毕业论文-无人机正射影像数据获取与制图方法.docx

Southwest university of science and technology 本科毕业设计（论文） 无人机正射影像数据获取与制图方法 学院名称环境与资源学院专业名称测绘工程学生姓名学号指导教师 二一五年六月 摘 要 通过近几年无人机技术在测绘领域的应用，无人机已经展露出它区别于其他传统测量技术的独特优势。在低空无人机发展蒸蒸日上的阶段，我国测绘低空无人机航摄领域也诞生了各种各样的数字摄影测量工作站或者数字摄影测量工作系统。而本文主要介绍了武汉航天远景科技有限公司开发Matrix软件系统，系统主要包括:DATMatrix,MapMatrix以及EPT等，此系统同其他国内系统相比在处理无人机航摄像片方面也有着自己独特优势。此系统基本上能够满足1:2000比例尺DOM及地形图、1:1000比例尺DOM及地形图以及局部地区l: 500比例尺DOM及地形图的测绘工作。但是，除了1: 2000比例尺DOM及地形图的精度无论是平面精度还是高程精度都能够满足规范要求，1: 1000比例尺和1: 500比例尺DOM及地形图的精度中的平面精度虽然能够满足规范要求，但高程精度往往难以满足规范要求，这对于工程应用方面算是一个极需要攻克的难题。在Matrix软件系统中，易拼图这个软件能够直接在正射影像图上修改影像图的错误，例如道路的扭曲、房屋变形等等，消除了以往将正射影像图还原到数字高程模型DEM上修改错误的困扰。要想获得效果好的正射影像图，外业采集的精度非常重要。关键字：无人机 航测 遥感 正射影像地图 目录第一章 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 我国当今研究动态与发展21.3 论文的组织结构与章节安排3第二章 摄影测量基础理论知识介绍42.1 摄影测量基本知识与原理42.2 摄影测量分类及应用62.3 摄影测量常用坐标系72.4 共线方程式92.5 双象解析摄影测量112.6 空中三角测量11第三章 无人机航摄系统与Matrix系列软件简介133.1 无人机遥感系统的组成133.2 无人机遥感技术的特点153.3 Matrix 系列软件介绍16第四章 基于Matrix系列软件制作DEM和DOM 的原理与方法174.1 无人机影像数据获取174.2 数字摄影测量系统作业基本原理与流程184.3 空三加密204.3.1 启动DATMatrix 新建工程204.3.2 调用PATB进行平差解算284.3.3 导出空三成果344.4 生成DEM、DOM344.5 镶嵌成图384.6 导入MapMatrix工程生成DOM镶嵌工程414.7 编辑镶嵌线51第五章 正射影像地图成果展示与结语535.1 正射影像地图5352 结语55致谢55参考文献5651西南科技大学本科生毕业论文第一章 绪论1.1 课题研究背景与意义摄影测量学有着悠久的历史，从19世纪中叶法国人拍到人类测绘历史上的第一张摄影测量相片至今，摄影测量学经历了模拟摄影测量、解析摄影测量，到今天的数字摄影测量。随着现代航空工业的迅速发展，摄影测量学与航空技术两者的结合爆发了巨大的生命力，逐渐形成我们所熟知了解的航空摄影测量学。更令人震惊的是人造卫星的成功发射，摄影测量行业步入了崭新的历史阶段，就是随后出现的摄影测量与遥感相结合的遥感摄影测量学。在1980年的国际摄影测量学会上将本来的名字正式更改为国际摄影测量与遥感学会。当前随着网络信息时代的发展，人们对地理空间信息大家越来越熟悉，地球上所有的一切物体它和地理空间信息密切相关，而摄影测量就是通过影像来获取空间地理信息的学科，通俗而言：摄影测量就是通过摄影，进行测量。随着测绘手段的发展改进，高性能的数字摄影测量系统加上无人机低空的作业成为卫星遥感的有效补充手段， 在基础测绘方面体现了独特的优势。低空无人机航测技术逐渐成为国家测绘发展行业的主要力量， 基于无人机的低空摄影测量逐渐成为研究的热点， 加快了地理国情数据的更新速度，将为我国未来经济发展奠定基础，成为测绘行业的排头兵，未来的低空遥感的发展趋势将是利用无人机影像快速制作高质量 DEM 、DOM及其衍生的数字地理信息产品。20世纪80年代以来，无人机航摄系统已从研究阶段进入了实际应用阶段，可以预测得到，无人机将用语土壤监测、海洋监测、大气监测、气象预报、灾害监测与评估、危险环境搜救、深林灭火、农作物播种、通讯中继、大地测绘等民用领域。事实上，在某些领域，如气象预报，数字城市建设已经有无人机在工作了。低空无人机航测系统在我国气象监测、资源环境调查与监测、地形测量、测绘应急保障等方面都有应用。随着我国经济和文化建设的发展，一些版图反映不出新的面貌，加上常规的成图周期，现在已经不能满足需要。所以现在普遍利用无人机遥感航拍技术更新地理资料，这对经济建设起到了积极的促进作用。1.2 我国当今研究动态与发展近年来，摄影测量与遥感学科得到了快速发展，在摄影测量方面数码航空相机的使用越来越广泛，机载POS对地定位系统的使用使无地面控制空中三角测量成为可能，机载激光测距(LiDar)及其应用前景非常广泛；基于高分辨率遥感影像的制图对传统航空摄影测量测图方法提出了挑战；集3S技术于一体的移动测图系统也逐步从实验研究走向实用，已成为空间信息快速获取和地图更新的重要手段；摄影测量与遥感数据的计算处理更趋自动化和智能化，数字化测绘的产品形势越来越丰富，为社会提供信息化服务的信息化测绘的理念越来越多的为人们所接受。以3S技术为支撑，以4D为主要产品形式的数宇化测绘技术体系已成为测绘界的发展趋势。上世纪90年代，基于张祖勋院士的数字摄影测量研究成果我国在澳大利亚首次推出具有我国自主知识产权的全数字摄影测量系统VirtuZo,随着现代信息科学技术的飞速发展，全数字摄影测量系统发展至今，逐步的趋于成熟，Matrix 是由航天远景公司潜心研发的新型数字摄影测量平台，和传统的数字摄影测量工作站相比，具备以下优势：作业过程自动化、采编入库一体化、数据处理海量化(TB级)，在 4D数据生产、灾害评估、应急测绘、林业、水利、国防等应用领域与行业方面有着广泛应用。MapMatrix是中国成长最快的数字摄影测量平台。是生产高精度、高质量的数宇高程模型DEM (Digital Elevation Model )、高质量的数宇正射影像DOM (Digital Orthophoto Map)、数宇线划图DLG(Digital Line Graphic)踌3D产品的一套以全数宇、半自动化、实用性强、人机交互功能友好的微机数字摄影测量工作站。1.3 本文目标与内容目标： 本文的目标是无人机影像采集的技术和方法，特别是针对其正射影像图的制作。具体分为两个部分： 1、利用无人机遥感技术采集原始影像图（航带设计、飞行路线的设计和姿态控制等），在此中要随时注意可能产生的误差以及来源，并且做出仔细准确的结论； 2、利用相关软件对获取的影像图做进一步的处理和改正，制作出准确的正射影像图；内容本文以无人机遥感技术和摄影测量为核心理论知识，以航天远景公司的数码新空三DATMatirx，多源空间信息综合处理平台MapMatrix，易拼图EPT 系列软件为技术工具，主要进行下面三方面的工作： 1、如何利用无人机遥感技术对相关区域进行原始影像图的收集的技术、方法和具体流程。 2、以航空摄影测量为理论基础，利用系统软件对收集的原始影像数据进行空三数据处理，分析误差原因，满足要求后，MapMatrix,EPT 软件编辑DEM ，生成DEM ，正射影像图的镶嵌，镶嵌线的编辑 处理然后生成正射影像图。 3、实例分析制作正射影像图的流程，通过从实例中得到的数据得出正确的结论。第二章 航空摄影测量基础理论2.1 摄影测量基本知识与原理什么是摄影测量，由测绘的前方交会看摄影测量，在地面上两个已知位置点上，架上经纬仪，对未知坐标点A测定水平角、垂直角，通过简单的几何关系计算，就能测得未知点的空间坐标A（X,Y,Z）.然而从摄影测量的角度来讲，放置的就不是两台经纬仪，就替换为两台照相机，这个时候假定，两台相机的空间位置是已知的，然后对同一物体（比如雕塑）拍两张照片，然后量测相片上所谓的同名点。同名点即不同像片上但是是同一位置的点。在这里做一个最简单的实验，如果我们把自己的两只手在前后的把它分开，放在一前一后，然后放在眼睛的前面，你会发现，左边的眼睛和邮编的眼睛看见两个手指的位置是不一样的，而正是这个不一样，也就是说这里边两张不一样，也就是这两段距离是不一样的，正因为有这个差异，它就构建了摄影测量和计算机视觉最最重要的理论基础。这就是我们摄影测量最基本的原理。所以摄影测量归纳起来一个最基本的流程，也就是说你只要在不同的已知位置对这个物体拍下两张照片，这一过程我们叫做数据获取，然后在获取的照片上进行量测，我们叫做数据处理，最后就能够构建成一个所摄物体的一个三维的空间模型，实际上就是通过所摄照片，构建一个模型，然后我们再模型上面进行测量，这就是摄影测量基本的核心内容，所以摄影测量，从科学的观点来讲它是通过二维影像来构建三维空间的一个学科，也就是通过影像对物体进行间接的测量，通过影像来得到一个可靠的量测的 摄 影-由三维 二维的过程摄影测量-由二维 三维的过程摄影测量是摄影-逆过程、反转过程比方说，如果把一张相片放在一个投影的仪器里面，把它照片再反过来投影投下来，这个时候我们在地面就可以建立起他的模型，然后就可以进行测图，也就是我们之前所说的摄影测量本身是构建一个三维的数学模型，然后再模型上面进行测量的过程，归纳起来摄影是由三维的空间物体来获得二维影像的过程，摄影测量就是用二维的影像来重新恢复三维的模型核面：摄影基线与同一地面点发出的两条同名光线组成的面核线：核面与左右像片面的交线为同名核线同名像点：由同一地面点发出的两条光线经左右摄影中心在左右像片上构成的像点称为同名像点。同名光线：由同一地面点发出的两条光线称同名光线2.1.1 摄影测量分类及应用所以为我们把照相机放在不同的位置上面就有不同得摄影测量门类，如果把照相机放在卫星上面,那么摄影测量就被称作航天摄影测量，也可以放到飞机上面，可以高空、中空、低空的飞机，对地面进行照相，这时候摄影测量就成为航空摄影测量。摄影测量的位置也可以是人拿来照相，站在地面上就叫做地面摄影测量或者近景摄影测量，所以摄影测量大概可以分为三个不同的门类:（1） 航天摄影测量（卫星）（2） 航空摄影测量（飞机）（3） 地面摄影测量摄影测量的基本任务：测绘各种比例尺的地形图航空摄影测量：可绘制各种比例尺地形图，如1:5万、1:1万、1:5千、1:2千、1:500；航天摄影测量：主要测绘1:5万、1：1万，主要是一些卫星影像，如美国的IKONOS卫星影像,我国的ZY-3卫星影像。地面摄影测量：主要测绘各种工程大比例尺地形图；近景摄影测量：应用各种工程、建筑、等领域。2.1.2 摄影测量常用坐标系摄影测量中常用的坐标系分为两大类：（1）用来描述像点的位置关系，一般统称为物方空间坐标系。（2） 用来描述地面点的位置关系，一般统称为物方空间坐标系。（1） 像平面坐标系1. 像平面坐标系像平面坐标系用来表示像点在像平面的位置，一般都采用右手坐标系，而X,Y轴的选择按需要而定，在解析和数字摄影测量中，一般根据框标来确定像平面坐标系，统称为像片框标坐标系。2. 像空间坐标系为了便于进行空间的坐标转换，需要建立起描述像点在想空间位置的坐标系，即像空间坐标系，以摄影中心O为原点，x,y轴与像平面坐标系的x,y轴要平行，z轴要与主光轴重合，形成一个像空间右手直角坐标系O-xyz。在这样一个坐标系中，每一个像点的z 坐标都等于-f,而x,y 坐标就是像平面坐标x,y，所以，像点的空间坐标表示为x,y,-f.像空间坐标系，像空间坐标系是随着像片的空间位置来定，因此每张像片的像空间系是各自独立的。3. 像空间辅助坐标系 像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求的，但是这种坐标的特点是每一张相片的像空间坐标系不会统一，这给计算带来一些困难，所以，需要建立一种相对统一法如坐标系统，称之为像空间辅助坐标系，用S-xyz表示。这样的坐标系的原点仍然选在摄影中心S，坐标轴系的选择视情况而定，常见有中选取方法。（1） 取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成常见的右手直角坐标系。（2） 选取每一条航线内首张相片的像空间坐标系作为我们的像空间辅助坐标系。物方空间坐标系1. 摄影测量坐标系将像空间辅助坐标系沿着Z轴相反方向平移至地面点D，得到D-XoYoZo，称为摄影测量坐标系。2地面测量坐标系地面摄影测量坐标系一般指地图投影坐标系，也是采用国家测图常用的高斯-克吕格3度带或者6度带投影的1980西安坐标系和1985黄海高程系，两者所组成的空间直角坐标系是左手系，如图T-XtYtZt。3地面摄影测量坐标系因为地面测量坐标系采用的左手系，而摄影测量坐标系采用的右手系，这就给摄影测量坐标到地面测量坐标的转换带来了一定困难，所以，在地面测量坐标系与摄影测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称之为地面摄影测量坐标系， 2.1.3 共线方程式 欲实现通过影像的量测实现对物体的直接测量，条件有两个基本任务1.在像片上量测的点必须是同名点，如：a1-a2,b1-b2,、2.恢复摄影光线 S1a1A-S2a2A 在摄影时的空间方位 综上就是要构建影像和物体之间的严格的几何关系，为此需要引入几个基本概念。 内方位元素：为了描述像方与物方的关系，我们需要在设定的地面空间坐标系中描述摄像中心和像片的姿态和位置。包括像主距，像点X,Y坐标。这是建立测图所需的立体模型的基础，一般视为已知，它由摄像机制造厂家对摄像镜头进行鉴定得到，一般来说，内方位元素是中的Xo,Yo是一个微小值，它的正确与否直接影响测图的精度，所以要对航摄机做定期的鉴定. 外方位元素：在恢复摄影光束（即内方位元素）的基础上，要确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称之为外方位元素。包括三个角元素和一个空间坐标X,Y,Z元素。设地面摄影测量坐标系D-XtpYtpZtp的情况下 摄影中心S（Xs,Ys,Zs） 地面点E (Xa,Ya,Za) 则在像空间辅助坐标系中下 E（Xa-Ys ， Ya-Ys ，Za-Zs ） 像点a (X ,Y,Z)。由于S，a ，E三点共线，因此相似三角关系得 式中为比例因子，转换为矩阵形式得 化简得： 以上就是共线方程式基本形式在解析和数字摄影测量中，共线方程是非常有用的，共线方程式共包括12个参数：以像主点为原点的像点的坐标x,y，相应地面点Xa ，Ya ，Za ，像片主距f 及外方位元素Xs，Ys，Zs，。2.2 空中三角测量 在双象解析测量中，每一个像对都要求在野外测得4个地面控制点（Ground Control Point ）这样的话外业的工作量太大，效率不高。为此我们提出解析法空中三角。测量，可以在几条航带构成的一个区域网中 或者 一条航带十几个像对中，利用外也 测出的少量 控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密得到每一个像对所需要的控制点，然后用于测图，解析空中三角测量有如下三中方法。我们着重介绍第三种，因为我们接下来做空三的平差方法是基于光束法的理论基础。2.2.1航带法解析空中三角测量 航带法空中三角测量所研究的对象是一条航带的模型，第一步把由许多的立体像对多构成的单个模型连接成一个航带模型，然后把单个航带模型视为一个单元模型进行解析处理，把模型点的摄影测量坐标作为观测值，根据相邻航带的公共坐标应相等以及地面坐标和摄影测量坐标应相等为条件。用平差的方法解出航带网的非线性变形改正系数，为此求得各加密点的地面坐标。2.2.2独立模型法解析空中三角测量以单元模型作为平差单元，模型坐标作为观测值，然后根据地面控制点的地面坐标和摄影测量坐标应相等以及公共摄站点的摄影测量坐标、相邻模型公共点应相等为条件，通过确定每个单元模型的平移、旋转、缩放参数，由此得到各加密点的地面坐标。独立模型法空中三角测量的基本关系式是空间模型的相似变换。2.2.3光束法解析空中三角测量所谓光束法区域网空中三角测量是把一张像片组成的一束光线当作一个平差的基本单元，平差的数学模型是中心投影的共线方程式，以像点坐标作为观测值，根据控制点的地面坐标与加密坐标相等、相邻像片公共交汇点坐标相等为条件，解得每张像片的加密点的地面坐标和外方位元素。光束法空中三角测量的主要作业过程有：1.确定地面点坐标近似值和像片外方位元素;2.逐步建立误差方程和改化法方程;3.解求改化法方程式;4.求出每一张像片的外方位元素;5.空间前方交会求待定点的地面坐标。第三章 低空无人机遥感3.1 无人机遥感系统的组成本文把低空无人机遥感系统分为无人机飞行系统、任务搭载系统、地面数据处理系统，从测绘从业者的角度来说，更多的是关注地面数据处理系统和航线方面的工作，地面数据处理系统有如我们熟悉的数字摄影测量系统，以及新一代的数字摄影测量网格DPGrid.在气候条件较差、测区面积较小的情况下，加上近年来，无人机的快速发展，价格越来越低，已经进入大众消费领域，采用低空无人飞行器来快速获取大比例尺测区4D产品已经变得越来越高效和成本越来越低。 图2-1 无人机遥感系统的组成1 无人机按照系统组成和飞行特点，无人机可分为固定翼型无人机和无人驾驶直升机两种。无人旋翼机，携带方便，适合小范围测区作图。固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，类型较多，能同时搭载多种遥感传感器。 飞行控制系统：主要完成无人机的飞行控制与飞行管理。 遥感传感器遥感传感器是根据不同类型的测绘遥感任务，低空无人机遥感系统多搭载高分辨率CCD数码相机，轻型光学相机，都具备数字化、精度高、重量轻、体积小、性能优异等特点。 地面测控站：主要完成航线设计、相关参数设置、数据管理等工作。 遥感数据的后处理技术目前的无人机遥感系统多使用小数码影像相机作为机载遥感设备，遥感数据的后期处理主要包括 利用数字摄影测量系统工作站根据其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射畸变校正。对航片完成相对定向，绝对定向，空三加密。然后对航片进行影像自动识别，以及正射影像斯图镶嵌。3.2 无人机特点3.2.1无人机的优势: (1)机动灵活，对起降场地要求较低，易于转场 遥感航空摄影的作业现场许多是载人飞行器无法到达的空域、高度或危险地区;无人飞行器由于其机动灵活、重量轻、体积小使得它不要求专用起降场，升空准备时间短、操控容易。容易到达地形复杂的地区和建筑物密集的城市地区。我国南部丘陵、多云地区特别适合使用。 (2)飞行费用低，可做超低空视距飞行无人机系统及传感器与其他遥感系统相比有较优异的性价比，影像后期的处理成本费用低。飞行高度从SOm到SOOOm，高度控制精度高达l Om。超低空飞行下也可获得较好的光学影像。 (3)飞行审批手续简单。无人机属于遥控飞行器，基本不用审批(机场、特殊地区除外) (4)无人机安全性能好 (5)航摄效率高，可即时重拍;飞行时间基本是有效拍摄时间;工作现场集中。3.2.2 无人机的缺点 与其他遥感系统相比，无人机遥感系统也存在一些明显不足： （1）面阵 CCD 立体影像像幅小 单幅的影像覆盖区域小，DOM 拼接工作量较大，像对模型变多，增加了模型切换和模型接边工作量。重叠度相同的情况下，需要更多的控制点才能满足作业精度的需要。 （2）姿态稳定性差 受天气等外在因素的影响，飞行器平台姿态不稳定,在立体影像匹配中， 容易造成基于灰度相关系数的匹配失败；重叠度增加，增加影像数量，增加图像处理的工作负荷。 （3）应用非量测相机获取影像，后续处理复杂，精度低 一些民间无人机遥测系统，采用一些非测量相机，会有光灵敏度低，明显的像点位移（变形），镜头失真，以及其他未知的系统误差等。 多种畸变使物点，投影中心，像点三点不再共线,影像形状发生非透视畸变，同名光线不再严密相交,空间后方交会精度降低，从而导致目标定位精度降低，重建物体的几何模型产生变形等。 各种畸变使物点，投影中心，像点三点不共线，影像形状发生非透视失真具有的同名光线不再严密相交，空间后方交会的精度降低，从而导致目标位置精度降低，几何模型的重建对象产生变形。第四章 无人机正射影像图的制作4.1 数字摄影测量系统作业基本原理与流程1.数字影像的获取用高精度的影像扫描仪对相片进行数字化，或者直接通过光学影像 转化成为数字影像，存储在硬盘中，如果是直接用数字相机或得的影像，则省略这项工作。2.数字影像的定向数字影像的内定向包括内定向、相对定向、绝对定向。内定向。通过对数字影像的框标进行自动或人工识别与定位，计算出扫描坐标系与像片坐标系之间的变换参数。相对定向：提取影像中的特征点，进行二维相关运算寻找同名点，计算用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数。绝对定向。通过人眼观测，在右（左）影像定位控制点，由影像匹配确定同名点，根据解析绝对定向算法计算绝对定向参数。3.建立核线影像按照核线关系，将影像的会读沿核线方向重新排列，构成核线影像，一边立体观测以及将二维相关简化为一维相关。4.影像匹配与建立数字地面模型沿核线进行米几点的一维影像匹配，求出同名点，根据定向元素计算像点对应地面的空间坐标，然后内插出规则格网的数字高程模型或构建不规则三角网。5.自动绘制等高线根据规则格网的数字高程模型或不规则三角网，采用一定的算法自动生成数字等高线。6.制作数字正射影像根据规则格网的数字搞成模型，采用数字纠正方法，将原始数字影像纠正为正射影像。7.数字测图根据地物调绘片和高程模型数据，在立体观测下，由作业员通过人际交互方式，测绘地物地貌。4.2 无人机影像数据获取方案4.3.1工艺流程根据任务的要求对拍摄地区进行航线规划, 将航线规划系统中规划好的航线载入到遥感空中控制子系统。无人机地面控制子系统按照规划的航线控制无人机的飞行, 遥感空中控制子系统则按照预设的航线和拍摄方式控制照相机进行拍摄；照相机将拍摄的数据进行存储。4.3.2基本原则无人机数码彩色航空摄影，应满足1：2000比例尺地灾点所有产品生产的技术指标。依据低空数字航空摄影规范进行航摄设计。确定像片航向重叠度、旁向重叠度、地面分辨率、相对航高等基本参数。4.3 Matrix软件系统制作DOM工程实例4.3.1工程实例简介制作 1:2000正射影像工作底图。本次测试使用的是无人机遥感影像，摄区地形类型为平原区。测试摄区共3条航带，51张影像，航向重叠为75%，旁向重叠为35%，控制点数量为17个。主要测试目的为验证DPGrid系统针对低空的数据生产在效率及效果方面的情况。在利用Matrix系列软件制作DOM过程中需要三个软件相互协调完成。用于空三加密的DATMatrix软件,用于生成DEM的MapMatrix软件以及用于影像拼接、镶嵌、匀光处理的EPT软件。由于测区上已经拥有了少量的控制点资料以及航摄影像数据,进行了相应的控制测量,然后利用DATMatrix软件系统进行相应的像片控制点的空三加密,同时利用PATB软件进行相应的平差工作。然后利用MapMatrix软件编辑DEM和DOM的航拍图像制作,颜色均匀的简单的拼图,正射影像图的拼接,和正射影像镶嵌图输出的需求。要想制作更加精细的DOM以及DEM则需要进行通过DATMatrix软件进行空三加密处理以及MapMatrix软件的DEM、DOM制作以及EPT软件的正射影像镶嵌工作,才能生成更为精细的正射影像图。4.3.2像控测量SCGNSS连续运行基准站覆盖范围内，可采用网络RTK施测像控点。无法使用网络RTK的区域，采用静态测量的方法按照GPS E级控制点观测指标和精度要求设置临时基准站，在此基础上采用RTK施测像控点。像控点点位便利处，可直接采用静态测量的方法施测像控点。临时基准站不要求埋设永久性测量标志。临时基准站应填写观测手簿。施测精度要求像控制点相对邻近基础控制点的平面位置中误差不应超过地物点平面位置中误差的1/5。高程控制点和平高控制点相对邻近基础控制点的高程中误差不应超过基本等高距的1/10。像控点布设要求规则的区域网内布设像控点时，可采用四角双点法。即在区域网的四角各布设2个平高控制点；不规则区域网应在凹凸处增设平高控制点；区域网中心均应布设2个平高检查点；原则上不超过六条基线布设一个像控点，有构架航线区域可适当放宽到8-10条基线布设一个像控点。困难地区无法在影像上选取平高控制点时，可分开沿山脊或山谷布设平面、高程控制点。控制点的选刺野外控制点应以判点为主，刺点为辅。高程控制点的点位目标应选在高程变化较小的地方。平高控制点的点位目标应同时满足平面和高程控制点对点位目标的要求。控制点与基准面在不同平面时，应标注比高，量注至0.1m；当点位周围不等高时，应标注比高量注的位置。平面控制点和平高控制点的刺点误差，不得大于像片上0.1mm。像片控制点刺孔直径不得大于像片上0.1mm。像片控制点刺点，应经第二人在实地检查并签字。4.3.3数据准备原始图像，控制点文件，相机文件， 相机类型：Canon 5D MarkII 像素大小：6.41m 地面分辨率：0.2m 航片数量：51片4.3.4 原始影像去畸变摄影测量的相机分为量测相机和非量测相机两种。量测相机的内方位元素是已知的，物镜的畸变差也非常的小，但是其价格昂贵，携带不便，不适宜在小型的无人机上使用。非量测相机，携带使用方便，但是内方位元素未知，物镜畸变差也很大，现在在实际的摄影测量应用中，较多的情况下是使用非量测相机。本次实验选择非量测相机，这就需要我们通过相机检校报告来确定相机参数，包括内方位元素（相机的焦距、像主点坐标）、畸变差、像素大小等。影像去畸变操作打开MapMatrix 校正参数 相机报告中的K1,K2对应MapMatrix中的K3，K5,其余参数一一对应。4.3.4空三的处理在DATMatrix软件中主要做好外业航摄影片的空三加密,那么在进行空三加密前需要做好相应的参数设置,以及还需要满足相应制作DOM的参数要求。要求如下:1)照片纵向重叠度为60%68%,35%相邻航测方向重叠度;2)旁向重叠度过高的航线应当分开布点;3)像片倾斜角不超过3度,航线弯曲度不高于3%; 4)应具备相应的航摄仪参数资料;总之,外业采集来的航摄影像要有适中的反差、清晰影像以及完整的框标才有制作正射影像的资格。空三加密对于正射影像图最后的生成质量以及效果起着至关重要的作用,因此,空三加密也有相应的要求:1)在定位框架标时,量测误差必须小于或等于0.02mm; 2)相对定向:每个点的上下视差的残差也要小于等于0.02mm; 3)绝对定的平面:相对点的误差不大于1m,高程不大于0.3m。但在MapMatrix软件中,这些问题变得简单方便,因为MapMatrix软件系统可以自动定位和相对定位,因此只需要手动去修改那些个别出现问题的数据。空三加密之后的成果还需要在PATB软件中进行反复的平差检测,直到所有点均满足相应的阪差要求。下图为利用DATMatrix软件系统进行空三加密的界面图,如图4. 1:4.3.4 调用PATB进行平差解算量测控制点： 在控制点的量测过程中MapMatrix提供了控制点预测的功能，这对于控制点的量测非常方便，控制点的量测步骤为：1. 首先在测区的四角量测四个控制点。（若数据之前有做过处理，则不需要量测控制点。只需在数码空三自动转点中勾选合并原来的已有成果即可）2.调用PATB平差程序进行平差。3平差结束后预测其他控制点的点位。4. 继续量测其他控制点。v 注意：在加点时，一定要点击快捷图标，修改点名为控制点点号。然后点击保存添加结果。量测测区四角上的四个控制点后，在工具栏中单击按钮 ，调用PATB平差程序，刺完控制点之后即可用patb平差，点击 操作 patb平差 如下图 在Accuracy设置 Images Points 里标准差Set no.0一般设为扫描分辨率的一半（整数），我们的扫描分辨率是0.00641mm，等于6.41*10-3，约等于1，其他不管；控制点里的标准差一搬跟生成的图的精度要求来改，1:20000.2,1:3000为0.3.以此类推设置好之后点Execute PATB 结果如下图 图2-20单击确定按钮，然后单击PATB界面左下方的按钮Exit，返回连接点编辑的主界面即可完成初步平差。系统根据 完成初步平差后的分析，单击按钮 ，就可以预测控制点，然后返回主界面，此时单击 图标，就会在图形上显示代表已量测的控制点位的蓝色的三角形，重复自动加点过程，完成剩余控制点的量测工作。点击快捷图标，运行PATB。在PATB界面下，选择Accuracy选项， 如图2-22 图2-22 界面左边框中数值代表影像坐标的限差，单位为微米。像坐标限差默认为像素大小的一半。界面右边框选的第一个数值代表控制点在大地坐标系中的平面限差，第二个数值代表控制点在大地坐标系中的高程限差。两者的默认大小都是0.6m。设置好限差后，点击Execute PATB，程序会根据指定的限差进行光束法空三解算。如果解算结果中有很多的粗差点，一般在PATB进行平差解算后可直接把粗差点删除，因为匹配的点较多。进而不需要进行人工编辑粗差点。粗差点删除完成后，再次进行PATB解算。重复PATB解算和粗差点去除，直到无粗差点被挑出为止。单击快捷图标生成加密点，再单击成果输出系统会在测区目录下自动生成加密点成果以及精度报告文件.pri文件和.ori文件.im文件。得到结果是否稳定，不稳定则继续重复上诉平差步骤注意 若出现Message提示为：Reduce normal equation system not positive definit 如下图这样情况首先考虑sigma值不收敛，一般这种情况先考虑前面步骤是否有问题，如果没有，那么图像上应该有大错点，首先在PATB平差里记下提示的100001712这个点，那么在点窗口找到该点，在画布视图下微调该点。如下图调整好该点继续平差，如此反复，直到图上提示的点不出现位置错位，那么就该在该点周围加点。如下图然后打开全局视图，点击拾取按钮找到该点位置，在该点周围加点反复如此操作平差到下图即可4.3.5 DEM与DOM的生成1.启动MapMatrix软件，加载MapMatrix空三成果,即加载在DATMatrix生成的.xml成果文件 如图4-23图4-23 检查航带影像各属性参数是否设置正确，并予以调整。如图2-24、图2-25 图2-24 图2-252. 创建立体像对。右键工程节点创建立体像对。 图4-24 图4-25 1、 工程节点下右键全区匹配生成DEM2. 匹配完成后，右键DEM工程节点加入DEM。如图4-25 在工程文件夹下找到同名的.dem文件、打开，如下图。右键加入的DEM显示即可显示刚生成的DEM 下图为测区的DEM成果图,如图4. 3:编辑DEM编辑DEM有两种类型，一是在直接在DEM效果图需要编辑的地方双击左键；另一种方法是；在右键.dem工程节点加入立体像对，右键.dem工程节点使用实时核线编辑（以原始影像作为背景进行编辑，这样可以对dem点使用Page Up、Page Down进行贴地编辑） 将编辑好的DEM保存，新建DOM，新生成的DOM节点上右键选择添加影像，影像添加完成后，在对象属性栏中设置相应的几何参量和正射影像参数。保存设置好的参数，生成DOM。通过DATMatrix软件针对外业采集的航摄影片进行空三加密之后,随后可以将其导入到MapMatrix软件中,对这些外业采集的航摄影像结果进行处理获得其相应的DEM。DEM制作主要过程:首先,在软件中建立处理DEM工程,其次在软件中建立立体像对模型,接着在软件中对影像采取核线采样处理,处理之后将其自行匹配,匹配成功后可以通过软件中生成DEM的模块生成相片的DEM,如果遇见生成的DEM跟实地有所出入的,便可利用软件中的修复DEM模块对DEM进行相应的修复工作-。但在编辑DEM过程中需要注意:1)匹配点以及高程线均应切准模型表面;2)地形高差变化应使用线大于在水面上0. 5m处,处理建成区和森林区;3)DEM编辑之后生成相应的等高线与模型套合或者跟相应的地形图做比较,倘若不能够反应真实的地貌特征,则需要进一步核查修改。倘若还有粗差的存在,更应该反复匹配编辑直到消除粗差。满足以上要求之后就可以制作出质量较好的DEM,才可能做出符合要求的DOM 4) DEM需要设置相应参数,例如:格网间距要求2.0m, DOM输出分辨率为225dpi,匹配窗口应为11,9,或者6,其他参数自行适当调整。通过MapMatrix软件制作完成后输出DOM仍需要相应的影像的匀光、镶嵌以及裁切成图,那么易拼图软件在这三个方面也有着自己独特的优势,更能够实现只要镶嵌之后就能够看到镶嵌之后的效果图。4.3.6影像的匀光由于在外业进行采集的航摄图片受到不同天气以及时间的影响,那么不同航带甚至同一航带的航摄图拼接在一起的时候会因为时间段或者天气的影响而造成图片的色差。所以,后期需要对制作出来的正射影像图进行必要的勾光,让整幅正射图看上去色彩自然协调、美观好看。而影响匀光又分为单个匀光和整体匀光,整体匀光在这就不再赘述,通过单个匀光来展现一下EPT的影像匀光的优越性。首先,在影像进行镶嵌之前,需要对每个原始影像进行影像匀光处理。在开始匀光之前,要进行匀光参数也就是匀色方法的设置, 匀色方法包括有小波滤波法整体匀光和Wallis整体匀光等。那选取了第一种匀光方法,这种方法对于影像阁中的树木梢被等处现基木可以达到还原当吋植被以及树木等的真实Ifil貌的要求。闻4. 4和图4. 5分别为影像匀光前和匀光后,如图:4.3.7镶嵌线的编辑以及图幅修补在影像匀光处理完之后,还需要相应的图像平滑处理,需要地图的正射影像图的拼接。首先,要将MapMatrix软件生成的DOM导入到EPT软件中。通过设置系列参数的一种新的拼接工程,这些参数包括过渡羽化宽度时产生的结來的宽度;重采样法的插值方式保持一致的以往的图像生成。接着需要进行镶嵌的影像被加载在工程中,下图为测区需要镶嵌的部分正射影像图,如图如上图所示正是需要进行镶嵌操作的正射影像图,一般除了要进行图幅镶嵌其实还要涉及到镶嵌线的编辑、图幅修补、图幅接边以及最终的图幅检查都是至关重要的。但在这里就简单介绍下镶嵌的编辑以及图幅修补。在图幅修补之前,对于镶嵌线的编辑有所了解也是至关重要的。镶嵌线应尽量避开或者回避建筑物,尽量沿着地物的轮廓线前进。倘若镶嵌线穿过了河水、房屋以及灯塔之类的建筑物容易造成镶嵌痕迹的存在。如果遇到不可避免的情况,有以下方法:1) DEM引起地扭曲:线性特征的处理,特别是过马路时,在一致的位置收集点的两侧是严格的道路,这可避免DEM造成扭曲的道路。2)不能对目标区域旁路太大:可以尝试着让镶嵌线是相当一致的颜色的深浅,河流和周围的其他地方,可以很方便的使用和处理。3)不能为特征投影旁路太大:确保大型完整的对象,其他对象的高水平,可以做一些相应的合理选择,住房和其他物体,镶嵌画线沿一个高层建筑的边缘,确保高大的房屋完整,保证地图的合理性。原则上只要保证拼接线交叉,不交叉的临界点(即在多个重叠的白色点存在程序),该行为合法的线,就可以牛成正常的图幅。4)镶嵌线角不应太小-嵌线角4能太小,因为需要考虑的过渡效果影响的折角,在马赛克效果的检查也集中在这样一个地方检査。长话短说,当处理的对象为:高不低,它不在线路两侧;镶嵌线两边的颜色要保持一致;角不能太小或没有;镶嵌线镶嵌十字架第一;修复;正确的原则,然/17保存。生成的镶嵌影像阁之间不难发现有很多镶嵌线交接的部分影像不显示,这吋需要适当合理的去拖拽镶嵌线或者添加拐点或者镶嵌线来补足这部分影像。图4. 7跟4. 8就是需要镶嵌的正射影像图的镶嵌前后的对比如图4.74.8:经过EPT进行匀光、镶嵌等一系列处理之后,得到效果比较理想、匀光前匀光后编辑镶嵌线v 由于初始化的镶嵌线是根据正射影像之间的相对位置关系自动搜索出来的，故不可避免地会出现镶嵌线跨越房屋、道路等问题。进行镶嵌线编辑，可以解决这些问题。当检查生成的图幅没有错误后，进入镶嵌线编辑步骤。 v 镶嵌线编辑的原则和技巧嵌线编辑时，镶嵌线应尽量回避直接穿越地物，尽量沿着地物的边缘轮廓或是有明显分界线的地方前进。应尽量让镶嵌线沿着田地中的田埂、道路的边缘、房屋的边角、地物的阴影等各种色彩交界处，而不要直接从中间穿越，特别是河水、池塘和房屋、树木等很容易让镶嵌成果看出有明显镶嵌痕迹的区域。 如遇到无法回避的情况要尽量选择好处理的地方绘制镶嵌线。具体处理方式可以分为下面几种：1 因DEM原因造成地物扭曲用原始影像修补可以解决此类问题，若保证正射影像窗口中的点，与原始影像细节窗口中的相应点为同名点，则可以修补得到正确的、没有扭曲的图幅影像。2 因地物面积过大无法绕行可以尽量让镶嵌线在阴影、河流等颜色比较一致的地方绕行，这样方便使用后面的其他工具来进行后续处理。3 因地物投影过大无法绕行尽量保证大的、级别较高的地物的完整性,对其他的地物可以做些相应合理的取舍，针对房屋等地物，可以采用沿着较为高大的房屋的边缘线绘制镶嵌线，这样即可以保证高大房屋的完整又可以保证图幅的合理性。原则上只要保证镶嵌线不自交、互交、不跨越范围（即程序中红色的区域）、不跨越关键点（即程序中的白色的存在多度重叠的点），即认为该线为合法的线，就可以生成正确的图幅。4 镶嵌线的折角不要过于小镶嵌线的折角不要过于小，因为需要考虑羽化效果对折角处的影响，在对镶嵌效果检查的时候也要重点考虑检查这样的地方。1.1 图幅修补在编辑镶嵌线时，对于图幅中存在的问题区域，利用标记线进行标记。在镶嵌线编辑完成之后，可以进入到图幅编辑模式，参照标记线所对应的区域，对问题区域进行修补。程序中提供两种修补图幅的方式：a) 正射影像修补，为对应工具条上的选项。b) 原始影像修补，为对应工具条上的选项。正射影像修补：对于当前选中的修补区域，利用单片正射影像，对图幅进行修补。原始影像修补：对于当前选中的修补区域，利用MapMatrix工程文件中指定的原始影像，通过其内外方位元素的解算，利用DEM，进行三角网纠正后，将纠正后的影像替换现有的问题区域，解决问题区域影像不正确的问题。此种方式适用于因DEM不正确，引起的房屋扭曲等问题。这两种方式的选择，可以在“修补模型”的结合框中自由地切换。注意事项：1.在镶嵌线没有编辑完成之前，请不要进入到图幅修补模式。若镶嵌线的编辑和图幅修补交替进行，有可能会使图幅修补的成果被覆盖掉，带来不必要的损失。2.镶嵌线编辑过程中，若已经对问题区域作了标记，则在进入标记线编辑模式(快捷键W)时，会自动显示标记线，当进入到其他模式并退出标记线编辑模式后，会自动隐藏标记线。在对问题区域修补完毕后，请同时将该区域所对应的标记线删除，避免重复修补。3若在“新建正射影像拼接工程”时，没有指定MapMatrix工程文件及对应的DEM文件，则在进行图幅修补时，无法启用原始影像修补功能。若此时想启用原始影像修补功能，可在工程设置（快捷键Ctrl+P）中，重新指定对应的MapMatrix工程文件以及DEM文件。4.4 工程实例成果与结论正射影像影像地图成果一般包括两个文件如下图，tiff影像文件和tfw坐标信息文件。一般保存在我们的工程文件夹中的Mapsheet文件夹中其中tfw影像文件需要用记事本方式打开，如下图第一行0.02代表的是X方向上的象素分辨素第二行0.00代表的是X方向上的旋转系数第三行0.00代