全数字摄影测量系统的生产试验调研报告

梅树红
（广西基础地理信息中心）

一、全数字摄影测量系统简介
　　全数字摄影测量是指基于数字影象与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影象匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的方法。即不仅产品是数字的，而且其中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
　　1、全数字摄影测量系统的主要功能与产品

　　2、全数字化摄影测量系统一般由以下几个部分组成：
　　高精度影象扫描仪
　　全数字化摄影测量系统软件及运行平台
　　计算机立体观测设备（包括立体眼镜、手轮脚盘等）
　　大容量存储设备
　　大幅面高分辨率的影象输出设备等
　　3、全数字化摄影测量系统的一般工作步骤：
　　影象自动相关匹配
　　自动生成数字高程模型
　　自动生成数字正射影象
　　自动生成等高线
　　人工或半自动跟踪地物进行地物量测
　　4、现市场上的全数字摄影测量系统主要有：
　　Helava的DPW770（市场占有率最大）、美国Intergraph公司的Imagestation、德国Zeiss公司的PHOTODIS、瑞士Leica 公司的DVP（Digital Video Plotter）、武汉测绘科技大学的Virtuozo、中国测绘科学研究院的JX－4A DPW 。
　　全数字自动摄影测量系统，对系统的软硬件配置有较高的要求，目前主要是两种形式：一种是硬件、软件一体化的数字摄影测量工作站，如Imagestation；另一种是独立的软件系统，它可以安装在多种计算机硬件平台上，如Virtuozo。一体化的数字摄影测量工作站，它的软件的运行依附于特殊的硬件设备，系统的功能相对较强，但是投资相对较高。而对软件、硬件相互独立的数字摄影测量系统来说，虽然它的软件也运行在一定的硬件设备上，但由于软件研制者与硬件厂商是相互独立的，因此软件的开发、功能扩展、系统升级等并不受硬件的约束，系统的成本相对较低，用户还可根据资金等情况对可选配件进行选择，使用较为灵活。现在Virtuozo的工作站版需在SGI工作站上运行，但输入输出设备则是可选件；而Virtuozo NT 和JX－4A 都只是要求一定配置的计算机即可。
二、数字摄影测量试验情况
　　时间：1998年3月－4月
　　资料：南宁地区四个像对的航测资料，包括1：32000的透明正片、控制资料、调绘资料。其中航空摄影工作是1993年中飞公司完成的，内业加密是广西航空遥感测绘院1998年2月完成，外业调绘是广西第二测绘院1996年完成。用来作比较的地形图是1975年出版的用模拟型仪器测绘的1：10000地形图。这几个像对主要是丘陵地貌，对广西的地貌而言有一定的代表性。
　　内容：利用中国测绘科学研究院研制的JX－4A数字摄影测量系统作生产试验，试验结果与原用模拟测图仪的结果进行比较，然后再用武汉测绘科技大学研制的VIRTUOZO数字摄影测量系统作对比试验。
　　目的：了解数字摄测量的工艺流程、生产效率；两套软硬件设备的性能情况及比较。
　　（一） 用JX－4A的试验情况：
　　1、JX－4A 的工作流程（见图2.1）
　　2、试验情况：
　　从3月10日开始熟悉系统，3月11日正式开始上机作业。
　　3月11日－17日 第一个像对的定向、DEM采集工作
　　3月18日－20日 第二个像对的定向及DEM采集工作
　　3月23日－25日 测部分矢量图及成果整理
　　结果：两个像对的DEM、等高线、一幅45*65的正射影象图. 部分地物测量结果（dxf格式）
　　图像扫描：在国家基础地理信息中心用美国Vexcel Image公司制造的VX3000扫描仪进行航片扫描，扫描分辨率为25u，对于1：32000的像片，相当于0.8米的地面分辨率。每张像片扫描时间约为25－30分钟。四个航摄像对共五张航片，经扫描后按TIF格式输出，约82M*5=410MB 数据。
　　3、工作效率：定向、骨架DEM计算、特征线采集、DEM单点编辑、构TIN及内插物方DEM计算、数字正射影象图的形成，视难易程度每个像对约需一天半到两天。定向及相关计算、数字正射影象图的形成等不到半天，而DEM单点编辑、特征线采集则需一天到一天半。若提高相关匹配算法精度、改进特征线采集方法则可提高工效。

　　添加了自动匹配功能，但基本上还是人工测图方式，而且由于影象漫游的速度跟不上手轮脚盘的速度，因此影响了测图速度。成果形式与精度分析：JX－4A的主要成果有数字地面模型DEM、数字正射影象DOM、数字线划图DLG。由于其目前由DEM生成等高线的程序尚不完善，故无法与旧图对比其高程精度。现提供一组北京测绘院同期用JX－4A作的1：5万DEM的内插点与全站仪外业检查结果作的精度统计作参考：

　　（二） Virtuozo 工作站版试验情况
　　1、工作流程（见图2.2）
　　2、试验情况
　　3月30日－4月2日两个像对的DEM采集及部分地物量测工作结果：两个像对的DEM、等高线（dxf格式）、一幅65*45的正射影象图、一幅65*45的正射影象+等高线+地物量测结果的叠加图、部分地物量测结果（dxf格式）。
　　3、工作效率：从扫描工作开始，经扫描、影象处理、地面控制点文件及有关参数的数据准备和输入到生成DEM、等高线图和数字正射影象图，每个象对约需半天。而国家基础地理信息中心的统计为2小时。
　　地物量测：基本上是人工测图方式，可以直接Microstation作平台测图，编辑功能较强。且有自动匹配及半自动、自动边界提取功能，但也是图象漫游跟不上手轮脚盘的速度，对测图速度有一定影响。地物量测结果可以正射影象图叠加输出。地物量测结果与等高线生成结果目前是以按编码分层的dxf格式与GIS库连接，ARC/INFO格式的输出正在研制中。
　　成果形式与精度分析：
　　Virtuozo的产品主要有数字地面模型DEM、数字正射影象DOM、数字线划图DLG，等高线，DOM与DLG叠加的新型正射影象图，三维立体景观图。

　　经用生成的等高线与旧图对比，相差最大为一个等高距（2.5米）。

　　（三） 、Virtuozo NT版
　　1、工作流程：同Virtuozo工作站版
　　2、试验情况
　　4月6日－4月8日 两个像对的DEM采集及部分地物量测工作
　　结果：两个像对的DEM、等高线（dxf格式）、一幅65*45的正射影象图、一幅65*45的正射影象+等高线+地物量测结果的叠加图、部分地物量测结果（dxf格式）。
　　工作效率：计算速度稍慢于工作站，但最费时的编辑方面差不多，故从扫描工作开始，经扫描、影象处理、地面控制点文件及有关参数的数据准备和输入到生成DEM、等高线图和数字正射影象图，每个象对也只约需半天。
　　地物量测：人工或半自动测图方式，有自动匹配功能，可加注记，编辑功能基本满足要求。主要是其解决了漫游速度的问题，地物量测速度可通过半自动功能提高一点工作效率。地物量测结果可与正射影象图叠加输出。地物量测结果与等高线生成结果目前是以按编码分层的dxf格式与GIS库连接，ARC/INFO格式的输出正在研制中。
　　成果形式与精度分析：Virtuozo 的产品主要有数字地面模型DEM、数字正射影象DOM、数字线划图DLG，等高线，DOM与DLG叠加的新型正射影象图，三维立体景观图。
　　经用生成的等高线与旧图对比，相差最大为一个等高距（2.5米）
三、Jx-4A 与Virtuozo NT版（以下简称Virtuozo）的对比

四、全数字摄影测量系统综合情况比较：

五、综述
　　从本试验看出，现国内的两套全数字摄影测量系统各有所长，且都已能达到生产的精度要求，并能明显提高生产效率，及丰富产品形式。
　　当然，评价一个全数字化自动摄影测量系统的成果是否满足精度要求，仅仅拿用全数字自动摄影测量方法测绘的成果与常规摄影测量的成果进行对比是不够的。但从理论上讲，在全数字化自动摄影测量系统的作业过程中，由于不存在作业人员疲劳、地貌的人为综合、不同作业人员的立体观测误差等人为因素的影响，因此在修正了少量因影象不清晰、阴影、植被覆盖等可能使影象匹配结果不准确的情况下，用全数字化自动化摄影测量系统生成的数字地面模型、数字正射影象和等高线的精度应优于用常规方法测图的精度。而其它一些省局的试验也证实了这一点。
　　全数字摄影测量系统的应用，可以说是摄影测量一个质的变化，至少在以下几个方面是大大优于常规测图的：
　　1、自动空中三角测量的应用，省略了解析空三中人工大量的选点、刺点、转点等琐碎的工作，可以大大提高空三的工作效率。
　　2、全数字摄影测量系统采集DEM的高效率和高精度，正是目前基础库更新所迫切需要的。
　　3、全数字摄影测量系统还可以更好的适应市场需求，因它不单可以提供单一的地图产品，还可制作工程断面图以及为地形复杂地区的大型工程制作建基岩体影象图，便于在砼复盖后仍保留建基面的地质构造印象及数学关系。这可称之为四维产品（三维+时间）。
　　4、其产品可以直接与地理信息系统基础库连接。目前全数字摄影测量系统中仍有一些问题需解决，如：
　　（1）、树木、建筑物的自动识别及DEM改正。
　　（2）、地物自动识别与量测。
　　（3）、遮挡、阴影区域等纹理不清地方的处理。