方法的研究

李敬园，朱军桃，王岩

(桂林理工大学土木与建筑学院，广西桂林 541004)

基于VirtuoZo NT系统制作正射影像DOM方法的研究

李敬园∗，朱军桃，王岩

(桂林理工大学土木与建筑学院，广西桂林 541004)

基于VirtuoZo NT 3.6采用批量建模，根据已有地图制作特征文件，在立体模式下进行人机交互式作业制作DEM，再生成DOM。有效利用已有资料，减少了建模的繁琐操作，提高工作效率；特征文件的引入与立体模式下人机交互作业，从而提高精度。

批量建模；特征文件；DEM；DOM

1 引 言

数字正射影像图(Digital Orthophoto Map，DOM)，是对摄影数字相片进行数字微分纠正，并根据相关参数与数字高程模型DEM，而生成的具有地图几何精度和影像特征的图像。DOM具有与传统线画地图不可比拟的精度高、信息丰富、直观逼真、成图迅速、获取快捷等优点，已被广泛应用到测绘、气象、国土和矿产等国民经济许多行业。同时，也为政府部门进行城市规划和新农村建设提供实时、准确、有效的参考数据。目前在生产作业中比较常用的数字摄影测量系统有:美国的DAMCS (Digital Automatic Map Compilation System)，Helava的DPW(Digital Photogrammetric Workstation)，原德国Zeiss厂的PHO－DIS，我国原武汉测绘科技大学的VirtuoZo NT，中国测绘科学研究院的JX4等。

在进行正射影像制作中，立体模型像对的建立、相对定向、绝对定向是非常繁琐的过程；影像匹配特征线的制作是非常麻烦的。本文主要介绍基于 VirtuoZo NT3.6数字摄影测量工作站采用批量建模、引入特征文件等方法来制作数字正射影像，从而更好地利用已有资料，提高工作效率，提高精度。

2 正射影像数字微分纠正

数字微分纠正是利用相应的构像方程，按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获得正射影像，这个过程是用数字的方法将影像化为很多微小的区域逐一进行。其基本任务是实现两个二维图像之间的几何变换。

在纠正中首先确定原始图像(x、y)和纠正后图像(X、Y)之间的几何关系:

公式(1)是由纠正后的像点P坐标(X，Y)出发反求在原始图像上的像点p的坐标(x，y)这种方法称为反解法(或称间接解法)，而公式(2)则反之。由原始图像上像点坐标(x，y)解求纠正后图像上相应点坐标(X，Y)，这种方法称为正解法(或称直接解法)。从原理上说，数字纠正是点元素纠正，但在实际的软件系统中，几乎无一是逐点来解求像点坐标，而均以“面元素”作为“纠正单元”。

3 正射影像的制作

3.1 技术流程

DOM制作主要分为影像的定向、影像纠正与镶嵌、图幅编辑和整饰、打印输出4个阶段，整个流程如图1所示。

图1 技术流程

3.2 DEM和DOM获取

(1)定向与重采样

VirtuoZo NT 3.6具有批量处理功能，在自动空中三角测量软件Geolord－AT中对影像进行三角加密，计算出外方位元素。在VirtuoZo NT 3.6中进行批量处理，这样简化了建立模型、内定向、绝对定向、生成核线的繁琐操作过程。作业流程如图2。

图2 批量处理流程

相对定向:相对定向是以同名射线对对相交为理论基础；即同名射线S1a1和S2a2与摄影基线B共面，根据矢量关系，三矢量共面，他们的混合积为零得:

用于求解相对定向5个方位元素。

绝对定向:就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标。根据三维空间相似变化可得:

其中，(Xtp、Ytp、Ztp)为模型点的地面摄影测量坐标，(XP、YP、ZP)为同一模型点的摄影测量坐标，λ为模型缩放比例因子a1…c3为坐标轴系3个转角Ω、Φ、K计算出来的方向余弦，△X、△Y、△Z为坐标原点的平移量，利用地面控制点解求绝对定向元素时，地面摄影测量坐标为已知，将上式线性化引入7个绝对定向元素就可以求解绝对定向元素。

我们知道，相对定向、绝对定向是根据已有条件求外方位12个元素，然后进行同名像点的匹配。对于VirtuoZo NT 3.6来说，当我们在Geolord－AT中求解出来时，就可以采用批量处理，来减少繁琐的操作。同时，相对定向、绝对定向都具有人机互换的功能，可以根据设计需要来删除或修改同名点位使之符合精度要求。

生成核线影像:只有进行绝对定向，划定工作区域后才能够生成水平核线影像，未进行绝对定向生成的是非水平核线影像。

(2)DEM的制作与视差编辑

利用特征点、线与立体模式下编辑生成的DEM，精度高，并且简单，这种特征点、线的量测由两种方法。第一就是利用已有地形图制作特征文件.dxf；(如高程点，道路，水系，地界等)按层转换成特征点线，直接利用这些特征点、线数据构TIN生成物方DEM。第二就是在测图模块下采集特征向量，构建TIN生成物方DEM。

特征文件就是在已有地形图的情况下，对原有地形图进行编辑，生成能够放映原始地貌特征的点、线，如高程点，等高线，道路，水系，地界等，删除地物符号和字符信息，把这些特征地物放到DEM Make能够识别的 11 000图层中。VirtuoZo NT 3.6中运行 DEM Make模块方便的引入所建的特征文件.dxf。引入特征文件进行自动规划，创建三角网，装载立体模型，在立体模型下对特征文件进行编辑，生成DEM。

DEM Maker是一个交互式编辑的模块，在特征文件与立体模式对DEM编辑中要注意:

①首先要检查特征点线是否贴近地面，是否与现有地形特征吻合，对于下沉或提高的特征点线，要在立体模式下进行编辑，使特征点线达到与实地符合。

②几种重要地物，地貌的量测

阶梯或梯田状:当地貌在高差大于0.5 m，上下都要量测，上坎测至边缘，下坎线测至坡角线位置，坎如果是弧形走势也要加测特征线，这样生成的DEM点不至于深陷或浮起。

道路:道路两边要量测特征线如图3；盘山公路要顺着山势量测道路两边。

图3 梯田与道路

图4 雨裂、冲沟(红线是U，绿线是V)

雨裂、冲沟:雨裂和冲沟要量测断裂处的边界和沟下，若沟底有宽度，那么沟底两边都要量测，这样在生成曲线时呈“U”形或“V”形，如图4。

桥:在量测桥梁时，桥两端的道路特征线应测至桥头为止，在桥头拐弯时，应与沟边特征线对齐，不准横穿桥，桥下的地面特征线必须横穿桥梁，这样生成的DEM点会紧贴地面，由于桥梁不参加构网，所以可选定一定的特征代码，用闭合的多边形来测定其边界线将桥包围，构网时不予考虑。

水域:在量测湖泊，池塘等水域时，其水涯线的量测一定要使其高度控制在一个高程中。

对于丘陵地和山区画出范围，在DEM Make模块下根据已有特征文件和在立体模式下量测特征点、线，共同来构TIN生成DEM，再将编辑好视差曲线的平坦地区像方DEM导入，即可得到完整的DEM。运用DEM Make的优点:

①提供从自动到半自动到手工一整套生成DEM的方法；

②以图幅为单位生成DEM，不在以模型为单位；

③特征点、线生成DEM，既可充分利用线划量测结果，又可提高精度；

④作为自动匹配生成DEM的补充，它为手工、全自动、半自动等多种方式混合作业提供了可能，从而提高了自动匹配的通用性。

⑤带特征的区域自动匹配，将进一步缩短作业时间，提高工作效率。

(3)DOM的获取

通过特征点、线和立体模型下对构建的TIN进行检查，对那些匹配不合理、错误、不可靠的点，进行人工判断并编辑，使得这些点切准地面匹配到正确位置；便可生成DEM。

DEM建立后就可以进行DOM的制作，VirtuoZo NT 3.6中DOM的生成也有2种方法:①首先生成单个模型的DEM，然后制作单个模型的DOM，最后对多个模型的DOM进行镶嵌拼接成整个测区的DOM。②首先将多个模型的DEM生成一个模型的DEM，然后在该DEM模型的基础上生成整个测区的DOM。

4 正射影像的制作

DOM完成镶嵌拼接后，就要根据出图要求进行处理，使正射影像符合出图要求包括:

(1)由于航摄相片感光色调不一致，测区图像色差、清晰度、无缝拼接都存在着一定的难度，需要利用相应的图像处理软件如Photoshop进行匀色处理，使色调一致。不同单张航片再另行处理

(2)在航拍时，由于相片航向重叠度都大于60%，所以在生成正射影像时可以对航向进行奇数、偶数分别成图:如1－3－5…，2－4－6…生成正射影像，然后对其进行叠加，以保证裁剪正射影像的变形和接缝。

(3)在进行接边缝处理时，要选择灰度明显的地物，避开重要地物和阴影，沿地物交接处剪切。

(4)出图时，由于正射影像有坐标信息，我们可以根据测区左上和右下角的坐标信息来定测区的大小，在VirtuoZo NT 3.6产品头廓整饰中方便进行。

5 结 论

正射影像制作完成以后，可以用套合在数字线化图DLG进行检核。在制作DOM的时候采用坐标信息，可以把正射影像镶嵌到CAD中进行规划量测，同时，采用特制文件能很好地模拟出地表高程信息，因为它具有丰富的影像信息和几何信息，可以作为数字城市和4D产品的重要来源。更好地为建设规划服务。

[1]全数字摄影测量系统—VirtuoZoNT使用手册.武汉:适普软件有限公司，2003

[2]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学.武汉:武汉测绘科技大学出版社，2002

[3]王之卓.摄影测量原理.武汉:测绘出版社，2007

[4]李志林，朱庆.数字高程模型.武汉:武汉测绘科技大学出版社，2000

[5]王佩军，徐亚明.摄影测量学.武汉:武汉大学出版社，2008

A Research of the Method to Produce Positive Photography DOM Based on VirtuoZo NT System

Li JingYuan，Zhu JunTao，Wang Yan
(Civil Engineering college of Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

This paper is mainly about the way to make DEM based on VirtuoZo NT3.6 with batch modeling，in accordance with established signature file of map production in the three－dimensional model of human－computer interactive operation carried out under the production of DEM，and then to generate the DOM；effective use of existing data to reduce the tedious modeling operations and improve work efficiency；use of the signature file into human－computer interaction and three－dimensional mode operation，thereby increasing precision.

batch modeling；signature file；DEM；DOM

1672－8262(2010)03－88－03

P283.8

B

2009—11—06

李敬园(1984—)，男，硕士研究生，主要研究方向:遥感与航空摄影测量。