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数字正射影像技术应用研究
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来源： 作者：国学 发布时间：1970-01-01
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一、项目背景、研究目的
随着计算机技术和通信技术的迅速发展，使人类社会已经进入了数字化信息时代。在国民经济和社会发展中，数字化的地理信息已成为城市乃至整个国家在各领域宏观决策和规划管理必不可少的支撑条件，因此它对基础的地理信息数据的精度及现势性提出了相当高的要求，同时地理信息系统(GIS)的广泛应用和迅速发展，也对基础地理信息数据的形式提出更多的要求，不仅需要矢量数据、栅格数据，还要形象直观的图像数据。上海市测绘院作为上海市基础地理信息生产单位，在为上海市国民经济和社会发展提供高质量的数字化测绘产品方面，将面临着巨大的机遇和挑战。
数字正射影像技术利用了计算机图象处理以及计算机视觉、模式识别等先进技术，淘汰了传统光学机械制作模拟正射影像图的方式。数字正射影像技术通过高精度的图像扫描仪将航空摄影像片扫描输入计算机，以像元为基础把每张航空摄影像片数据纠正到数字地面模型上，消除航摄像片倾斜误差和地形起伏引起的投影差，再经过镶嵌、切割，从而直接得到一种全新的数字测绘产品——数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）。数字正射影像图通过逼真的影像、丰富的色彩客观反映地表现状，与线划图相比具有地面信息丰富，地物直观，工作效率高、成图周期短的特点，同时数字正射影像图的数据也便于应用。数字正射影像图具有传统的影像图和线划图所无法比拟的优点，其应用前景非常广阔，它可用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查以及一些专题信息的提取、数字线划地图更新等多方面。 chinageog.com
近几年，随着上海市城市建设的迅速发展以及各类地理信息系统的建立，对基础地理数据精度和现势性提出了很高的要求，仅利用传统的外业修、补测手段要完成市府规定的“二、三、四”更新周期(1：500、1：1000、1：2000地形图更新周期分别为2年、3年、4年)还存在着很多的困难。我院1/1000、1/2000地形图测绘主要采用航测综合法，其成图工序多，效率低、生产周期长，因而地物地貌更新工作量大。同时，航测综合法成图受原材料、设备和生产工艺的限制，不能有所发展，也已走到了尽头，而且其产品形式是模拟图纸并非数字形式，要满足广大用户对数字测绘产品的要求，必须再化大量的人力、物力和财力对图纸进行数字化，不仅效率低、周期长，成图精度也随之而降低。
因此，该课题的提出，就是通过利用数字正射影像技术能为上海的规划、土地、环境、电力、市政等部门提供一种信息丰富、现势性强的数字测绘产品，并及时更新城市地理信息系统的基础地理数据库，使城市地理信息系统真正成为领导宏观决策和政府部门进行科学管理的有效工具。
二、研究内容和技术难点
1、选择适合上海城市地区的数字摄影测量系统。现有数字摄影测量系统有多种，性能相对而言比较好的数字摄影测量系统是Intergraph公司的ImageStation、Leica Heleva公司的DPW数字摄影测量系统、适普公司的Vitruzo和四维公司的JX—4数字测图仪，课题组对国内外的现有数字摄影测量系统和正射影像产品进行了调研和测试，最终选择了Intergraph公司的ImageStation数字摄影测量系统，首先该系统的图象处理设备性能稳定，系统的硬软件配置恰当；其次各种功能软件可以独立运行，适合实际生产情况，充分发挥和利用系统的功能，产生最大的经济效益；再则该系统采用无损压缩数据的CMP特殊格式，数据的存储、传输和处理效率均比其它的系统的效率高。 中国地理网
2、结合上海市的实际情况，研究出了一套适合城市平坦地区、大比例尺的数字正射影像图生产的技术路线和工艺流程。由于国内外的数字正射影像图的生产主要是中、小比例尺系列，而在城市建筑密集区的大比例尺正射影像图制作可借鉴经验很少。本课题中数字影像在进行正射纠正时，地面高程模型采用的是平均高程，因而某些突出平均高程平面的地物如：高层建筑、高架公路、高速公路、立交桥以及大型桥梁等仍然存在较大的投影差，影响了其位置精度，但要提高这些地物的地理位置精度，必须对地物逐个建立其高程模型，这对整个上海市来说无疑是一项相当繁琐、工作量巨大的工作。
同时目前没有确保航空摄影在中午最佳时段进行的有效措施，使得摄影时太阳照射角较小，造成像片上大片阴影，尤其上海中心城区高层建筑密集，各种建筑设施向空中攀升，阴影区域大而难以避免，就给影像的镶嵌带来很大的困难。同时，由于摄影处理和扫描质量的影响，影像色彩不饱和，色差严重，也使得影像处理困难重重。
3、研究利用数字正射影像数据更新大比例尺地形图的方法。在进行数字线划地图更新时，高层建筑的裙房、高层建筑阴影下以及直接遮住的建筑、河流、道路、被树木遮住的道路等地物的采集存在很大的困难。
4、研究目标影像的高清晰度以及色彩变换的处理与制作。 chinageog
5、研究面向GIS应用的数字影像产品形式、数据格式以及数据量，从而为规划、土地、环境等部门提供满足要求的数字正射影像地图。
三、试生产情况
在研究过程中，课题组进行了上海市区100幅1:2000数字正射影像图的试生产，并对数字正射影像图的精度作了分析。
· 航片资料：1:8000彩红外像片
· 扫描仪：Intergraph 公司的PhotoScan
· 扫描分辨率：21μm
· 生产应用设备、软件：ImageStation数字摄影测量系统。
· 试验区域：为了使试验结果具有较强的代表性，课题组选取了郊区、城郊结合部以及中心城区共五个区域网。每个区域网有3到4条航带，每条航线14张像片，平均区域网像片数为50片。
· 影像资料情况：五个区域网中，由于摄影质量和扫描质量的因素，城区的影像质量较差，郊区的影像质量较好，所以，郊区的数字正射影像质量优于城区数字正射影像质量，不仅反映在数学精度上面，而且影像拼接镶嵌、色彩调整等质量郊区也优于市中心区。
· 控制资料情况：采用GPS技术测定区域网空中三角加密所需的地面控制点坐标，点位中误差小于5cm。
由于上海市地势较为平坦，数字影像正射纠正时采用了平均高程。
· 试生产流程：
· 精度分析
数字正射影像图成图精度分析：在10幅1:2000数字正射影像图上采集量测了50个明显地物点的坐标，将它与1:500数字线划图上野外实测点(近似当作真值)作比较，其点位的平均中误差为0.495m，而1:2000成图精度为图上0.4mm，实地即为0.80m。 中国*地理网
区域网空中三角加密精度分析如下：
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