徐 奡，孔玉霞，劉藝莎，朱丹晨，徐瑞廷

(遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)和三維定向追蹤測(cè)圖技術(shù)的飛速發(fā)展，4D產(chǎn)品在系統(tǒng)交通、管線、通信、銀行、土地等領(lǐng)域都有了廣泛應(yīng)用，因此對(duì)4D產(chǎn)品的生產(chǎn)也有了更大的需求〔1〕。數(shù)字線劃圖(DLG)是4D產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的，其內(nèi)容補(bǔ)充更快捷，更新方式更方便，表現(xiàn)效果能夠及時(shí)修改，因此具有極為廣闊的發(fā)展前景。

數(shù)字線劃圖(DLG)是指在對(duì)航攝影像及無(wú)人機(jī)影像等高空作業(yè)成果，進(jìn)行管理存儲(chǔ)和矢量化的基礎(chǔ)上分層處理，包括三維坐標(biāo)信息和二維屬性要素等基本地理特征的數(shù)據(jù)集，它可以作為各類專業(yè)信息系統(tǒng)空間定位的基礎(chǔ)〔2〕。常規(guī)DLG產(chǎn)品的生產(chǎn)方法主要包括數(shù)據(jù)處理和符號(hào)化兩個(gè)主要部分。

傳統(tǒng)的DLG制作存在硬件軟件投入太大，生產(chǎn)成本較高，對(duì)于高精度，復(fù)雜地形條件下成圖誤差較大等缺點(diǎn)，所以我們需要進(jìn)一步對(duì)快速簡(jiǎn)便生產(chǎn)DLG的方法進(jìn)行研究。無(wú)人機(jī)影像作為一種新型的高科技力量，具有高清晰度、大比例尺、小面積、高顯示等優(yōu)點(diǎn)，為DLG的生成與研究提供了更便捷高效的手段。

1 無(wú)人機(jī)及軟件選取

(1)無(wú)人機(jī)的選?。焊鶕?jù)實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，選擇多旋翼無(wú)人機(jī)。多旋翼無(wú)人機(jī)相對(duì)于固定翼無(wú)人機(jī)具有輕便、成本比較低廉、可以定點(diǎn)懸停、適用于航拍、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘查、特殊物體運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢(shì)。

(2)軟件的選?。篤irtuoZo攝影測(cè)量系統(tǒng)具備多元的信息采集、數(shù)據(jù)處理、影像矢量化功能，可以快速生產(chǎn)數(shù)字正射影像，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的內(nèi)部定位和外端延伸，從而利用專業(yè)的數(shù)字測(cè)圖技術(shù)，高精度地測(cè)量并生產(chǎn)數(shù)字線劃圖。

2 DLG數(shù)據(jù)采集及圖像處理

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)無(wú)人機(jī)獲取的航攝像片進(jìn)行參數(shù)采集，整理后將全部坐標(biāo)及參數(shù)信息用于像對(duì)定向，進(jìn)行DLG新建，創(chuàng)建立體像對(duì)并進(jìn)行數(shù)字化處理。

(1)內(nèi)定向：內(nèi)定向的目的是創(chuàng)建一個(gè)變換，將圖像從掃描坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為以圖像主點(diǎn)為原點(diǎn)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，如圖1所示。

圖1 影像內(nèi)定向

(2)相對(duì)定向：相對(duì)定向是根據(jù)立體圖像的幾何內(nèi)在關(guān)系來(lái)確定兩幅圖像的相對(duì)位置，用于建立地面的三維模型，其要點(diǎn)是通過(guò)尋找同名點(diǎn)來(lái)確定兩個(gè)圖像之間的關(guān)系。生成核線影像，即將原始圖像數(shù)據(jù)逐個(gè)按照核線的方向重新排列，形成按核線排列的三維圖像。

(3)絕對(duì)定向：為了使建立的模型與地面一致，還需要利用控制點(diǎn)調(diào)整比例尺以滿足測(cè)繪要求，并將模型平鋪?zhàn)儞Q到地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系，完成絕對(duì)定向。

2.2 數(shù)據(jù)采集

將全部坐標(biāo)及參數(shù)信息用于像對(duì)定向處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理后，航片影像在最大程度保持原始屬性的前提下完成了矢量數(shù)據(jù)建庫(kù)，同時(shí)對(duì)源數(shù)據(jù)文件進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)，并開(kāi)始對(duì)航空影像進(jìn)行DLG數(shù)據(jù)的采集。在DLG新建后，創(chuàng)建立體像對(duì)并進(jìn)行數(shù)字化處理。

在VirtuoZo軟件中，進(jìn)行測(cè)區(qū)參數(shù)、影像參數(shù)、相機(jī)參數(shù)的設(shè)定后進(jìn)行立體測(cè)圖，分別采集水系、道路、居民地等地物要素和等高線、高程點(diǎn)等地貌要素〔3〕。在三維空間中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，如圖2所示。一般將影像擴(kuò)大為原來(lái)的兩倍。在數(shù)字化測(cè)圖過(guò)程中，進(jìn)行測(cè)圖模式的設(shè)定，進(jìn)入模式選項(xiàng)后，將所連接外端操作設(shè)備的工作方式設(shè)置為滾輪操作，并注意鼠標(biāo)測(cè)圖時(shí)三鍵的功能。

圖2 立體測(cè)圖

空間上的數(shù)字化測(cè)圖工作主要包括地物測(cè)量、數(shù)據(jù)管理和識(shí)別注記等。測(cè)量地物的基本步驟為：輸入或選擇地物特征碼(按照Virtuo-Zo的符號(hào)庫(kù))；尋找到測(cè)圖任務(wù)點(diǎn)，識(shí)別出地物類型更改選項(xiàng)功能；同時(shí)注意開(kāi)啟必要的輔助功能；最后完成對(duì)地物的測(cè)量，對(duì)于特殊地物時(shí)，要按照標(biāo)椎進(jìn)行采集。在軟件中，系統(tǒng)將記錄每個(gè)測(cè)圖環(huán)節(jié)所獲得的成果，并將之保存在測(cè)圖過(guò)程的數(shù)據(jù)文件中。

2.3 符號(hào)化與制圖整飾

對(duì)于屏幕上地物要素的跟蹤，可以把正射影像圖按一定的比例插入工作區(qū)中，在系統(tǒng)中選取配置符合國(guó)標(biāo)新版符號(hào)庫(kù)的符號(hào)進(jìn)行使用，圖上進(jìn)行相應(yīng)要素采集，注意對(duì)特殊地貌的處理方法以及比例尺的調(diào)整，使所有要素的實(shí)際用途及要素環(huán)境保持盡量高的貼合性，如圖3所示。

圖3 繪圖成果

在主界面的工程瀏覽窗口中找到工程，然后右鍵選擇創(chuàng)建立體像對(duì)，再選中DLG目錄下文件進(jìn)行加入立體像對(duì)。在菜單的工作區(qū)選擇導(dǎo)入，進(jìn)行導(dǎo)入DXW/DWG文件。將準(zhǔn)備好的DXW/DWG文件進(jìn)行導(dǎo)入。對(duì)導(dǎo)入文件進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)外包后刪除導(dǎo)入的DXW/DWG文件，以確定作業(yè)范圍。

2.4 DLG成果輸出

通過(guò)軟件分幅功能中的標(biāo)準(zhǔn)矩形分幅對(duì)采集完的數(shù)據(jù)進(jìn)行分幅。以此來(lái)確定采集數(shù)據(jù)范圍的圖幅編號(hào)，再通過(guò)分幅中的圖廓整飾對(duì)圖廓的圖名、接圖表、比例尺、圖例、版權(quán)機(jī)關(guān)、制作單位、資料說(shuō)明等進(jìn)行編寫(xiě)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，需要將脫機(jī)生產(chǎn)的DLG文件進(jìn)行編輯，即無(wú)人機(jī)獲取的二維影像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集成帶有坐標(biāo)、高程信息的三維數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)化，以DXF形式存儲(chǔ)并入庫(kù)，進(jìn)行圖幅修飾完成生產(chǎn)。

3 DLG質(zhì)量檢查

DLG生產(chǎn)主要有地形圖掃描矢量化法和全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法兩種，這兩種生產(chǎn)DLG產(chǎn)品的方法均需對(duì)數(shù)字線劃圖成果的內(nèi)容準(zhǔn)確度與可用性進(jìn)行質(zhì)量檢查，主要為數(shù)據(jù)精度和采集合理性兩方面。

數(shù)據(jù)精度。首先檢查所采用的坐標(biāo)系的正確性〔4〕。再通過(guò)軟件數(shù)字化處理后的數(shù)字線劃圖對(duì)照源文件，檢查高程點(diǎn)及等高線所屬高程值是否正確；高程點(diǎn)分布密度是否符合精度標(biāo)準(zhǔn),選取的標(biāo)注點(diǎn)是否均勻分布在整幅圖上，坐標(biāo)和高程值的精度是否滿足規(guī)范中的限差要求等；對(duì)于測(cè)圖區(qū)域范圍大的影像，單次檢測(cè)的范圍要隨之?dāng)U大，檢測(cè)次數(shù)也要增加，并保持標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

合理性。利用VirtuoZo軟件對(duì)數(shù)字線劃圖檢查各要素層是否建立了拓?fù)潢P(guān)系。采集要素的相對(duì)位置關(guān)系是否正確合理。檢查各層要素是否重復(fù)；檢查注記內(nèi)容是否有誤或表達(dá)有歧義，地物是否共線或相交處的屬性值是否相互覆蓋，并將所有調(diào)整的特征要素與矢量化前的源數(shù)據(jù)文件進(jìn)行校正比對(duì)〔5〕；尺寸比例是否符合精度及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，檢查帶有指向性的符號(hào)是否正確，如公路方向、水流向等；圖廓內(nèi)容的整體布局是否符合邏輯性、美觀性。

數(shù)字線劃圖的精度應(yīng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)條件允許的前提下，進(jìn)行多環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢查以及檢驗(yàn)校正，保證原始數(shù)據(jù)信息不被遺漏，同時(shí)滿足實(shí)際生產(chǎn)的規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

文章探究了基于無(wú)人機(jī)影像的DLG產(chǎn)品生產(chǎn)與研究，將無(wú)人機(jī)獲取到的數(shù)據(jù)使用VirtuoZo軟件進(jìn)行數(shù)字化編譯，闡述無(wú)人機(jī)及數(shù)字化軟件的選取，無(wú)人機(jī)影像采集，航攝像片數(shù)據(jù)矢量化以及影像處理、成果輸出、質(zhì)量檢查等步驟。生產(chǎn)出應(yīng)用于生活多領(lǐng)域的數(shù)字線劃圖。