牛 群,李 超,李林娜,史 珂,嚴(yán)杏娟,徐 敏

(1.云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公路與建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650500;2.云南省基礎(chǔ)測繪技術(shù)中心,云南 昆明 650034;3.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,云南 昆明 650224)

0 引言

近年來,無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,極大地滿足了社會各行各業(yè)對高分辨率遙感影像的需求。隨著無人機(jī)機(jī)型不斷升級換代,機(jī)載供電系統(tǒng)不斷改進(jìn),滯空時間不斷增長,單架次有效航攝面積不斷擴(kuò)大,使采集的數(shù)據(jù)成倍增加,布設(shè)的數(shù)字航攝像控點(diǎn)數(shù)量也成倍增加。當(dāng)下,測繪型無人機(jī)PPK/RTK新技術(shù)被廣泛應(yīng)用,使數(shù)字?jǐn)z影測量空三加密對像控點(diǎn)數(shù)量要求大幅減少。

像控點(diǎn)是攝影測量控制加密和測圖的基礎(chǔ),滿足成果歸化到國家大地坐標(biāo)系下。目前,像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)以人工操作為主,包括選點(diǎn)和整飾,存在操作繁瑣,人工干預(yù)多,自動化程度低等問題,且無適用的相關(guān)軟件。由此,設(shè)計(jì)開發(fā)了一款面向通用Windows平臺的自動處理輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)能明顯提升自動化水平,提高作業(yè)效率。

1 技術(shù)路線

通過研究像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)處理通用技術(shù)路線,依據(jù)相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-3],參考生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),不斷進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,總結(jié)了一種像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)處理技術(shù)路線,見圖1。

2 開發(fā)方式

本文使用主流的Windows平臺應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境Visual Studio,基于WinForm框架,采用C#高級程序設(shè)計(jì)語言,開發(fā)了自動處理輔助系統(tǒng)。

Visual Studio是微軟公司推出的一個基本完整的開發(fā)工具集,WinForm框架可根據(jù)自身需求設(shè)計(jì)有特色的窗體和可視控件,結(jié)合彼此交互性更好的C#編程語言,可在.NET開發(fā)平臺中創(chuàng)建豐富的基于Windows的應(yīng)用程序[4]。

3 關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

3.1 區(qū)域網(wǎng)自動布點(diǎn)

無人機(jī)數(shù)字航攝采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn),航攝結(jié)束后,通常將機(jī)載POS和原始影像簡易處理制作高分辨率快拼圖,作為像控點(diǎn)布設(shè)底圖,雖地物判讀準(zhǔn)確,點(diǎn)位選定便捷,但原始數(shù)據(jù)拷貝和數(shù)據(jù)處理耗時長。系統(tǒng)僅將POS自動轉(zhuǎn)換為KML地標(biāo)性文件,無需制作快拼圖,與時效性強(qiáng)的在線衛(wèi)星地圖疊加,依據(jù)相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-3],考慮數(shù)字航攝類型、成圖比例尺、輔助定位定姿設(shè)備,計(jì)算布設(shè)參數(shù),確定相鄰像控點(diǎn)航向基線和旁向航線跨度等,在固定區(qū)域內(nèi)人工概略選點(diǎn),生成像控點(diǎn)分布KML文件。

程序讀取POS(StreamReader),按照XML語法格式自動轉(zhuǎn)換為KML文件(StreamWriter),關(guān)鍵代碼如下：

streamwriter.WriteLine("");

streamwriter.WriteLine("");

streamwriter.WriteLine("");

…

streamwriter.WriteLine(" ");∥單張像片信息

streamwriter.WriteLine(" ");

streamwriter.WriteLine(" ");

streamwriter.WriteLine(" ");

streamwriter.WriteLine(" ");

streamwriter.WriteLine(" ");

streamwriter.WriteLine("");

…

streamwriter.Write("");

streamwriter.Close();

在線衛(wèi)星地圖分辨率低,只能進(jìn)行概略選點(diǎn),達(dá)到避開植被茂密及建筑物和構(gòu)筑物稀疏區(qū)域,滿足交通便捷。因此,程序?qū)⑾窨攸c(diǎn)和像片的地理坐標(biāo)變換為投影坐標(biāo),對每個像控點(diǎn),遍歷所有像片,計(jì)算兩者間距離,按最鄰近規(guī)則自動提取最小范圍內(nèi)單張像片,利用原始分辨率單片確認(rèn)點(diǎn)位。如點(diǎn)位有較大改動,處在單片邊緣或不在單片內(nèi),需重新進(jìn)行單片提取,再次確認(rèn)點(diǎn)位。同時,對于像控點(diǎn)測量外業(yè)觀測,單片也能輔助技術(shù)人員現(xiàn)場判讀點(diǎn)位或重新選點(diǎn)。

3.2 外業(yè)采集數(shù)據(jù)自動整理

針對像控點(diǎn)坐標(biāo)測量,普遍使用省級或千尋CORS網(wǎng)絡(luò)RTK。依據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[6-7],每個像控點(diǎn)觀測2次,系統(tǒng)自動讀取點(diǎn)位觀測原始文件(StreamReader),取中數(shù),對同一分區(qū),按點(diǎn)名數(shù)字位升序排列(冒泡排序法[5]),生成點(diǎn)位觀測順序表和像控點(diǎn)成果表(StreamWriter)。

為了便于技術(shù)人員空三刺點(diǎn),現(xiàn)場需拍攝點(diǎn)位遠(yuǎn)景和近景照片各一張,遠(yuǎn)景即反映點(diǎn)位與周邊特征地物的相對位置關(guān)系,近景要求拍攝對中桿桿尖落地處(地面點(diǎn))或接收機(jī)天線座底部(非地面點(diǎn))?，F(xiàn)場照片無需人工更名,系統(tǒng)能自動獲取全部的拍攝時間(System.Drawing.Image.FromStream、System.Drawing.Image .PropertyItems),按先后順序(冒泡排序法[5]),匹配點(diǎn)位觀測順序表,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場照片重命名。

3.3 數(shù)字刺點(diǎn)片自動制作

數(shù)字刺點(diǎn)片能輔助技術(shù)人員準(zhǔn)確判讀點(diǎn)位,便于點(diǎn)位信息存檔。初始需人工確定點(diǎn)位,在單片Maximum(300%)比例點(diǎn)擊準(zhǔn)確位置(PrickPoint),系統(tǒng)便自動添加固定標(biāo)識和截圖范圍,并居中顯示,進(jìn)而一鍵截取相應(yīng)尺度點(diǎn)位(Intercept Maximum/Intercept Middle/Intercept Minimum),隨即順次多尺度變換到Middle(100%)、Minimum(25%)比例進(jìn)行截圖(見圖2),同時鏈接像控點(diǎn)屬性值和成果表,利用iTextSharp.dll(iTextSharp.text、iTextSharp.text.pdf)開源類庫自動生成符合相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]的PDF格式數(shù)字刺點(diǎn)片,見圖3。

圖2 點(diǎn)位多尺度截圖Fig.2 Multi-scale screenshot of point position

圖3 數(shù)字刺點(diǎn)片成果Fig.3 Achievement of digital punctate photo

點(diǎn)位多尺度截圖尺寸為Maximum(500×500)、Middle(500×500)、Minimum(440×880)。如點(diǎn)位靠近單片邊緣,Minimum(25%)比例點(diǎn)位截圖會有缺失。此時,截圖范圍能提供關(guān)鍵參考,輔助確定單片平移量,使點(diǎn)位截圖滿幅。

4 應(yīng)用試驗(yàn)

按前述的像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)處理技術(shù)路線和關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)方法,設(shè)計(jì)了無人機(jī)低空遙感影像區(qū)域網(wǎng)定向輔助系統(tǒng),見圖4。圖中從左至右依次為POS預(yù)處理、布設(shè)參數(shù)計(jì)算、點(diǎn)位單片提取、坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)整理、現(xiàn)場照片重命名和數(shù)字刺點(diǎn)片制作,各功能模塊操作界面見圖5。

圖4 無人機(jī)低空遙感影像區(qū)域網(wǎng)定向輔助系統(tǒng)Fig.4 Oriented auxiliary system for UAV low-altitude remote sensing image in regional network

圖5 各功能模塊操作界面Fig.5 Operation interface of each function modules

系統(tǒng)結(jié)合云南省地質(zhì)災(zāi)害隱患識別中心建設(shè)滇西三江地區(qū)航攝影像獲取及正射影像制作項(xiàng)目,項(xiàng)目目標(biāo)即開展遙感手段的地質(zhì)災(zāi)害隱患識別分析,切實(shí)提高云南省地質(zhì)災(zāi)害隱患識別水平和防治科技支撐能力。對2萬km2項(xiàng)目區(qū),按功能模塊順次操作,高效完成了像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)處理。

5 結(jié)束語

應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性,系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo),最大限度地提升了相關(guān)操作的自動化水平,盡可能減少用戶干預(yù),減少工作冗余,明顯降低了對操作人員專業(yè)能力和配備數(shù)量的要求。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了像控點(diǎn)測量內(nèi)業(yè)處理的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,能高效指導(dǎo)生產(chǎn),顯著提高作業(yè)效率,在行業(yè)內(nèi)具有一定的推廣意義。