航空数字正射影像图生产环节的几项改进措施

摘要：根据全省历史遥感影像开放项目生产经验，对航空影像正射影像图生产过程中的各个关键技术环节、技术难点进行了论述，在野外像控点测量、区域网平差、影像镶嵌提出了几项改进措施，为正射影像生产提供一定的经验和借鉴。

关键词：区域网平差；数字高程模型；正射纠正；影像镶嵌

数字正射影像图在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用，无论是在导航地图［1］、国土空间规划［24］、城市管理与建设［5］、土地执法［6］、天地图平台建设等［7］，正射影像图都是一项必不可少的基础数据，也是测绘部门服务其他政府机构应用最为广泛的数据之一［810］，是测绘部门的管理模式从封闭型向开放型转变的有效途径之一［11］，尤其是高分辨率的航空摄影所生产的正射影像图［1214］，以其分辨率高、时效性强、效率高、获取方便等优势，已经成为正射影像生产中的主流渠道，随着轻小型无人机在国内外得到极大的重视和发展［15］，航空摄影的成本逐渐降低，效率逐渐提高，为正射影像生产提供了丰富的数据源和获取手段［16］。

DOM生产的任何一个环节，都不允许出现差错，否则直接影响最终的成果质量。因此，根据多年的正射影像图生产工作经验，以邯郸、邢台地区的航空影像数据为例，总结分享正射影像图生产过程中的各个关键技术环节、技术难点，对一些改进的技术方法进行了分析论述，为正射影像生产提供一定的经验和借鉴。

1项目概况

为进一步提升历史遥感影像数据的服务广度与深度，更好地支撑经济社会发展和我省自然资源事业。按照省自然资源厅地理信息管理处相关部署与要求，河北省第二测绘院承担了2023年度“全省历史遥感影像开放（第二期）”项目。本项目主要工作内容为对项目一期工作成果进行丰富与升级，包括收集河北省全省范围2011年至2015年五年遥感卫星及航空摄影影像数据资料，进行数据质量检查、加工处理等工作，将数据范围扩展到十年；进一步拓展和提升“河北省历史影像电子地图展示系统”平台功能，完善硬件支撑环境搭建，实现数据成果网络服务的发布。

根据项目需要收集了部分0.5米分辨率的测绘航空摄影数据，来生产正射影像图作为本项目的一种补充数据源。整个测区根据地形特点划分为4个分区，航线敷设方向为南北+东西向飞行；航带旁向重叠率20%～58%，航向重叠率57%～71%。飞行平台采用奖状CE550飞机，搭载UltraCamXpWA/50017114航摄仪和Applanix公司POSAV510惯性定位及定向系统。外业像片控制测量共采集平高点466个，检查点122个，共制作完成1：10000比例尺标准分幅969幅数字正射影像图，总面积为2.55万平方公里。下面将结合项目生产经验，阐述在正射影像生产过程中遇到技术难点及解决办法，为正射影像生产提供参考和借鉴。

2像控点的布设与测量

2.1像控点布设方案的确定

像控点外业出测前要根据相机曝光点的位置文件进行布点方案的设计：

（1）根据pos数据精度、影像质量和航摄比例尺，确定航向间隔基线数和间隔旁向数，在相机曝光点结合表中进行选点图的制作，首先，一定要考虑加密区外围的像控点不要缺失，布设的像控点尽量位于测区范围线以外，以达到有效的控制精度。其次，加密区重要的拐角处要有像控点，必要时可以布设两个控制点，以达到“双保险”的目的。

（2）在选点图中，尽量使像控点呈“品”字形布设，目的是网形更加“牢固”，提高整体精度。

（3）要布设一定数量的检查点，选点要求和测量要求同像控点，布设尽量均匀分布，数量可以按20%的比例，也可以根据具体实际情况进行选择。

2.2像控点的选点注意事项

像片控制点选取注意事项，总结以下几个方面：

（1）选取的位置要保证所有相邻相片上没有遮挡。选点时要将所有涉及的相片逐个查看是否有遮挡点位的现象，如果有则另选其他合适的位置。

（2）刺点的位置成像要清晰可辨，如果将位置选在了像大棚的底角处、小的机井房角，在影像上点位的成像不清晰，很难刺到准确的位置上。选择的点位除了要看实地情况外，还要重点查看在航片上的成像效果。除此以外，像门墩、有杂物堆积的房角、房顶有女儿墙的房角等不建议考虑。

（3）拐角不明显的路口不要选为像控点。交叉路口尤其是农村地区的大车路，拐角成不规则的形态，在影像上很难找到准确的位置，不建议选取，此外呈弧形的花坛、马路牙子、小于45度的地物尖角都不建议选用。

（4）成像不清晰的围墙角不要选取。由于为墙角高于地面，且在小比例尺相片上成像不清晰，不建议选为像控点。

（5）山区选点需要注意：尽量选择交通方便能够到达的区域；利用网络RTK进行测量作业时，像控点不要选择远离居民区的大山深处，尽量选择居民区周边等有网络信号覆盖的区域；如果不能避免选择了上述区域，可以通过缩小基线间隔，加密像控点的方式，将加密的像控点调整到能够到达和有网络信号覆盖的区域。

（6）野外测量。在通过网络RTK方式进行野外测量时，要达到固定解的状态时再进行测量，观测中仪器卫星截止高度角≥15°；有效同步观测卫星数目≥5个；PDOP值≤6；流动站的对中杆扶正，保证圆气泡居中；准确量取天线高；每个点至少测两个测回，测回测完后，要当场检查每个测回的较差是否小于5cm，否则要进行重测。

3区域网平差难点及解决办法

航空摄影测量定位采用多重叠航摄影像通过交会方法来计算地面目标点的三维空间坐标，区域网平差是实现计算地面目标点的三维坐标的重要途径，与传统空中三角测量相比，GPS辅助航空摄影测量能够减少野外工作量，使费用以及成图时间大幅度降低，区域网平差是以一幅影像组成的一束光线作为平差的基本单元，依据中心投影的共线方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，采用共线方程从而整体确定物方点位和每一张影像的外方位元素，使得模型之间公共点的光线实现最佳交会，进而按多片前方交会计算出加密点地面坐标的过程。

通过共线方程可知，要想解算出每张像片的六个外方位元素，至少要有四个已知点，但这些已知点不可能全部野外进行实测去获得，所以通过区域网联合解算的方法，加入少量的地面已知点，再加上POS数据提供初始的外方位元素，可以高效地解算出每张相片的外方位元素值，从而提高作业效率，这就是区域网的作用，区域网平差网型和精度的好坏直接影响着整个正射影像产品的绝对精度，是整个产品的数学基础。但由于受自由网网型连接强度、连接点提取质量、像控点质量等多重因素的影响，区域网的精度往往在实际生产中会遇到各种各样的问题，导致平差报告不能满足产品要求，下面介绍在区域网平差中遇到的几个问题和解决方法。

3.1连接点提取质量不高

连接点提取的数量是否充足、分布是否均匀、连接点匹配质量是否达到要求都会影响自由网的精度和质量。如果遇到该情况时，从以下几个方面入手，解决连接点提取质量不高的问题：

（1）查看影像纹理和亮度是否满足要求，是否存在影像曝光过度、过暗、纹理不清晰的情况，如果影像质量不佳，可以先通过匀色软件进行颜色的调节，使影像的色彩、纹理尽量保持一致，再进行连接点提取，会大大提高连接点提取的质量。

（2）如发现部分区域连接点数量太少，或分布不均匀，可以将存在问题的区域建立一个加密子区，把这个子区单独进行连接点的提取，这样会增加此区域的连接点个数，改善自由网的连接强度。

（3）采用两次连接点提取法。在连接点提取的设置选项中，先勾选GNSS和IMU选项，进行第一次提取连接点，然后取消勾选GNSS和IMU再进行第二次连接点提取，这样使用两次连接点提取法可以提高连接点提取的质量。

（4）通过人工加点的方式提高网型精度，在连接点稀疏的区域，如果通过以上方法均不能提取到连接点，可以采用手工加点的方式，均匀增加若干个连接点，以提高整个自由网的连接强度。

3.2判断区域网是否满足要求的方法

区域网平差结束后，如何准确地判断整个区域网的质量能否满足要求，是关系后续工作能否顺利开展的重要节点。

（1）查看自由网精度。通过查看联合线点图，勾选右侧属性栏的“联合线点”选项，可以查看自由网联合线点图，该图可以更加直观地反映每个连接点所连接的影像情况，如果某个区域出现线条稀疏，明显存在“漏洞”时，说明该区域连接点强度不够，需要按上文内容进行处理。此外，还要查看“联合线像片”界面，若个别相片出现没有线连接的情况，就要查看该相片上的连接点是否存在缺失，若缺失足够的连接点，就要采用上文的方式进行处理。

（2）查看平差报告。通过查看平差报告中的控制点/检查点、连接点的最大、最小和均方根误差值，查看其精度能否满足《数字航空摄影测量空中三角测量规范》（GB/T232362009）中表1《连接点对最近野外控制点平面位置与高程中误差》、表3《基本定向点残差、检查点误差、公共点较差最大限值》的规定值。如果各项误差指标均满足要求，则平差报告合格。

4影像镶嵌处理方法

镶嵌线编辑工作量大，需要多人参与，如何高效处理人员分工和人员之间接边的问题，是镶嵌线生产中的一个技术难点，采用以下方式，可以提高工作效率。

（1）假如有两名作业员，一名接边员，将单片纠正后的影像分别按任务进行分发给两名作业员，要保证有一条航带重叠，两名作业员分别在软件中生成镶嵌线并进行编辑，编辑镶嵌线工作完成后镶嵌输出整个区域的大块影像，最后两名作业员将生成好的大块影像交给接边员，由接边员在用两大块影像再生成镶嵌线并进行编辑，这样就完成了接边区域的接边工作，这样做的优点在于作业员各自生成自己的镶嵌线文件进行编辑，各自之间相对独立，互不影响，省去了数据交替拷贝等繁冗的中间环节。

（2）山区镶嵌线编辑。在山区，除了要考虑道路，房屋等人工地物不要出现错位以外，还要考虑通过编辑镶嵌线尽量消除山体拉花，通过修改镶嵌线走向，用其他邻片替换等方式消除山体拉花，这种做法的效率要远高于在修图软件中处理山体拉花的工作效率。

结语

本文根据项目生产经验，对航空正射影像图生产过程中遇到的技术难点、技术环节以及处理办法进行了论述，并提出了几项改进措施，经过项目的实际检验，这些方法在野外像控点测量、区域网平差、数字高程模型编辑、正射纠正、匀光匀色、影像镶嵌等航空正射影像图生产过程中可以解决技术难题，提高生产效率，为航空正射影像图生产提供经验和借鉴。

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基金项目：本论文为河北省自然资源厅2023年度财政项目，立项编号：13000023P006CA410209K

作者简介：宋占军（1984—），男，汉族，河北迁安人，硕士，高级工程师，主要从事方向摄影测量与遥感。