城市大比例尺数字真正射影像图制作分析
摘要：对于传统的城市大比例尺数字正射影像图，由于影像图中高大建筑物的顶面严重偏离其正确位置，并压盖或遮挡其他地物，严重影响了影像图的准确判读。本文以秦皇岛市1:1000比例尺真正射影像图制作为例，阐述了从外业航飞影像获取至真正射影像图生产的全过程。
关键词：真正射影像图 真正射纠正 航测射影
1 引言
数字正射影像图具有表现直观、真实、信息量丰富、易于更新等优点，因而逐渐成为数字城市空间数据框架的重要组成部分，并在国土资源调查、城市规划、城市管理等方面发挥越来越重要的作用。对于传统的城市大比例尺数字正射影像图，由于影像图中高大建筑物的顶面严重偏离其正确位置，偏离方向以及偏离程度视摄影中心相对于地物目标的方位而定,有时建筑物会向街道方向倾斜,有时会遮挡其他地物目标,并压盖或遮挡其他地物，严重影响了影像图的准确判读。随着城市建设的快速发展和高分辨率多角度影像的日益普及，传统的数字正射影像图已不能满足城市发展的需要，真正射影像图随之而生。
我国在真正射影像图方面的研究起步较晚，在2006年《中国测绘学科发展蓝皮书》中第一次提出“真正射影像”的概念。简单地说，传统的正射影像图是中心投影，又称为伪正射影像图，而真正射影像图是垂直投影。传统的影像图需要利用包括地形和地物的完整三维数字表面模型（DSM）进行微分纠正，消除投影差，使地形与地物均被纠正到正确的平面位置，并对地物造成的遮挡与阴影进行有效地检测与恢复，从真正意义上确保影像处处为垂直正射投影，从而生成真正射影像图。
近年来，由于秦皇岛市城市建设发展迅速，2005年的航测资料已相对陈旧，城区数据急需更新。在更新的同时，为了更真实地展示城市容貌和建筑物之间的关系位置，为城市规划、建设、管理、公安、消防、交通等行业提供基础测绘地理信息数据支持，秦皇岛市制作了城市区290平方公里的1:1000比例尺数字真正射影像图。
2 技术方案
2.1基本技术参数要求
| 航测面积 | 290平方公里 | 成图比例尺 | 1：1000 |
| 坐标系统 | 1954年北京坐标 | 高程基准 | 1985国家高程基准 |
| 影像成果分辨率 | 10 cm | 真正射影像图分幅 | 50cm×50cm |
| ADS80＋ALS60航摄参数 | |||
| 航高 | 628m(ADS80)/1188m(ALS60) | 航测比例尺 | 1：10000 |
| 航摄仪器 | 数字航摄仪ADS80 激光探测系统ALS60 |
旁向重叠度 | 不小于50% |
| 焦距 | 62.77 mm | 航向重叠度 | 100% |
| 点云密度 | 0.6 m | 飞行速度 | 160km/h |
| GSD | 6.5 cm | 飞机 | 运五 |
2.2航摄仪器的选择及参数要求
航摄仪器选择ADS80推扫式数字航摄仪和ALS60机载三维激光雷达。
| ADS80推扫式数字航摄仪相机参数 | |
| IMU 型号FSAS-SYS | 500 Hz |
| 焦距 | 62.77mm |
| CCD像素大小 | 6.5μm |
| 全色波段线阵 | 2×12000像素(交叉) |
| RGB和NIR波段线阵 | 12000像素 |
| FoV视场角 | 64º |
| 前视方向与底点夹角 | 27º |
| 底点与后视方向夹角 | 14º |
| 前视方向与后视方向夹角 | 41º |
| ALS60机载三维激光雷达参数 | |
| 视场角 | 10-75 º可调 |
| 回波信息 | 4次 |
| 强度信息 | 3次 |
| 激光最大发射频率 | 849000HZ |
| 最高扫描频率 | 100HZ，随视场角增大而减少 |
| 多次回返 | 每个脉冲可探测多达三个目标 |
| 精度 | 高程精度15cm，水平精度1m以内 |
2.3 技术流程图
空中三角测量采用自动空三软件系统：Z/I ImageStation Automatic Triangulation 5.1 版和LPS Orima两个系统进行作业，采用地面控制点与POS系统获取的EO（外方位元素）,通过光束法区域网整体联合平差得到空三加密成果，使得平均每立体像对的加密点都约为20个。Lidar数据的编辑在LidarEdit和TerraScan、TerraModel软件下进行，只保留地面点，植被点、建筑物等人工建筑，桥梁需要移除并且单独放入“Misc Structures”层。数字真正射影像图的制作，主要是利用基于Lidar地面点制作的数字高程模型，对数码航片进行真正射纠正，再进行无缝镶嵌，最后根据1：1000标准分幅进行裁切。
2.4航线的布设
| 项目内容 | 航线总长(KM) | 航线条数 |
| ADS80东西航线 | 1472.7 | 119 |
| ADS80南北航线 | 1109.4 | 144 |
| ALS60航线 | 751.3 | 60 |
| 全测区航线 | 3333.4 | 323 |
2.5 数字真正射影像图的制作
数字真正射影像的制作，首先对多视影像进行空三解算、密集匹配，生成高精度的地表三维点云（DSM），同时在多视匹配过程中记录同名像点及其与地面点的可视对应关系；其次在正射纠正过程中利用记录结果，选取地面点在影像上的最佳像素进行灰度重采样；然后，通过阴影检测，并对阴影进行处理和影像匀光；最后以像素为单位组合生成真正射影像，并根据1：1000标准分幅进行裁切。
3 精度评定
对获取的数字真正射影像图选取明显地物点，通过外业全站仪数据采集，进行了平面精度的验证，平面中误差6.3cm，达到了技术设计要求。
4 结语
城市大比例尺真正射影像图是数字城市空间数据框架的重要组成部分。特别是随着我国城市化进程的快速发展，传统正射影像已经不能满足应用需求；另外，低成本、高精度、高重叠度传感器影像的获取与应用日益广泛，为真正射影像图的生产提供了大量冗余信息。如何精确、高效、批量、自动化的真正射影像数据生产将是未来重要的研究课题。
参考文献
[1] 张祖勋,张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1996
[2] 王树根.正射影像上阴影和遮蔽的成像机理与信息处理方法[D].武汉:武汉大学,2003
[3] 刘军,王冬红,王慧等.基于数字建筑物模型的线阵推扫影像真正射纠正.遥感技术与应用.2009,24（1）
[4] 航测秦皇岛市城市区彩色三维地形图工程项目设计书.北京星球数码科技有限公司,2009.12
[5] 航测秦皇岛市城市区彩色三维地形图工程技术总结.北京星球数码科技有限公司,2011.6
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