基于ADS80数据正射影像图制做的工艺流程介绍

郭涛 胡哲佳 崔正

摘要：本文以ADS80数据为依托，利用相关正射影像生产软件，详细介绍了数据处理的流程，首先用Xpro进行空三加密，其次，用Inpho进行DEM的自动提取，再次，在Mapmatrix下进行DEM编辑，最后，在EPT下镶嵌成图。可靠完善的数据处理流程为项目的顺利进行提供了基础和依据。

关键词：ADS80；Xpro；Inpho；Mapmatrix；EPT；DOM

中图分类号：C64文献标识码： A

正射影像图是以数字高程模型为基础，对航空或航天像片进行数字微分纠正、数字镶嵌，最后根据图幅范围裁切生成分幅正射影像图数据。Leica ADS80机载数字航空摄影测量系统集成了高精度的惯性导航系统和全球卫星定位系统，采用12000像元的三线阵CCD镜头，一次可获取前视、底视、后视的具有100%三度重叠且光谱特性较好的全色立体影像和彩色影像。高智能高精度的航摄系统，结合恰当的软硬件和完备的数据处理流程，在数据源获取与数据处理层面对超大批量正射影像的处理上，在保证精度的前提下能大大加快数据生产的效率。

一．系统简介

基于ADS80正射影像生产涉及到的处理软件包括：空三加密软件Xpro，DEM提取软件Inpho，DEM编辑软件Mapmatrix，DOM制做软件EPT。它们在各自功能上相互独立，在整个正射影像生产上又相互联系。

1．Xpro地面数据处理软件

Xpro地面数据处理软件是徕卡公司针对ADS80相机推出的空三加密软件，本文中主要用到的功能包括：用于检查评定原始航拍数据的质量，利用精确解算的POS数据进行初始的地理定位定向，利用外业像控点进行数字空三计算恢复每条扫描线每个像元的外方位元素，即生成精确的定向文件，最后输出前视，底视，后视的L1级全色影像和底视，后视的L1级彩色影像。

2．Inpho数字摄影测量系统

Inpho数字摄影测量系统是美国 Trimble公司旗下，由德国斯图加特大学阿克曼教授针对数字摄影系统的研究成果，其功能主要包括空三加密处理，DEM提取与编辑，数字地形建模，正射影像生产。本文主要用到的功能是利用L1级全色影像匹配生成DEM。

3．Mapmatrix采编一体化系统

Mapmatrix是武汉航天远景公司推出，可用于数字高程模型DEM，数字线划图DLG的生产，可以实现采编一体化。本文主要应用到的功能是对Inpho提取的DEM，在立体模型下进行编辑并按航线裁切，最后对L1级彩色影像进行数字微分纠正生成单航带正射影像。

4．EPT影像制做系统

易拼图软件也是武汉航天远景公司推出，可以对纠正后的单条航线进行整体匀光匀色，镶嵌线编辑，类似于PS的影像编辑功能，批量图幅裁切。编辑过程中所见即所得，方便了作业又提高了效率，尤其在大批量的生产作业中更显出其优势之处。

二．DOM处理流程介绍

1．利用Xpro进行空三加密

Xpro加密影像的步骤主要包括以下5项。

（1）航摄数据质量检查

对飞行质量进行检查，检查内容主要包括：滚动角，旋偏角，俯仰角是否在限差内；进出航线是符合要求；飞行时间，飞行高度是否符合要求。

对影像质量进行检查，检查内容主要包括：影像是否有过度曝光，是否有拉花变形，是否有云层雨雪遮盖。

（2）数据准备

首先对影像数据、处理后的惯性导航数据、元数据进行数据完整性检查，保证数据符合处理要求且无缺失；然后进行数据的预处理，生成直接地理定位定向的L0级影像和定向文件。

（3）像控点布设

由于ADS80高精度的POS数据和高清晰度的影像数据，可大大减少地面像控点的密度，大大减少地面外业的工作量。依据成图比例尺、摄区地形等情况，在测区内外均匀布设一定数量的像控点和检查点。

（4）空三加密

首先，利用自动点量测工具APM自动匹配生成大量的连接点；其次，人工在立体下量测像控点和检查点；最后，调用ORIMA模块进行约束平差，调整点的位置直至符合精度要求，更新元数据文件。

（5）输出加密成果及计算坐标转换参数

利用平差定向结果对L0级影像进行纠正，生成三个视角的L1级全色影像，用于后序的DEM提取和编辑，生成底视和后视的L1级彩色影像。

利用测区内具有WGS84和目标坐标系两套坐标的高等级控制点，应用布尔沙七参数模型计算该区域坐标转换七参数，应用曲面拟合方法计算高程改正参数，生成高程改正文件。

2．利用Inpho提取数字表面模型DEM

Inpho自动提取DEM精度较高，可大大减少立体编辑DEM的工作量，其步骤主要包括以下3项。

（1）新建工程

通常以一个测区为单位新建工程，引入三个视角全色影像和像控点文件，设置测区平均地形高，利用七参数和高程改正文件建立本地坐标系。在立体模型下量测像控点，检核加密成果是否合格，检查坐标系是否设置正确。

（2）提取DEM

根据测区类型和成图比例尺，分别设置DEM格网间距以及测区地形类型和提取时的匹配策略。特别注意，在大面积山区应选择较缓的匹配策略，避免山体被过滤；在较平缓的有大量高程建筑物的城区，应选择极端的匹配策略，将人工高大建筑过滤。在立体模式下浏览匹配的成果，不断调整匹配策略直至结果满意。

（3）格式转换

Inpho系统下匹配的DEM成果为点云las格式，可通过格式转换工具转换为统一的grd格式，再在Mapmatrix的格式转换工具下转换为其系统特定的dem 格式。

3．利用Mapmatrix编辑DEM

Mapmatrix编辑DEM的步骤主要包括以下3项。

（1）新建工程

在Mapmatrix下新建测区，设置坐标系、七参数、高程改正文件等参数，引入影像，创建立体像对，这时引入测区内的像控点坐标成果，检查数据的精度与影像的匹配质量，检查点的精度应满足相关规定。

（2）DEM编辑

将自动提取的DEM数据叠加加在立体影像上，进行精度检查。对DEM进行编辑时，要针对正射影像图的特点采取不同的精度标准。对有高大建筑物及道路的地区要仔细编辑，对陡坎等直立性地物要合理编辑，这些地方若DEM编辑不好，生成的DOM很容易变形，加重后期图像处理工作量。编辑时应考虑到DEM的误差对DOM精度的影响及与它所处像片的位置，像片边缘应仔细编辑，使DEM精度能够满足DOM成图精度的要求。

在立体模型上采集特征点、线，其位置应选在影像边缘清晰、最好是交叉点、转折点的位置上。采集的数据与DOM叠加精度应该一致。如有误差应检查DEM的精度并改正，保证DOM满足精度要求。

（3）单航线纠正

按航线裁切DEM ,利用数字微分纠正的方法，生成单航带影像。

由于编辑的DEM与实地差异造成的倾斜误差公式1：

………………………….公式1

其中，为检测点影像位移量；

为相对于纠正高程面的高差；

H为检测点的航摄高度；

L为检测点距航带中线的距离值。

由此可知，点距离航带中线越远造成的影像位移量越大，因此，通常情况下裁去航带两侧各10%的影像。

影像纠正后，需要用之前所测的检核线划确定有没有影像变形和位移，若有则需要重新回到立体模式下重新修编DEM.

4．利用EPT生成DOM

EPT下生成DOM产品主要步骤包括以下3项。

（1）匀光匀色

匀色要校正一幅影像内的色调不均，同时去除影像上的薄雾。在选择参考影像时，应大致浏览整个区域的所有影像，查看影像的亮度，对比度，色彩真实度、分布均匀程度等，其中对比度的强弱还决定着影像的纹理是否清晰。在确定比较好的原始影像后，利用影像处理软件分别对其进行色彩、亮度和对比度的调整。

（2）镶嵌线编辑

在EPT软件下，对单航线正射影像进行镶嵌裁切。镶嵌线要尽量避开建筑物、工矿设施、道路、管线等地物，尽量不要横穿面状和线状地物，要从颜色反差较大的地方画线，通过拼接线解决色彩的不一致，保证同一地块色彩一致。

（3）影像修补

在Photoshop软件下对于大型高层建筑物、高架桥等航线间的接边变形地物进行修补。

完备数据处理流程见图1 基于ADS80的正射影像制做流程。

总体处理流程如图1所示：

图1DOM制做流程图

三．案例分析

2013 年，我们承担了辽宁省农村集体土地确权登记发证工作抚顺测区11569平方公里1：2000DOM制做任务

1．工程精度要求

本次工程平面坐标为1980西安坐标系高斯三度投影坐标，高程系统采用1985国家高程基准。

区域网平差计算结束后，基本定向点残差、检查点误差、公共点较差满足精度方能提供下一工序使用，其最大限差要求如下表1所示.

表1 基本定向点残差、检查点误差、公共点较差最大限值 单位为m

成图比例尺 点别 平面位置中误差 高程中误差

1：2000 基本定向点 0.6 0.2

检查点 1.0 0.28

公共点 1.6 0.56

平面精度要求，平地、丘陵地明显地物点平面位置中误差为图上0.6mm，山地、高山地明显地物点平面位置中误差为图上0.8mm。

平面位置中误差的两倍为最大误差。

整个测区要求影像清晰，色调均衡，无明显像片拼接痕迹；镶嵌时要保证建筑物等实体的影像完整。

2．正射影像制做

接到任务，首先对项目要求和已有资料进行分析，确定技术路线，任务安排和质量控制措施。

（1）空三加密

首先，将整个项目区分为三个加密作业区，每个作业区为4000平方公里的矩形区域。由于接收到的航拍数据已经省测绘质检站验收，无需再进行质量检查，在每个加密区均匀布设像控点和检查点。然后进行约束平差计算，精度合格后输出L1级全色和彩色影像。

利用测区内全省B、C级点的坐标计算七参数和高程改正文件。

（2）DEM自动提取

建立即DEM提取工程，引入像控点检核坐标系设置是否正确。由于抚顺测区大部分为山区，故匹配策略应设置为山区，一般平滑即可，格网间距为2米。

（3）DEM编辑

对提取的DEM进行合理的修改编辑，尤其注意山脚下高程突变容易造成影像变形处。

用编辑好的DEM对RGB影像进行纠正，生成单航线DOM。

将航带两侧10%的影像裁去。

（4）DOM制做

使用全省统一匀色模板对整个测区进行匀光匀色处理。

在EPT软件下，对单航线正射影像进行镶嵌，消除色彩差距，修改影像变形。最后，按标准图廓进行裁切。

影像检查，并进行精度统计。

3．精度统计

（1）空三加密精度统计如表2所示：

表2：空三加密控制点精度、检查点精度、匹配点精度

所在区域 类型 检查个数 平面精度最大值（m） 高程精度最大值（m） 匹配精度

（像素）

A5区 控制点 11 0.29 0.20 1.3

检查点 4 0.47 0.28

B5区 控制点 9 0.31 0.21 1.5

检查点 5 0.48 0.30

C5区 控制点 8 0.33 0.21 1.5

检查点 4 0.49 0.30

（2）随机抽取测区内150幅DOM成果进行外业打点，内业进行精度统计，每幅图平面位置中误差均优于0.8m（图上0.4mm），且粗差率不超限，符合项目精度要求.

四． 结论

本次项目共投入作业员15人，检查员4人，作业历时45天完成。利用xpro, Inpho,mapmatrix和EPT进行ADS80数据的正射影像制做有以下优点：

（1）该工艺流程自动化程度高，大大减少了人员的干预，对于大批量正射影像生产可突显其优势之处。

（2）统计效率达到平均每名作业员每天完成14幅，远远高于传统方式的作业效率。

效率提高的原因一方面是Inpho下DEM提取的精度比较高，大大减少了立体下编辑的工作量；一方面是计算机扩大内存可以整条加载影像航带，比传统先裁模型的做法节省较多时间；另一方面，EPT具有photoshop相近的功能，大量的编辑功能可直接在EPT下进行操作，大大减少了photoshop编辑的工作量。

同时，该作业流程也有其劣势之处：

（1）效率提高对软硬件的要求也大大提高，这也意味着成本的增加。

（2）各作业工序之间的数据转换稍显繁琐，对管理者的理论和操作技能有较高的要求。

参考文献：

［1］李德仁，郑肇葆 解析摄影测量［M］北京: 测绘出版社，1992.

［2］袁修孝 辅助空中三角测量原理及应用［M］北京:测绘出版社，2001.

［3］Leica ADS80 Documentation.

［4］Leica_XPro_5.2_Manual.

［5］IPASTC_IPA_Manual.

［6］INPHO DTMaster 操作手册.

［7］MapMatrix4.0用户手册.

［8］EPT用户手册.

［9］CH 9008.3-2010-T 基础地理信息数字成果 1：500 1：1000 1：2000 数字正射影像图.

［10］GB／T 7930-2008 1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影测量内业规范