论文部分内容阅读
摘 要：通过数字测绘航空摄影快速获取高分辨率影像，能快速生成DEM、正射影像、三维景观图等测绘产品，能够迅速了解灾情并获取受灾地区详细的地面三维信息，为救援队伍提供精确、可靠的测量数据。通过在受灾区域获取的航空影像，基于PHOTOMOD软件进行数据快速后处理实验。经过效率分析和精度统计，证明其效率和取得的正射影像成果可以达到指导应急救灾的需求。
关键词：山区 应急 影像 后处理 测绘产品
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00
1 引言
在灾害发生后的应急响应中，航空摄影测量发挥着越来越重要的作用。但是贵州山区因气流和天气影响，飞行姿态难以稳定，易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题，对相对定向中同名像点的匹配影响很大，甚至导致无法进行像点匹配的情况，并且在应急保障航空摄影中，受灾地区难以进入布设像控点。这些都为应急响应中的航空影像数据后处理带来难度。
本文利用在某次应急响应中获取的航空影像进行了实验，测试了基于PHOTOMOD软件进行航空影像快速后处理方面的特性，解决像片拍摄姿态差导致的无法进行像点匹配的问题，以及使用POS数据辅助空三提高数据处理效率，实验证明其精度和效率可以满足应急响应的需求。
2 数据资料
选择某个遭受洪涝灾害的山区进行实验，面积大约8.3平方公里。
2.1軟件介绍
PHOTOMOD系列软件产品是俄罗斯Racurs公司的集航空摄影测量、无人机航测、倾斜摄影测量、近景摄影测量、卫星影像遥感及卫星雷达遥感等数据后处理于一体的综合应用系统，也是全球率先支持分布式并行运算的高效全数字摄影测量及影像、雷达处理系统。相对于同类软件具备算法先进、配置灵活、功能完备、操作便捷、生产高效、精度可靠、支持众多传感器等优点。
2.2 资料分析
影像数据带POS辅助设备，航摄仪为禄莱Rollei AICPROIQ180量测型相机，焦距51.386mm，像幅尺寸7760*10328，像元大小5.2μm，地面分辨率为0.15m。航向重叠范围56%-70%，旁向重叠范围20%-40%。影像清晰，反差适中，能满足正射影像和航测成图的需要。POS数据完整，可以用于空三加密。
航摄完成后，在测区内进行了外业量测像控点，采用区域网布点，但是由于测区受灾严重，道路不通，有些地方无法到达测量像控点，导致布点不够均匀，部分点量测精度不够理想。
3 基于PHOTOMOD软件的影像快速后处理关键技术
3. 1简化处理步骤、提高生产效率
通过简化影像预处理的步骤、自动高精度匹配算法、自动预测控制点、高效、精准的DTM匹配和平滑滤波、便捷修改镶嵌线、测区内匀光匀色等关键技术，简化了影像内业处理的步骤。并且PHOTOMOD软件具备分布式并行运算能力和GPGPU技术，在数据导入、相对定向匹配、区域网平差计算、DEM提取及正射纠正、镶嵌匀色等计算量大、耗时较长的步骤均支持分布式处理，划分任务模块，利用计算机多线程并行处理计算，从而实现高效率生产，最大化地应用计算机资源，对于大型、超大型测区处理尤其高效。
3.2 通过调整匹配参数提高空三精度
贵州山区气流较大，飞行姿态较难稳定，在应急响应中，由于天气变化大、起降场地限制等原因飞行条件更为恶劣。获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题。像片的拍摄姿态差对相对定向中同名像点的匹配影响很大，甚至导致无法进行像点匹配的情况，可通过调整相对定向参数的方式，解决如下问题，改善匹配情况，提高空三质量。
3.2.1 解决影像畸变差大的匹配问题
当使用非量测型相机进行航空摄影时，由于相机鉴定的时间离拍摄影像的时间间隔较长等原因，用相机鉴定报告上的畸变参数进行改正时，可能并未完全消除相机畸变，从而导致匹配的相关性差或者存在上下视差的情况。在平差时，可执行相机自检校，如果测区有控制点的话，利用控制点进行相机的自检校。经相机自生检校后，生成新的相机参数（焦距、畸变差等），可从很大程度上恢复相片的初始状态，大大提高后续处理的精度。
3.2.2 解决影像相关性差的匹配问题
因飞行条件不好，飞行姿态不稳定等原因，获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题，导致相对定向匹配困难，可能有部分影像，航带内和航带间没有匹配上点，我们可尝试使用调整相对点数、相关性阈值和最大误差等的方式，仅对这部分影像进行局部匹配。
3.2.3 解决重叠度变化大的匹配问题
不同于传统摄影测量中大飞机航摄的规则航线，小飞机或无人机因风力原因飞机在航拍过程中左右摇摆，可能导致航带内、航带间重叠度变化较大，影响相对定向时在影像间搜索匹配同名点，可以通过改变搜索区域的大小来解决该问题。
3.3在应急情况下，POS数据辅助空三加密提高效率测试
POS系统是一种GPS和INS的组合系统，利用POS系统同时记录的航摄仪三维坐标和姿态参数，经过后期处理计算出每张航片的外方位元素，并加入少量的外业控制点坐标进行空中三角测量的技术，在现阶段折数字航空摄影测量中已经得到广泛应用。与传统的空三加密方法相比，它在一定程度上简化作业步骤，并可实现少量甚至无控制点的空三加密，提高了生产效率，节约了生产成本，尤其适用于外业困难地区以及道路、管线等带状领域。
在应急响应的应用中，影像数据的快速、高效处理至关重要，尤其是在灾情未知的情况下，进入灾区进行野外控制点测量既费时又存在安全隐患。因此，本文利用实验测区数据，对在1：1万地形图上图解测区四角的少量控制点以及无控制点两种情况下使用POS数据辅助空中三角测量进行了测试，简化作业步骤，减弱空中三角测量对地面实测控制点的依赖，直接通过POS数据中的GPS信息对相对定向匹配得到的自由网进行绝对定向，从而得到空三加密和正射影像等成果，并验证其精度和效率。 4 实验结果分析
4.1精度分析
1）空三加密精度
使用外业实测地面像控点进行光束法区域网平差，得到的控制点平均误差为Exy=0.405，Ez=0.143；控制点最大误差为Mxy=0.797，Mz=0.314。
采用图解少量控制点POS辅助空三的方式，利用本测区获取的30个野外像控点作为检查点，对实验中输出的空三成果立体建模，并在立体模型上量测其三维坐标值，进行精度统计，通过检查点精度结果，计算得到平面中误差为±0.985，高程中误差为±1.429。
2）正射影像精度
正射影像成果清晰易读，色调均匀、反差及亮度适中、接边处色彩过渡自然，地物合理接边，无重影和发虚现象，人工地物接边完整、合理。从正射影像上可清晰了解、判断灾情，与灾前的卫星影像进行对比分析有更加直观的效果，可有效指导应急救灾。
4.2 效率分析
经实验过程统计，本实验测区从影像预处理至空三加密、生成正射影像成果的整个过程，采用外业实测控制点、图解少量控制点POS辅助空三和无控制POS輔助空三等3种实验方法所用时间如下表1所示：
5 结论
通过对洪灾应急响应航空影像进行数据后处理实验，在PHOTOMOD软件平台上完成了整个流程的操作，并测试了通过调整相对定向参数解决相对定向匹配问题的方法，使得匹配精度得到很大改善，最后输出了空三加密和正射影像成果。经实验验证，使用外业控制点处理的整个流程耗时约3小时，空三加密控制点平均误差达到Exy=0.405，Ez=0.143，可以满足1：2000测图精度，正射影像清晰易读，证明该技术流程可以满足应急响应数据快速处理的精度和效率要求，可以作为灾情分析、指导救灾使用。
针对应急响应中来不及也无法进行野外实测控制点的情况，本文还对实验测区进行了POS数据辅助空中三角测量的图解少量控制点和无控制点两种情况进行了测试，经实验证明，因POS辅助空三减少了像控量测的工作量，简化了作业流程，工作效率也得到了很大的提高，而且测区越大、像片数越多的情况下，在效率方面的提升会愈加明显。在图解少量控制点+POS辅助平差的情况下，取得了较好的平面量测精度，解决无实测控制点的情况下快速出图指导应急救灾的问题。
参考文献
[1] CH/Z 3003-2010，低空数字航空摄影测量内业规范[S]
[2] CH/T 9008.2-2010，基础地理信息数字成果 1：500、1：1000、1：2000 数字高程模型[S]
[3] 姜丽丽，高天虹，等.无人机影像处理技术在大比例尺基础测绘工程中的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息，2013，36（7）：174～176
关键词：山区 应急 影像 后处理 测绘产品
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00
1 引言
在灾害发生后的应急响应中，航空摄影测量发挥着越来越重要的作用。但是贵州山区因气流和天气影响，飞行姿态难以稳定，易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题，对相对定向中同名像点的匹配影响很大，甚至导致无法进行像点匹配的情况，并且在应急保障航空摄影中，受灾地区难以进入布设像控点。这些都为应急响应中的航空影像数据后处理带来难度。
本文利用在某次应急响应中获取的航空影像进行了实验，测试了基于PHOTOMOD软件进行航空影像快速后处理方面的特性，解决像片拍摄姿态差导致的无法进行像点匹配的问题，以及使用POS数据辅助空三提高数据处理效率，实验证明其精度和效率可以满足应急响应的需求。
2 数据资料
选择某个遭受洪涝灾害的山区进行实验，面积大约8.3平方公里。
2.1軟件介绍
PHOTOMOD系列软件产品是俄罗斯Racurs公司的集航空摄影测量、无人机航测、倾斜摄影测量、近景摄影测量、卫星影像遥感及卫星雷达遥感等数据后处理于一体的综合应用系统，也是全球率先支持分布式并行运算的高效全数字摄影测量及影像、雷达处理系统。相对于同类软件具备算法先进、配置灵活、功能完备、操作便捷、生产高效、精度可靠、支持众多传感器等优点。
2.2 资料分析
影像数据带POS辅助设备，航摄仪为禄莱Rollei AICPROIQ180量测型相机，焦距51.386mm，像幅尺寸7760*10328，像元大小5.2μm，地面分辨率为0.15m。航向重叠范围56%-70%，旁向重叠范围20%-40%。影像清晰，反差适中，能满足正射影像和航测成图的需要。POS数据完整，可以用于空三加密。
航摄完成后，在测区内进行了外业量测像控点，采用区域网布点，但是由于测区受灾严重，道路不通，有些地方无法到达测量像控点，导致布点不够均匀，部分点量测精度不够理想。
3 基于PHOTOMOD软件的影像快速后处理关键技术
3. 1简化处理步骤、提高生产效率
通过简化影像预处理的步骤、自动高精度匹配算法、自动预测控制点、高效、精准的DTM匹配和平滑滤波、便捷修改镶嵌线、测区内匀光匀色等关键技术，简化了影像内业处理的步骤。并且PHOTOMOD软件具备分布式并行运算能力和GPGPU技术，在数据导入、相对定向匹配、区域网平差计算、DEM提取及正射纠正、镶嵌匀色等计算量大、耗时较长的步骤均支持分布式处理，划分任务模块，利用计算机多线程并行处理计算，从而实现高效率生产，最大化地应用计算机资源，对于大型、超大型测区处理尤其高效。
3.2 通过调整匹配参数提高空三精度
贵州山区气流较大，飞行姿态较难稳定，在应急响应中，由于天气变化大、起降场地限制等原因飞行条件更为恶劣。获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题。像片的拍摄姿态差对相对定向中同名像点的匹配影响很大，甚至导致无法进行像点匹配的情况，可通过调整相对定向参数的方式，解决如下问题，改善匹配情况，提高空三质量。
3.2.1 解决影像畸变差大的匹配问题
当使用非量测型相机进行航空摄影时，由于相机鉴定的时间离拍摄影像的时间间隔较长等原因，用相机鉴定报告上的畸变参数进行改正时，可能并未完全消除相机畸变，从而导致匹配的相关性差或者存在上下视差的情况。在平差时，可执行相机自检校，如果测区有控制点的话，利用控制点进行相机的自检校。经相机自生检校后，生成新的相机参数（焦距、畸变差等），可从很大程度上恢复相片的初始状态，大大提高后续处理的精度。
3.2.2 解决影像相关性差的匹配问题
因飞行条件不好，飞行姿态不稳定等原因，获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题，导致相对定向匹配困难，可能有部分影像，航带内和航带间没有匹配上点，我们可尝试使用调整相对点数、相关性阈值和最大误差等的方式，仅对这部分影像进行局部匹配。
3.2.3 解决重叠度变化大的匹配问题
不同于传统摄影测量中大飞机航摄的规则航线，小飞机或无人机因风力原因飞机在航拍过程中左右摇摆，可能导致航带内、航带间重叠度变化较大，影响相对定向时在影像间搜索匹配同名点，可以通过改变搜索区域的大小来解决该问题。
3.3在应急情况下，POS数据辅助空三加密提高效率测试
POS系统是一种GPS和INS的组合系统，利用POS系统同时记录的航摄仪三维坐标和姿态参数，经过后期处理计算出每张航片的外方位元素，并加入少量的外业控制点坐标进行空中三角测量的技术，在现阶段折数字航空摄影测量中已经得到广泛应用。与传统的空三加密方法相比，它在一定程度上简化作业步骤，并可实现少量甚至无控制点的空三加密，提高了生产效率，节约了生产成本，尤其适用于外业困难地区以及道路、管线等带状领域。
在应急响应的应用中，影像数据的快速、高效处理至关重要，尤其是在灾情未知的情况下，进入灾区进行野外控制点测量既费时又存在安全隐患。因此，本文利用实验测区数据，对在1：1万地形图上图解测区四角的少量控制点以及无控制点两种情况下使用POS数据辅助空中三角测量进行了测试，简化作业步骤，减弱空中三角测量对地面实测控制点的依赖，直接通过POS数据中的GPS信息对相对定向匹配得到的自由网进行绝对定向，从而得到空三加密和正射影像等成果，并验证其精度和效率。 4 实验结果分析
4.1精度分析
1）空三加密精度
使用外业实测地面像控点进行光束法区域网平差，得到的控制点平均误差为Exy=0.405，Ez=0.143；控制点最大误差为Mxy=0.797，Mz=0.314。
采用图解少量控制点POS辅助空三的方式，利用本测区获取的30个野外像控点作为检查点，对实验中输出的空三成果立体建模，并在立体模型上量测其三维坐标值，进行精度统计，通过检查点精度结果，计算得到平面中误差为±0.985，高程中误差为±1.429。
2）正射影像精度
正射影像成果清晰易读，色调均匀、反差及亮度适中、接边处色彩过渡自然，地物合理接边，无重影和发虚现象，人工地物接边完整、合理。从正射影像上可清晰了解、判断灾情，与灾前的卫星影像进行对比分析有更加直观的效果，可有效指导应急救灾。
4.2 效率分析
经实验过程统计，本实验测区从影像预处理至空三加密、生成正射影像成果的整个过程，采用外业实测控制点、图解少量控制点POS辅助空三和无控制POS輔助空三等3种实验方法所用时间如下表1所示：
5 结论
通过对洪灾应急响应航空影像进行数据后处理实验，在PHOTOMOD软件平台上完成了整个流程的操作，并测试了通过调整相对定向参数解决相对定向匹配问题的方法，使得匹配精度得到很大改善，最后输出了空三加密和正射影像成果。经实验验证，使用外业控制点处理的整个流程耗时约3小时，空三加密控制点平均误差达到Exy=0.405，Ez=0.143，可以满足1：2000测图精度，正射影像清晰易读，证明该技术流程可以满足应急响应数据快速处理的精度和效率要求，可以作为灾情分析、指导救灾使用。
针对应急响应中来不及也无法进行野外实测控制点的情况，本文还对实验测区进行了POS数据辅助空中三角测量的图解少量控制点和无控制点两种情况进行了测试，经实验证明，因POS辅助空三减少了像控量测的工作量，简化了作业流程，工作效率也得到了很大的提高，而且测区越大、像片数越多的情况下，在效率方面的提升会愈加明显。在图解少量控制点+POS辅助平差的情况下，取得了较好的平面量测精度，解决无实测控制点的情况下快速出图指导应急救灾的问题。
参考文献
[1] CH/Z 3003-2010，低空数字航空摄影测量内业规范[S]
[2] CH/T 9008.2-2010，基础地理信息数字成果 1：500、1：1000、1：2000 数字高程模型[S]
[3] 姜丽丽，高天虹，等.无人机影像处理技术在大比例尺基础测绘工程中的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息，2013，36（7）：174～176