UCX在數(shù)字焦作1∶1 000航測成圖中應(yīng)用

黃韞韜,田慧杰

(河南省中緯測繪規(guī)劃信息工程有限公司,河南焦作 454000)

UCX在數(shù)字焦作1∶1 000航測成圖中應(yīng)用

黃韞韜?,田慧杰

(河南省中緯測繪規(guī)劃信息工程有限公司,河南焦作 454000)

數(shù)字航空攝影測量技術(shù)在3D產(chǎn)品生產(chǎn)與更新中的應(yīng)用日益廣泛,國內(nèi)外各種航攝儀產(chǎn)品的應(yīng)用也日益增多,UCX數(shù)碼航攝儀以其成像精度高、影像清晰、色彩真實等特點成為航空攝影測量的首選設(shè)備。本文結(jié)合“數(shù)字焦作”建設(shè)項目,以UCD航空影像為基礎(chǔ),探討了UCX航攝儀獲取的影像數(shù)據(jù)在制作3D產(chǎn)品中的應(yīng)用情況,結(jié)果表明: UCX在GSD為0.1 m的情況下,其攝影測量的幾何精度可滿足1∶1 000航測成圖規(guī)范。

UCX;攝影測量;焦作測區(qū);3D產(chǎn)品

1 引 言

航空攝影測量是快速獲取地理數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段之一,是國家基本比例尺地形圖量測和更新及地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要資料源。自2008年國家測繪地理信息局下發(fā)了《關(guān)于全面加快數(shù)字城市地理信息空間框架建設(shè)試點與推廣工作的通知》(國測國字[2008]38號)以來,各地以通知中的“認(rèn)真做好以數(shù)字城市建設(shè)為核心的城市基礎(chǔ)測繪工作”為指導(dǎo),迎來數(shù)字城市建設(shè)的測繪重點和熱點;數(shù)字城市地理信息空間框架建設(shè)的基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建,航空攝影測量技術(shù)成為數(shù)字城市建設(shè)獲取基礎(chǔ)地理信息的主要技術(shù)手段[1,2]。

2012年“數(shù)字焦作”基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)制作工程得以立項,并進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)。該項目以數(shù)字航空攝影儀UCX的航攝影像為基礎(chǔ),制作焦作市城區(qū)162 km21∶1 000的數(shù)字線劃圖(DLG)、數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像圖(DOM)。本文結(jié)合該項目區(qū)探討了UCX在“數(shù)字焦作”建設(shè)項目中的應(yīng)用,并對其航測幾何精度進(jìn)行綜合分析與評價。

2 UCX數(shù)字航攝儀概述

UCX是目前較先進(jìn)的超大幅面數(shù)字航空攝影相機(jī),所有鏡頭都是水平、垂直對向?qū)γ?其傳感器單元由8個高分辨率的光學(xué)鏡頭組成,其中4個全色波段的鏡頭沿飛行方向等間距順序排列,間距為80 mm,另外4個多光譜鏡頭對稱排列在全色鏡頭兩側(cè),所有鏡頭都水平安置,垂直對向地面,多鏡頭同地點延時曝光;UCX所有鏡頭在同一姿態(tài)下曝光,得到一個完整的中心投影大幅面全色影像[2]。

UCX像幅內(nèi)所有的影像范圍都有很好的幾何精度,像片邊緣變形小,全部可用于實際測圖。UCX的相機(jī)分辨率達(dá)到了7.2 um,像幅面達(dá)到9 420× 14 430像素,地面最高分辨率可達(dá)2.2 cm,UCX與初期推出的UCD的相機(jī)參數(shù)對比如表1所示。

表1 UCD/UCX相機(jī)參數(shù)對比表

3 焦作測區(qū)概況

焦作市攝區(qū)位于河南省西北部,航攝區(qū)總面積325 km2,地貌類型較全,最低點為83 m,最高點為348 m,航拍時間為2012年4月,航片質(zhì)量清晰,同地物顏色基本一致。航攝具體參數(shù)如表2所示,航飛完成情況如圖1所示。

表2 航攝技術(shù)參數(shù)表

4 3D產(chǎn)品制作

4.1 作業(yè)思路

本項目在作業(yè)過程中,立體模型的建立采用全野外布點、單模型定向的方式,在控制點量測困難或特征不明顯的山區(qū)與大片田地,找不到控制點或所刺像控點不能用的地區(qū)采取空三加密方式建立立體模型,這樣兩種方式的結(jié)合,發(fā)揮了各自的優(yōu)勢,減少了外業(yè)的工作難度,提高了作業(yè)效率?？杖用懿捎昧薌eolord-AT自動空中三角測量系統(tǒng),單模型定向及1∶1 000比例尺3D產(chǎn)品的制作均在JX4全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)中進(jìn)行,DOM色彩調(diào)整以及變形處理等均采用Photoshop軟件[3]。

圖1 航攝完成情況圖

4.2 立體模型建立

(1)單模型定向過程包括內(nèi)定向、相對定向、絕對定向和核線重采樣,相對定向精度要求不低于5 um,絕對定向精度要求執(zhí)行表3的規(guī)范。

表3 絕對定向精度要求

(2)空三加密時模型定向限差設(shè)置:上下視差限差設(shè)為0.004 mm,模型連接限差為0.03 mm;自由網(wǎng)平差點間隔設(shè)為1,匹配點數(shù)不少于500點;加密點中誤差和絕對定向后基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限制執(zhí)行表4的規(guī)范。

表4 空三加密精度要求

4.3 立體測圖

在JX4攝影測量工作站矢量測圖模塊下,根據(jù)技術(shù)設(shè)計書和1∶1 000圖式要求進(jìn)行地物地貌的采集。對于影像清晰,能準(zhǔn)確判讀的地物地貌按規(guī)定圖層及符號準(zhǔn)確繪出,不能遺漏、變形和移位;若地物影像立體不明顯或?qū)Φ匚镂恢脹]有把握時,要標(biāo)注記號“A”留待外業(yè)補(bǔ)測處理?；赨CX影像基高比大、易且準(zhǔn)的特點,高程點盡可能內(nèi)業(yè)采集[4,5]。

4.4 DEM制作

(1)特征點線采集

為了提高DEM匹配格網(wǎng)點的精度,使利用DEM生成的DOM變形減少,需要根據(jù)地形特征提取必要的特征點線。特征點線采集時,測標(biāo)要嚴(yán)格切準(zhǔn)地面,特征線不能交叉;流動河流應(yīng)采集上下沿線,水涯線的高程變化應(yīng)和流向一致;采集靜止水面的特征線,應(yīng)鎖定高程進(jìn)行采集。

(2)DEM生成

為了提高相鄰像對DEM之間的接邊精度,避免后期生成的單像對DOM之間的接邊、修補(bǔ)等工作,采取了分大塊采集特征點線,利用其生成大塊DEM,再生成DOM的工作方法,大大提高了項目區(qū)DEM的整體精度和DOM制作的工作效率。

(3)DEM的編輯、接邊和拼接及分幅

DEM的編輯是套合立體模型,檢查點位是否切準(zhǔn)地面,檢查DEM是否真實反映地貌形態(tài)。城市地形起伏大的地區(qū)、建筑密集區(qū)、大面積水域及橋梁、涵洞等地區(qū)進(jìn)行重點編輯。DEM接邊誤差不大于2倍高程中誤差,并反復(fù)進(jìn)行修測,最終保證同名格網(wǎng)點高程一致。接邊完成后進(jìn)行DEM無縫拼接。DEM的分幅采用JX4G中DEM的批量裁切功能,分幅工作準(zhǔn)確快捷。

4.5 DOM制作

本項目采取了利用大區(qū)域DEM數(shù)據(jù)生成單像對DOM,該方法大大減少了DOM像對之間的接邊、變形、錯位等的修測工作量。再檢查單像對DOM中變形、錯位等現(xiàn)象,修測相對應(yīng)的DEM重新生成DOM,該方法雖然工作反復(fù),但保證了DOM的精度。DOM制作過程中發(fā)現(xiàn)UCX影像同一航線內(nèi)色調(diào)一致,接邊變形少,修測工作量也小[6,7]。

(1)DOM色彩調(diào)整

對于航線與航線之間單像對DOM的色調(diào)不一致現(xiàn)象,采取了先鑲嵌再在Photoshop中劃小塊進(jìn)行顏色調(diào)整的方法,該方法工作量大,技術(shù)要求高,但對DOM色調(diào)的整體一致性把握較好。

(2)DOM的鑲嵌和分幅

DOM的鑲嵌拼接結(jié)果取決于鑲嵌線位置的選擇,鑲嵌線應(yīng)盡量選擇線狀地物如道路、河流、田埂、地物的陰影等分界明顯的地方,避免從房屋、圍墻、樹木、池塘等高于地面的地物中間穿越,容易留下明顯的鑲嵌痕跡。DOM的分幅利用JX4G軟件的拼接勻光模塊中輸出功能,通過添加每幅影像的四角坐標(biāo),進(jìn)行批量分幅,過程中注意坐標(biāo)輸入的正確性,做到仔細(xì)認(rèn)真,保證分幅與DLG分幅完全對應(yīng),參見圖2的DOM與DLG的套合圖。

圖2 DLG與DOM套合

4.6 幾何精度驗證

為了驗證UCX的航測幾何精度,在外業(yè)利用GPS和全站儀隨機(jī)采集了矢量檢查點,并在JX4上采集對應(yīng)的矢量點,得到檢查點兩套坐標(biāo),其坐標(biāo)比較如表5所示。

表5 檢查點精度統(tǒng)計

5 結(jié) 論

通過檢測,項目成果中DEM格網(wǎng)點排列正確,文件格式符合要求;DOM影像接邊誤差為0,影像清晰、色調(diào)均勻、色彩平衡;DOM影像與DLG線劃圖套合較好;由表5的精度檢查點可知:在UCX的GSD為10 cm時,其攝影測量的平面幾何精度可達(dá)10.7 cm (1個GSD),高程精度可達(dá)15 cm(1.5個GSD),完全滿足1∶1 000比例尺地形圖的成圖需求[8]。

[1] 張祖勛.航空數(shù)碼相機(jī)及其有關(guān)問題[J].測繪工程, 2004,13(4):1～5.

[2] 張建霞,劉先林.航空數(shù)碼相機(jī)的種類與發(fā)展[N].2008 -6-30.

[3] 戴騰,張勇,楊華先等.UCD數(shù)碼相機(jī)影像在武漢測區(qū)的應(yīng)用[J].地理空間信息,2008,6(3):130～132.

[4] 鄧芳,劉政,李開軍等.UCD/UCX數(shù)碼相機(jī)在西南某地區(qū)航攝中的應(yīng)用研究[J].測繪,2007(3).

[5] 葉光明.數(shù)字正射影像圖的制作[J].城市建設(shè)理論研究,2012(10).

[6] 王建明.對利用UCX影像制作龍巖正射影像圖的探討[J].廣東科技,2011,10(20):196～198.

[7] 張建霞,王留召,王寶山.JX4系統(tǒng)處理數(shù)碼相機(jī)影像方法研究[J].測繪科學(xué),2007(3).

[8] GB7930-1987.1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

The Application of UCX Camera in Air Surveying Mapping for Jiaozuo Photography Zone With the Scale of 1∶1000

Huang Yuntao,Tian Huijie
(Henan Province Zhongwei Surveying and Planning Information Engineering Co.,Ltd,Jiaozuo 454001,China)

With the increasing application of the international all aerial digital camera products,the application of the digital aerial survey becomes increasingly pronounced in production and renew of 3D products.UCX camera is of first equipment based on its advantages of high precision image,high resolution image,and real colorful image.On the basic of constructive project of digital Jiaozuo,this paper studies the virtual application of 3D product making avail of UCD image data based on UCD camera.The result of that test demonstrates that the geometric precision of UCD can meet the need of air survey mapping regulation with the scale of 1∶1000 based on the GSD of 0.1m.

UCX;air survey;Jiaozuo photography zone;3D product

2013—12—20

黃韞韜(1977—),男,工程師,主要從事城市測量與航空攝影測量。