基于像素工厂的卫片正射影像图生产方法

王迎春

(安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230031)

1 绪言

数字正射影像图广泛应用于地理国情监测、土地监察执法依据、土地确权、秸秆禁烧、天地图矢量更新、空间格局变化监测和1∶10000基础测绘矢量化等。在制作DOM过程中，由于数据源的不同，技术条件和设备的差异，DOM的制作方法多种，主要包括全数字摄影测量方法、单片数字微分纠正、正射影像图扫描、遥感影像处理。随着遥感技术的提高和发展，利用高分辨率的遥感影像作为数据源来制作DOM的方法应用越来越广。

而像素工厂就是一套能快速处理海量卫片数据制作DOM的软件。像素工厂(Pixel Factory,简称PF)，由法国地球信息(INFOTERRA)公司研制开发的遥感影像处理系统,具有强大计算能力，多个计算结点，少量人工干预，自动化能力强，快速处理大面积海量数据的优势。

根据安徽省测绘局皖测[2018]38号《关于下达2018年度1∶10000基础测绘更新等任务的通知》文件，安徽省

第一测绘院承担了全省范围内利用卫星影像数据生产制作数字正射影像图任务。本文结合此任务分析已有资料情况、全省地理概况等，确定生产工艺和方法，利用像素工厂软件制作，确保快速、高效、高质量完成项目任务。

2 已有资料情况

安徽省辖区内的1∶10000 DEM、DOM数据现状以及收集能够利用作为影像制作的控点数据资料情况分析如下。

2.1 精细化DEM数据分析

安徽省精细化DEM，是利用机载LIDAR数据生产的1∶10000比例尺分幅DEM数据，格网间距为2 m ×2 m。

2.2 控制点数据分析

(1)控制点数据库：共有2 145个点。现势性差，分布不均匀，点位选取位置不好，利用率不高。

(2)2015年采集的外业控制点：个数为924个，现势性较好，可以作为正射校正的主要控制源。

分布情况见图1。

图1 安徽省控制点分布情况图

2.3 DOM资料分析

2017年分辨率0.5m DOM数据，其原始数据源是WorldView-2、WorldView-3和Geoeye-1三种类型卫星数据，可作为此次DOM制作精度检查时的辅助数据。

2.4 高分辨率卫星影像资料分析

本项目采用的卫星影像为多源、多时相类型数据。以景为单位提供，每景有对应的RPC参数。卫星影像传感器类型、代码及原始分辨率参见表1。本项目最终DOM成果地面分辨率为0.5 m和1.0 m两种。

表1 卫星影像分辨率对照表

3 精度指标

数字正射影像地物点相对于附近野外控制点的平面位置中误差平地丘陵地不得大于5.0 m，山地高山地不得大于7.5 m。明显地物点平面位置中误差的两倍为其最大误差。图幅接边误差平地丘陵地小于3个像素、山地高山地小于4个像素。

4 利用像素工厂制作DOM

像素工厂能够处理所有提供RPC参数的卫星影像数据，包括国内高分辨率卫星影像数据。通过增加卫星传感器严密物理模型模块，支持相应卫星传感器影像数据的高精度处理。流程图如图2所示。

4.1 数据导入

创建并定义项目后，导入原始影像数据及外部参考数据，外部参考数据包括数字高程模型数据、参考正射影像数据。

4.2 全自动空中三角测量

导完数据后，利用Bundle模块进行空三加密。空三处理包括连接点、控制点自动匹配、优化过滤。首先是自动匹配连接点，进行自由网平差，最终要求bias趋近于0，std在0.3 以内， Max在1以内，每张相片的平面stdxy 在0.7 以内，特殊相片可以略微放宽。轨道间连接点(BTP)不少于3个，多光谱和全色连接点不少于9个。

达到精度指标后转刺控制点，可先在整个区域分布均匀的选刺少量几个目标明确的控制点，进行平差计算，联合优化后，再导入其他控制点，预测位置就比较准确，基本在目标附近，再修测至准确位置。一般要求每景至少2～3个控制点，再基于参考影像匹配控制点，确保每张全色影像上GCP个数不少于10个。反复解算平差，直到满足项目要求的平面中误差和高程中误差(中误差对应std，限差对应max)，再输出空三结果。

4.3 影像纠正及融合

空三结果提交之后，利用数字高程模型分别对全色和多光谱影像进行微分纠正，利用PanSharpening模块把全色和多光谱影像融合，对融合后影像重采样，生产单景正射影像。

4.4 DOM拼接镶嵌及成果输出

利用Mosaic模块，自动计算生成拼接线，对拼接线进行必要的编辑，将拼接线主要选在道路边线、田埂、阴影等无纹理的区域，避开建筑物、云、雪等。

ExportImage模块支持导入或利用像素工厂制作输出网格批量的高效自动按照矩形、1∶10000标准分幅及不规则多边形(如县界)裁切成果，得到符合客户要求的分幅数据成果。

4.5 精度统计

DOM精度统计按16个地市分别进行，如表2所示。

表2 DOM精度统计表

4.6 利用像素工厂制作DOM特点

(1)能够处理所有提供RPC参数的卫星影像数据，包括国内高分辨率卫星影像数据。通过增加卫星传感器严密物理模型模块，支持相应卫星传感器影像数据的高精度处理。

(2)像素工厂包含了内嵌生产工作流机制，帮助用户在生产过程中查找相关任务。该工作流机制基于产品自动处理而设计，同时也保持了用户直接和工作流交互的灵活性，但对于初学者上手较慢。

(3)空三加密解算能力强、速度快，控制点和连接点的匹配效率高，基于参考影像匹配控制点能力强，同时可限定每张影像匹配控制点个数。但不可立体观测控制点。可以灵活地对海量数据进行全测区整体空三、分区空三及分区空三联网，保证全测区整体精度的一致性。同时提供空三图形界面灵活对整测区进行拆分和分测区进行合并。

(4)能够利用并行处理技术全自动生产高精度的数字表面模型(DSM)，具有对DSM编辑的功能，但不可立体修测DEM，编辑工作比较耗时，利用已有DEM数据才能体现快速的优势。

(5)像素工厂可以利用自动优选镶嵌线，实现了对正射影像的自动拼接。同时采用快视图和光谱库的方式进行大面积的匀色，既保证了整个测区色调的一致性，又保证了局部色调的真实性。对于大面积区域的处理更能体现该套系统的高效率和高质量。并可以多人同时编辑拼接线，能够节省时间，对完成加急任务有优势。

5 结论

像素工厂提供建立精密传感器模型，能够通过与传感器相匹配的参数调整来适应传感器，减少对控制点的需求量，所需控制点只需传统方式的1/6左右，得到高精度的影像成果。并可利用其并行计算技术结合工作流管理机制，合理的安排并行计算任务，将运算量较大的计算分割为多个子任务，有效的加快计算速度、提高节点的使用率。对在较短时间内本项目(任务量大、时间紧、精度高)的生产提供了技术支持，提高了我院在卫片DOM生产上的技术能力，为后期类似项目的生产提供了经验。