数字摄影测量生产的相关问题的探讨与分析

数字摄影测量生产的相关问题的探讨与分析 摘 要 本文介绍数字摄影测量软件与硬件以及生 产过程中的质量控制和数字摄影测量生产辅助系统的开发 的必要性 关键词 数字摄影测量 数字高程模型 数字线划 图 数字正射影像图 软件 硬件 质量控制 0 引言 数字摄影测量技术在我国经过多年的发展 如今已进 入了实用化阶段 目前我国有相当一部分测绘单位陆续引 进了数字摄影测量系统 井逐步形成生产能力 由于正式 生产开展时间不是很长 因此可能对于有些使用者来说 许多问题仍不是很清楚 诸如软硬件如何配置 产品究竟 有哪些 数字摄影测量生产辅助系统的问题以及产品的质 量检查方法等等 本文通过总结一些相关的生产经验 对 有关问题提出相应的建议 1 软件选择 1 1 数字摄影测量软件 已商品化的全数字摄影测量系统较多如徕卡 Helava 的 DPW Intergraph 公司的 ImageStation 以及国产的部分系统 等 国产的全数字摄影测量系统包括武汉测绘科技大学研 制的 VirtuoZo 系统和中国测绘科学研究院研制的 JX4G 系 统 与国外同类产品相比 其具有良好的性能价格比 因 此在国内拥有众多用户 两个系统进行比较的话 前者具 有自动化程度高 速度快的特点 后者则具有对 DEM 编辑 能力强 精度高的优势 1 2 辅助软件 商品化的数字摄影测量系统可接收和输出多种数据格 式 因此可利用相关的图形图像处理软件对原始数据进行 预处理或对最终成果进行后期加工 例如利用 Photoshop 较 强的图象处理功能 就可对原始扫描影像的色调和反差等 进行调整 使之影像更清楚 1 3 自行开发软件 根据不同作业区要求和现有仪器设备状况 在数据转 换 定向文件整理 精度检测与统计等方面需要自行开发 系列软件来解决实际生产中存在的问题 2 硬件配置 2 1 计算机 早期的系统一般基于某种高档的图形工作站开发 如 Helava 系统在 SUN 工作站上开发 由于微机技术的飞速发 展 原来需要高档图形工作站实现的许多功能完全可以在 微机上完成 因此 目前的数字摄影测量系统一般都开发 了 UNIX 和 WINDOWS NT 两套版本 其中 NT 版本因其硬 件价格低廉越来越受到用户喜爱 2 2 存储设备 数字摄影测量生产中的原始影像 中间或最终成果都 将产生较大的数据量 大容量的硬盘阵列和磁带库是解决 存储问题的一个途径 但成本较高 采用多个大容量移动 硬盘 180GB 以上 用于存储作业数据是解决存储同题的 经济实惠的办法 2 3 网络 由于生产过程中不断需要大量的数据传输 因此对于 网络性能有较高的要求 快速以太网具有技术成熟 成本 低 技术简单等优点 2 4 输入 输出设备 国内数字摄影测量生产所使用的原始影像一般为光学 影像 因此需要高分辨率的专用影像扫描仪来进行数字化 徕卡 蔡司公司均有此类产品 数字正射影像图的输出可 选用高分辨率的彩色喷墨绘图机 也可以直接在激光照排 机上输出 3 质量控制 3 1 基础资料的质量控制 基础资料的质量是决定产品质量的关键因素基础资料 主要包括航摄底片 或扫描数据 外业控制资料和空三成 果数据 另外 摄影相机的参数也是重要的基础数据 底 片质量 底片密度 底片压平 有无影像缺陷 飞行质量 及其参数 航摄仪的参数 控制点的来源和精度等 3 2 准备工作中的质量控制 在准备阶段 除进行资料 数据的准备和分析之外 一定要制定相应的质量控制内容和策略 学习和理解有关 的技术文件 对不能确定的质量指标或技术参数 要先进 行试验 在试验的基础上确定每一个生产环节的质量要求 3 3 作业过程的质量控制 3 3 1 建立参数文件和定向 控制点文件 航摄仪参数文件 项目参数文件和模型 参数文件是数字摄影测量生产作业所必须的参数文件 首 先做到文件命名的规范和统一 控制点的点号必须唯一 比例尺 DEM 格网间距 DOM 的地面分辨率等参数内容 必须准确无误 定向包括内定向 相对定向和绝对定向 其定向精度必须符合规定要求 尽管 VirtuoZo 和 JX4A 都 具备了自动定向的功能 但是 对于特殊的情形 仍需要 人工引导和人工加测一些相对定向点 定向完成后 所有 的定向报告文件均应保留 3 3 2 影像匹配和采集 DEM 的质量控制 采用不同的软件其方法有所不同 以 VirtuoZo 和 JX4A 为例 分别说明 1 VirtuoZo 作业质量控制 VirtuoZo 作业过程就是对核线影像自动进行立体匹配 形成匹配点和等视差曲线 然后对模型匹配效果进行人工 检查 根据需要进行编辑处理 最后将匹配点转为物方坐 标 再内插物方 DEM 由此可见 这一工序的质量控制内容 主要是匹配效果的检查 重点检查的区域为影像模糊区 阴影区 大面积水域 森林密集区和建筑区 以及山谷 山脊 冲沟等地形 检查的策略就是实时的过程检查 每 一个对象在编辑完成后 必须经检查员检查并签名后 方 可开始下一步的作业 2 JX4G 作业质量控制 JX4G 是采用格网趋近的方法实现影像匹配 首先自动 生成像方大格网 DEM 然后再自动生成像方中格网 DEM 最后才生成物方小格网 这一过程的检查 其核心就是在 格网大小变换间 由检查员重点进行两项内容的检查 一 是加测的高程特征点 特征线是否完整 合理 二是看编 辑的效果 是否满足要求 也就是看物方 DEM 点是否切准 地面 3 3 3 DOM 纠正镶嵌过程的质量控制 数字微分纠正 检查所用的数学模型是否准确 纠正 影像是否存在明显变形 色彩和色彩调整 应检查相邻各 片之间的色调是否一致 否则应采用图像处理的方法进行 偏差调整 使之基本趋于一致 接边检查 模型接 边处接边限差是否超限 是否有模糊现象 范围检查 影 像范围是否满足规定要求 3 3 4 DOM 注记整饰 元数据 注记检查 位置与名称正确无误 取舍适当 无缺陷 性遗漏 图内外整饰 正确 完备 3 3 5 DEM 质量控制要点 采用数据摄彩测量方法 只做 DOM 和 DEM DOM 一 起制作 在质量控制上可有所侧重 如果要求高质量的 DEM 则质量控制的内容还应包括以下几个方面 第一 除量测特征点 线之外 还要量测高程推测区 和空白区的范围 并量测高程检查点 用于 DEM 精度的检 测 其数据单独记盘交质检部门 第二 粗差的检测 对单模型 DEM 重叠区同名格网点 的高程较差进行统计分析 大于 3 倍高程中误差的点视为 粗差 发现粗差后应分析原因 以上模型重测 直到合乎 限差要求 第三 检查 DEM 是否出现漏洞 外扩范围是否满足要 求等 3 3 6 DLG 质量控制要点 采用数字摄影测生产 DLG 除进行上述参数文件 定 向和匹配结果的检查之外 重点要进行以下内容的检查 第一 要素采集是否正确 是否有漏绘或重复 第二 分层 要素分类及属性结构是否正确 属性值 是否准确无误 第三 检查接边是否正确 接边精度是否达到要求等 3 4 元数据的检查和文件归档的检查 3 5 成果质量的最终检测 成果质量的最终检测 无论对哪个产品来说 都离不 开下面几种方法 第一 野外实地检测法 这种方法成本高 实际操作 困难 可以用来做首批产品的抽检 检查目的是产品的平 面精度和高程精度 第二 室内检测点的检查 检测点的获取可以从加密 过程中加测保密点 也可在比例尺较大的一级地形图上选 取 每幅图的检测点数量视地形情况而定 一般不少于 2O 个主要针对平面精度和高程精度的检测 另外 也可采用 已有资料的检测法 即用更大比例尺的地形图做套合 进 行同名点的检查 第三 目视检测和回放图检测法 主要检查元数据的 数据项 DOM 影像质量及 DLG 的内容检测 第四 软件自动检查和人机交互检查法 检查 DEM 的 粗差 接边 检查 DLG 的要素的正确性 丢漏 以及属性 数据的内容检查 3 6 关于质量控制的几点体会 1 数字摄影测量生产的质量控制 最重要的是做好生 产过程中的质量监控 即在数据采集的整个过程中 要采 取一些有效措施 实时地检验并预防和纠正误差和错误 该项工作是在建立数据精度文档和制定严密工序的制度下 按规定的各项质量指标抽取数据 利用各种检测手段和统 计工具经常而准确地掌握质量动态 以便发现问题采取措 施 防止或减少废次品的再生 使生产过程处于工艺稳定 状态 2 目前数字摄影测量工作站已成为地理信息采集的主 要技术手段 但是 就其生产数字产品的过程以及产品本 身来看 仍缺乏一套标准化的质量控制体系 因此 国家 有关部门应尽快制定相关的技术标准和质量检查难收规定 3 从产品的检查方法上讲 应逐步提高软件检查的使 用范围和深度 从而提高质量检查的效率 4 数字摄影测量生产辅助系统开发与应用 从 1997 年起 我国测绘部门开始推广国产的数字摄影 测量系统 但由于国产软件标准不一 研究时间短 商品 化程度较低等原因 在使用过程中有诸多不便 容易影响 系统功能的正常发挥 同时 用于相关辅助生产的软件系 统也较少 在生产过程中一些工序或是没有统一的规范化 方法 或是较为繁琐 迫切需要一些软件来进行辅助生产 以提高生产质量和生产效率 4 1 系统开发 4 1 1 系统开发目标 1 替代人工进行较繁琐的数据处理 提高工作效率和 工作质量 2 建立一套较完整的 包括数字摄影测量辅助生产各 环节的 自动化程度较高的软件系统 3 适应现代数字化 网络化的生产要求 对数字摄影 测量的生产工艺及生产流程进行规范化的补充与完善 4 针对全数字摄影测量生产辅助性环节 旨在建立一 种科学 规范的生产方法 提高生产质量和工作效率 提 高全数字摄影辅助生产的科学性和准确性 4 1 2 系统开发原则 1 系统性 数字摄影测量生产的辅助生产包括很多工序及生产环 节 若只是单独针对某一个生产环节编制软件 则软件数 量较多 不易进行管理 且容易造成混乱 所以 应在针 对各生产工序的应用进行软件开发的同时 按照不同的功 能或某种原则把这些软件重新组织 分门别类 进行系统 化的集成 2 整体性与独立性 虽然系统是不同生产工序的应用软件的系统化集成 但应保持整体界面的一致性及使用方法上的整体性 注意 有相互联系的功能模块间的有机组织及成果的相互使用问 题 同时 又要保持模块间的相对独立性 不要相互之间 关系过于复杂 以提高系统的应用效率 3 通用性与实用性 为了提高系统的使用范围 系统应尽量包含数字摄影 测量辅助生产的各个生产工序 并考虑不同操作系统及网 络化操作问题 以使系统具有更大的通用性 同时 应结 合生产实践进行总结 开发 提取各生产部门共性的及有 广泛使用意义的问题进行开发集成 对于针对实用效能不 大 应用期短且无代表性的问题所开发的软件应不要加以 集成 使系统具有较好的实用性 4 可扩性和长远性 包括数字摄影测量技术在内的数字化生产技术本身处 于不断的发展之中 且发展速度非常快 这就要求系统在 设计开发时 既要立足当前实际的生产需要 又要考虑今 后数字摄影测量技术及整个数字化生产技术的发展 以及 由其发展而带来的生产工艺及生产工序上的变化 在系统 集成及进行模块化设计时要留有余地 以便能适应系统的 扩充及进一步发展的需要 4 1 3 系统开发中应注 意的问题 1 随着数字摄影测量及数字化技术的较快发展及新问 题的出现 系统要不断地进行更新和功能扩充 因而要注 意实际应用过程中系统的维护和管理问题 更新后的系统 要及时全部覆盖原先的系统 避免造成数据的混乱和成果 的错误 2 考虑到系统是由相对较小的程序集成的实际情况 所以在选择编程语言时应选择开发周期短 界面好 效率 高的编程语言 3 由于采用数字摄影测量等数字化技术生产 4D 数字 产品时间毕竟较短 对于一些生产环节的问题进行处理的 经验很少 甚至经常碰到新问题 新情况 这就要求积极 发挥创造性 探索较合理的解决方法及较科学的程序设计 方法 这样既可以实现数字摄影测量辅助生产工序的科学 化 也同时增强了系统的可应用性 4 开发中既要考虑当前的生产工艺及 流程 又不应 被完全束缚 要针对当前生产工艺 生产流程以及生产管 理中的影响数字化生产的消极因素 进行具体的 有针对 性的系统开发 要有所创新 4 1 4 数字测绘产品生产辅助系统的重要性 毋庸置疑 开发数字摄影测量生产辅助系统 对于提 高生产质量和工作效率 提高全数字摄影辅助生产的科学 性和准确性具有重要意义 但同时笔者也发现 尽管目前 该辅助系覆盖面还不够宽 功能也不是非常强大 但通过 对该系统用 厂大生产人员 技术人员以及管理人员对数 字化生产念逐渐发生了变化 对数字化生产所应具有的自 动化 系及高效性的特点也有了更高的认识 并依此创造 性地对某产工艺进行了富有成效的改革 同时 在实践中 系统的功能不断地得到完善 性能不高 应用范围不断扩 大 以至还增添了其它数字化生产技辅助功能 这一方面 说明 新技术的发展及生产方式的变求与其相适应的辅助 生产方式也要与其一起发展 一起变另一方面也说明 现 实生产中 确实存在对数字化生产辅统的需求 并且随着 数字测绘产品生产规模的不断扩大求也将会不断扩大 因 而 笔者认为 随着数字测绘技术的进一步发展 进开发 功能更完备 更强大的 以 4D 产品为基础的数字测品的生 产辅助系统 并与整个生产过程进行有机结合 应数字产 品生产的一项重要内容 它对于建立科学 完善