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正射影像加速器DOM快速生產(chǎn)系統(tǒng)應用研究

鄭江榮1，汪俊宇2，喬振民2，江西善2

(1. 天寶寰宇電子產(chǎn)品(上海)有限公司,上海 200131; 2. 北京超圖軟件股份有限公司，北京 100015)

一、引言

國務院日前批復同意《全國基礎測繪中長期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》，明確了2015—2030年全國基礎測繪的發(fā)展目標和重點任務。在新形勢下，地理國情普查等測繪大項目接踵而至，這些大項目帶來了如下問題：工期緊，任務重，數(shù)據(jù)量大，這些問題迫切需要現(xiàn)有航測生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)進一步加速。

目前國內(nèi)主要的航空攝影測量與遙感的數(shù)據(jù)生產(chǎn)作業(yè)模式是單機模式。每個人一臺計算機，將區(qū)域范圍的測區(qū)按圖幅進行測區(qū)劃分，按人員和工作量進行劃分。該作業(yè)模式存在以下問題：單機作業(yè)模式存在大量分區(qū)和合區(qū)的工作量，并且在合區(qū)的過程中引入了接邊誤差；從文件服務器將原始數(shù)據(jù)進行來回傳輸耗費大量時間；現(xiàn)有很多單機航空攝影測量與遙感處理軟件在空三加密、DEM提取、編輯、鑲嵌勻色中需要大量的人工參與工作量，效率較低；采用工作站進行計算，相比服務器的計算能力相差較多；單機作業(yè)模式進行計算時，不能同時進行其他工作，耗費時間的同時浪費人工，不能實現(xiàn)項目的協(xié)同作業(yè)。

本文基于以上背景和實際生產(chǎn)的迫切需求，結(jié)合Inpho軟件分布式并行計算技術(shù)和戴爾刀片服務器系統(tǒng)搭建正射影像加速器解決方案，擬在實現(xiàn)Inpho高效率生產(chǎn)作業(yè)的基礎上再加速，尤其針對工期緊、任務重、數(shù)據(jù)量大的大型航空攝影測量項目。以某海島監(jiān)測項目約7000 km21∶2000比例尺DOM生產(chǎn)為例，研究航空攝影測量數(shù)據(jù)空三加密、DEM生產(chǎn)和DOM生產(chǎn)的方法和過程研究，針對海島監(jiān)測中的特殊項目需求提出針對性解決方案。

二、數(shù)據(jù)源和軟硬件環(huán)境

1. 數(shù)據(jù)源

測試選用某海島測區(qū)SWDC相機的5138張航空影像，數(shù)據(jù)覆蓋面積超過7000 km2。測區(qū)提供的數(shù)據(jù)源包括相機文件、影像文件、POS數(shù)據(jù)。測區(qū)特點主要為島嶼分散分布，為了保留海島礁的位置和真實性，需要保證所有海域部分的影像參與DOM制作。

2. 軟件環(huán)境

正射影像加速器的軟件部分主要包括：網(wǎng)絡資源集成系統(tǒng)：用于將網(wǎng)絡環(huán)境中的計算資源進行集成；任務管理系統(tǒng)：計算任務提交、分發(fā)，計算節(jié)點權(quán)限分配，任務處理控制；正射影像加速器處理系統(tǒng)：空三加密、DSM及DEM匹配和分類濾波、影像糾正、影像勻光勻色；分幅裁剪人機交互模塊：立體量測控制點、立體編輯DEM、拼接線編輯。

3. 硬件環(huán)境

本次的測試環(huán)境是超圖軟件基于DELL設備搭建的24 u的服務器環(huán)境，尺寸為1.2 m×0.6 m×0.6 m，以一臺服務器作為文件服務器，5臺服務器作為計算節(jié)點，采用服務器交換機連接服務器環(huán)境，存儲為3.5 TB的固態(tài)盤和8 TB SAS盤做RAID 0，充分保證數(shù)據(jù)讀寫效率。

三、數(shù)據(jù)處理

1. 空三加密

測區(qū)中海島呈不連續(xù)分布，在正射影像加速器中所有分散分布的海島測區(qū)建立在同一個工程中，采用每一個島嶼建立一個子區(qū)的方式，保證所有島嶼單獨進行空三加密，精度相互不干擾。在正射影像加速器中無須剔除島嶼周圍落水的影像， 從而使島嶼周圍海島礁能完整保留，即使無法匹配連接點(大面積落水影像從攝影測量原理上無法實現(xiàn)連接點自動匹配)，也能按照原有POS的位置保留該影像進行后期DOM的生產(chǎn)。

正射影像加速器的空三加密可進行全自動匹配連接點，匹配的結(jié)果無須進行連接點手工編輯工作，既消除了人工干預引入的人為誤差，同時又大量減少了人工工作量?？刂泣c量測部分可在立體下進行量測，從而保證空三加密的高程精度，保證空三成果可進行DEM和DOM的生產(chǎn)，同時可保證加密成果后期測圖精度。

空三加密采用4個節(jié)點進行空三加密相對定向，總計用時約7 h 20 min。空三加密成果如圖1所示。

圖1　空三加密成果

2. DEM提取

正射影像加速器基于以上空三加密成果進行DEM提取。本次DEM提取選用5個節(jié)點進行，提取過程用時11 h 7 min。分布式并行計算系統(tǒng)在進行DEM生產(chǎn)的過程中提供兩種地形提取方式：DSM自動提取和DTM自動提取。DSM可精細反映測區(qū)地表的高程信息，并將影像顏色賦給DSM點云，作為三維展示的低成本替代品。原有的DEM生產(chǎn)方式首先提取DSM，獲取高精度的植被和建筑物的輪廓和高程屬性，然后進行點云分類濾波，去除建筑物、植被和噪點，利用地面點內(nèi)插獲取測區(qū)DEM。另外也可采用自動提取DTM后分類濾波的方式進行DEM生產(chǎn)，通過調(diào)整分類濾波的策略濾除測區(qū)內(nèi)的人工地物和植被等，從而保證正射校正所用DEM的精度。

本文采用先提取DEM再進行濾波的方式進行DEM的生產(chǎn)。由于只有一個島上有大型建筑物存在，實際生產(chǎn)中對一個島嶼的DEM數(shù)據(jù)進行了分類濾波，濾除建筑物。

3. DOM生產(chǎn)

正射影像加速器根據(jù)以上空三成果和DEM濾波成果采用5個節(jié)點進行正射校正，獲取0.2 m分辨率的正射影像單片。正射校正結(jié)果數(shù)據(jù)量約3 TB，總用時約55 h。由于現(xiàn)場搭建的服務器系統(tǒng)是千兆網(wǎng)環(huán)境的網(wǎng)絡傳輸速度，因此在進行正射影像校正時使得數(shù)據(jù)傳輸速度受限， 如果采用萬兆網(wǎng)環(huán)境可大幅度提升正射校正速度。

基于正射影像單片進行全自動鑲嵌勻色和分幅DOM輸出，也可將任意大數(shù)據(jù)量的正射影像成果存儲為BigTIFF格式數(shù)據(jù)。本次勻色將每塊DOM存儲為一個BigTIFF中，鑲嵌勻色選用4個節(jié)點進行，每個節(jié)點平均用時約30 h。DOM成果如圖2所示。

圖2　DOM成果(某海島)

四、結(jié)束語

本次采用正射影像加速器系統(tǒng)進行7000 km21∶2000比例尺DOM生產(chǎn)，總計用時約7 d。在借助Inpho分布式并行處理技術(shù)和高性能的服務器計算環(huán)境下，在大幅減少人工工作量的同時可提升大數(shù)據(jù)量、區(qū)域范圍的DOM生產(chǎn)效率。正射影像加速器的空三加密部分可以在立體下量測控制點，從而保證空三加密的高程精度，相對于其他國外軟件只能平面量測控制點的方式，可保證空三成果不僅可以進行DEM和DOM的生產(chǎn)，還可以進行立體測圖。正射影像加速器采用先匹配DTM再分類濾波的方式獲取DEM，可在很大程度上濾除植被和建筑的同時保留自然地形信息。相對于原有人工編輯DEM方式，正射影像加速器DEM生產(chǎn)方式可減少大量人工工作量，但也需少量人工參與。

生產(chǎn)測試中正射影像加速器采用磁盤陣列方式和戴爾服務器內(nèi)的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和分布式并行計算技術(shù)，可大幅度提升正射影像生產(chǎn)的效率。但當前測試的網(wǎng)絡環(huán)境為千兆網(wǎng)環(huán)境，如果將交換機和傳輸網(wǎng)絡改為萬兆環(huán)境將進一步提升生產(chǎn)效率。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)

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