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正射影像如何利用DEM进行处理和制作?

日期: 2018-11-28
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近几年来,全数字摄影测量技术已日趋成熟。作为“4D”产品之一的数字正射影像同时具有几何精度和影像特征,其优点是相对精度高、信息丰富、直观真实、周期短、成本低。它为全方位的更新数字化地形图提供了一条新思路。

 

正射影像是指将中心投影的像片,经过纠正处理,在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像。传统摄影测量方法生产飞正射影像精度高,但首先要求航空摄影、航片洗片、扫描数字化,还要有准确的外业像片控制成果和进行内业像片控制点加密以及在全数字摄影测量系统上进行像片纠正处理等。

 

随着国家对基础设施建设力度的加大,用于城市规划、建设和管理的城市大比例尺地形图需求量增多,且对地形图现势性要求也日益提高。为了使城乡建设管理更加规范化、精确化、信息化,更好地为社会发展和国民经济建设服务,作为城市建设的基础测绘资料大比例尺地形图的更新工作就显得尤为重要。从我国目前发展情况看,各大城市都已淘汰模拟地形图,基本完成了对地形图的全面数字化,建立了基础地理信息数据库。若想对现有数字化地形图全面更新,利用以往的更新地形图方法,无论从更新的生产周期方面(其更新速度远远赶不上地形要素的变化速度),还是从更新所需成本来看(其经费相当可观).都难以满足城市发展的需要。

 

所以,利用当前以3S技术为代表的数字化测绘新技术,选择新方法更新地形图已迫在眉睫。数字化地形图把地面实况分为水系、交通、居民地、地貌、植被和境界等几大类别。就城市的发展状况来看,地物要素的变化主要集中在交通、居民地和植被三个方面。而地形地貌一般变化缓慢,多数地区不必更新,可保持原来的地形数据。所以不需要把地形图更新工作建立在立体模型下进行数据采集,而是在原有的数字化矢量图的基础上,叠加现有的正射影像图,直接更新变化的地物要素。实践证明此方法可行,且事半功倍。

 

一、数字正射影像图的制作原理


目前,制作数字正射影像图通常使用两种纠正方法:非基于DEM的纠正方法和基于DEM的纠正方法。

前者与光学纠正仪的原理一样,只是操作的过程移植到计算机上,所处理的对象变成了数字影像而已。这种方法操作简单、速度}央,但精度不高,而且只能用来做平地的正射影像图。

基于DEM的纠正又分为两种,一是单片纠正,二是全数字摄影测量方法。如果某个测区已经有DEM数据,即可使用单片纠正法。就目前来看,DEM还没有覆盖大部分区域,因此很多生产单位都使用全数字摄影测量方法。全数字摄影测量方法利用全数字摄影测量系统,首先根据影像纹理配成立体像对,生成数字高程模型,然后对每一个像元根据其高程进行数字微分纠正,生成正射影像图。

使用这种方法能保证成果的质量,但它的成图周期相对较长,对作业员的综合素质要求比较高,作业员应该对全数字摄影测量系统比较熟悉,而且应该了解计机图形图像处理方面的知识这里主要就全数字摄影测量系统生产数字正射影像图进行一些介绍。


二、数字正射影像图的生产流程

全数字摄影测量系统生产DOM大致的步骤如下:

1)定向包括内定向、相对定向、核线重采样和绝对定向。

2)生成DEM根据影像纹理,计算机自动生成一定密度的数字高程模型。

3)生成DOM根据DEM,生成一定分辨率的DOM。

4)影像镶嵌制作所需的图廓,并根据图廓镶嵌和裁切正射影像图。

5)影像调整用图像处理软件对影像进行处理,使DOM达到最佳的视觉效果。

6)用图像处理软件把DOM、图廓导入,加上必要的注记,便是一幅完整的数字正射影像图。


三、数字正射影像图的评价标准

正射影像图的制作原理和过程都是比较简单的,但是要真正做好它却并非易事,应该保证作业嵌和作业中的每一个步骤,包括航摄、控制、扫描、定向、编辑、影像处理和图廓注记都满足要求。这里就正射影像图的评价标准对各个步骤的要求做一些概括。

评价DOM的指标主要有:精度、清晰度、完整性、准确性和实时性等。


1、精度

在正射影像上,精度主要反映在相对之间的镶嵌误差、图幅之间的接边差是否超过一定的限度、影像是否存在局部模糊,影像是否重影、地物是否扭曲变形(主要看较大房屋的边线河和直线道路)等等。

选择扫描分辨率也很重要。一般分辨率大小与成图比例尺和航摄比例尺关系很大。对于航摄比例尺为1:35000,要做1:10000的数字正射影像,扫描分辨率为25 um便能达到成图要求。


2、清晰度

清晰度是人们对于正射影像的第一感觉,是评价正射影像质量的最关键因素。清晰度的问题主要体现在影像模糊,色调、饱和度较差,像对间镶嵌边缘反差和灰度明显不一致,产生这些问题的最主要原因是航摄质量和扫描质量。


3、完整性

正射影像图的完整性主要包括影像的完整性和图廓注记的完整性。


4、准确性和实时性

正射影像图的准确性是指图廓注记准确与否。在生产单位,制作好的正射影像图通常经过几道验收,所以最后提供给用户使用的正射影像图一般注记方面出的问题比较少。实时性指影像所反映的信息与现在的实际情况的差异,应保证在生产正射影像图时,使用最新的航摄资料。


地理信息的数据获取是当今测绘系统必须要解决的重大问题之一,如何保持地理信息系统内容的现实性、地图的快速更新,又是其关键问题。而数字正射影像图和遥感影像具有 “最容易快速更新”的特点,如果把它们运用起来,必将会大大缩短地理信息的更新周期。而且,随着人工智能的进一步成熟,实现真正意义上的实时数据更新也必将实现,到那时数字正射影像图不再仅仅是测绘的一种产品,而是很多产品的基础资料。


四、正射影像数据制作过程

正射影像是利用数字高程模型( DEM)对扫描处理后的数字化航空像片,逐像元进行投影差改正、镶嵌,裁切而生成,所以要保证DEM的精度。其具体过程如下。

1) 在正射影像数据制作的过程中,会生成.tif图形文件和.tfw坐标文件。

2)由于高楼、树木阴影等的遮挡,会对一些高层附带的群房,围墙,以及大部分道路上的检修井无法判读,这部分要由外业调绘,并标注地名和楼层等属性信息;

3)对外业调绘成果进行数字化;

4)经检查验收后,输入数据库。


对正射影像利用DEM进行处理和制作,可以在城市及区域规划、土地利用、地质、农业、林业、牧地、水资源、湿地制图、环境评价和地形分析及评价、军事、水利建设、等等方面提供服务。利用正射影像,对大范围的数字化地形图进行快速更新是勘察测绘研究改变传统地形图更新模式的一种尝试。

 


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