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【摘 要】在如今众多全数字摄影测量系统中,中国测绘科学研究院无人机项目组研制的现代航测全自动测量系统MAP-Ver 以其在无人飞行器低空航测数据处理方面的超强能力得到了越来越多生产单位的青睐,在此主要介绍MAP-Ver系统的组成结构,并探讨其在生产时间中的应用,由此总结其有别于其他系统的性能特点,最后探讨其发展前景。
【关键词】MAP-Ver;空三加密;DEM;DOM
Application of data processing in automatic Measurement System MAP-Ver aerial unmanned aircraft in low altitude aerial
Chen Gang, Liu Pan
(Xi'an Dadi Surveying and Mapping Co., Ltd. Xi'an Shannxi 710054)
【Abstract】In today's many digital photogrammetric system, the Chinese Academy of Surveying and Mapping UAV project team developed automatic measuring system of modern aerial survey of its MAP-Ver unmanned aircraft at low altitude aerial survey data processing capacity of the super- favor of more and more production units, in this introduces MAP-Ver system composition, and to explore its application in the production time, thus summing up their performance characteristics different from other systems, the last of its development prospects.
【Key words】MAP-Ver; Air encryption; DEM; DOM
1. 引言
近年来无人飞行器低空航摄技术由于其快速灵活,成本低性价比高的特点,在国民生产中得到广泛应用,但其影像单片覆盖范围小,无测量光标,镜头畸变差较大的原因,使得传统数字摄影测量系统(Virtuozo,Jx4等)处理起来特别繁琐,多有不便。作为国内无人飞行器低空航测研究领域的领导者,中国测绘科学研究院无人机项目组研制的现代航测全自动测量系统MAP-Ver应运而生,给整个无人飞行器低空航测领域带来重大转机,推动了行业的发展。
2. 系统组成
MAP-Ver系统由硬件部分和软件部分两部分组成。
(1)硬件部分—简易工作站
20GB硬盘、1GB内存、1.5GH主频以上计算机;
32M以上三维图形显卡;
立体眼镜(可选)
(2)软件部分—专业处理模块
MAP-AT——自动空中三角测量模块
MAP-DEM——自动生成 DEM 模块
MAP-DOM——自动生成 DOM 模块
MAP-DLG——相片测图与编辑模块
以上模块都在同一操作界面中,均可独立使用。
3. MAP-Ver 在生产中的应用
MAP-Ver.系统能够处理现有航摄相机、非测量数码相机等相机通过普通飞机航摄、低空轻型机航摄、无人机航摄、无人飞艇航摄所获取的竖直摄影影像、交向摄影影像、倾斜影影像以及复杂航线多基线摄影影像;通过多视影像匹配自动构建空中三角测量网,能进行多达 10000 片影像的大区域网光束平差;配合低空遥感的高分辨率影像,实现高精度航测定位;并且,能自动化生产数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)等产品。
其在航测内业生产中的基本作业流程如下:
图1
3.1 空三加密。
生产过程中,空中三角测量是摄影测量生产中的关键步骤,但在传统作业方式下,空三是一项非常乏味和耗时的工作:选择、转刺加密点,量测加密点和控制点的像片坐标,进行区域网平差,检测并剔除粗差等等。
MAP-AT作为 MAP-Ver系统的全自动计算模块,由于自有的独特的匹配算法,相比传统的手工作业模式效率大幅度提高。经过生产测试,空三自动化处理和精度均高于其他国际知名软件。尤其是处理速度,在不损失精度和同样测试数据(5000 张影像,每张 120 个平差点)测试计算中,比国际上著名软件快 7~10 倍。其中的自动空三功能除半自动量测控制点之外,其他所有作业(包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网)都可以自动完成。
在广西某沿海1:1000三维地形测量项目中,由于测区的大面积水域和滩涂,按照传统的手工空三加密要求从每张影像上量测 9 个标准定向点,点位难以选择,而且不利于观测,模型匹配很费劲,当采用MAP-AT模块中的“ATE”(自动连接点提取)功能,不需要人工干预可以全自动完成,它不仅能自动选择加密点位置,还同时提取了大量的多余定向点用来提高定向精度,以及解决相片落水的问题。既保证了加密精度,又提高了作业效率,受的业主方的高度评价。
3.2 DEM采集。
MAP-DEM作为全自动DEM采集模块,它采用目前表达DEM最理想的方法——TIN模式内插点的办法获得DEM数据。TIN由空三加密过程中自动匹配生成的海量离散点(36144/片),自动提取的格网点,和已有三维坐标数据(全站仪采集数据或者已有电子图数据)而生成。
TIN构成后,可以结合三角网以及立体影像根据各类工程的不同需要准确的编辑各种断裂线、地形特征线。然后全自动生成DEM成果。
在山西广浑高速公路1:2000数字地面模型测量中,由于对线路中心附近200米范围内的DEM数据精度要求优于1:1000,因此我们作业中这一区域内的数据采集全部由全站仪外业采集而来,利用MAP-DEM的优势,我们很方便的把这些原始观测数据导入其中,和其他匹配点一起参与构网,保证了测区的DEM精度,也有效利用了已有三维数据。促进了内外业的协同作业。
3.3 DOM采集。
在MAP-DOM模块中,利用已成的DEM和内、外方位元素对原始影像进行正射纠正,得到所需的正射影像,这属于一种精纠正,精度较高。此过程是一个批处理过程,可以整区域DEM生成单模型DOM,也可单模型DEM生成单模型DOM。而后再根据生产要求在进行必要的晕色、拼接、分幅等操作,生成一幅或多幅正式的DOM产品交付客户使用。
关中河流、水系综合治理1:2000数字正射影像图、山西广浑高速1:2000数字正射影像图及广东某核电站1:1000数字正射影像图等均是在该软件MAP-DOM模块下完成的。也正是该软件的高精确度、高度自动化及与其它模块的高度协同,才使我们各项工程得以高质高效的完成,赢得客户的赞许。
3.4 DLG采集。
MAP-DLG与传统的数字测量系统相比在测图方面有一个较大的优点,就是可以在原始影像的基础上平面测图,减少工作强度,提高工作效率。传统测图需要戴立体眼镜,对测图人员来说,进行长时间的作业,对眼睛有很大的损害同时作业效率也不高,针对这些现状和情况,软件提供的高精度的影像匹配算法,在影像质量较好的情况下不用戴立体眼镜就可以进行测图。
这一特点,有效降低了设备成本和作业门槛,便于规模化作业,在山西广浑高速公路1:2000数字测图中,我们10个作业组同时进行,2天时间完成了全线路160公里约90平方公里的测图任务,为客户赢的了时间,为公司提高了声誉。
4. MAP-Ver系统的特点
自从2007年西安大地测绘工程公司引进第一台MAP-Ver系统,到今天共拥有15台MAP-Ver设备。使用该系统共完50余项生产任务,其中比较大型的项目有:
西安市浐灞生态区1:1000三维地形测量,陕西省宁强县、略阳县1:2000灾情评估影像图,山西广浑高速公路1:2000三维地形测量,环关中河流、水库治理1:2000三维地形测量等。
通过多年来对MAP-Ver系统的使用以及与其他摄影测量系统的比较,笔者认为,在处理无人飞行器低空影像方面有以下几个特点:
4.1 硬件设备规格要求低,移动、使用方便。
系统对于计算机的要求很低,一般的台式机和笔记本基本都能满足安装、作业的要求,这一优势提高了系统的移动性、便于内外业一体化作业。
在2008年“5.12”汶川大地震,陕西省的宁强县救灾用1:2000影像图制作中,由于测区破坏严重,影像数据的传送运输极为困难,于是为了第一时间为灾区提供影像,内业人员携带作业系统也随外业队伍一起到达测区,在帐篷里、在发电机的轰隆声中用2天时间完成了整个测区的影像图制作工作。
4.2 自动化程度高,作业效率高。
MAP-Ver系统自动化程度达到80%以上,比如它的自动空三功能除半自动量测控制点之外,其他所有作业(包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网)都可以自动完成。
单模型从空三加密到最后的成正射影像图只需要3分钟,是传统摄影测量速度30分钟/模型的10倍左右,极大提高了生产效率。
4.3 针对无人飞行器和非量测用数码相机等非传统摄影方法获取的数据有很强的操作性,符合行业发展的方向
基于无人小飞机的低空影像有其独特的优点,其结构简单,造价低廉,能完成大型的有人驾驶飞机不宜执行的多种任务。 无人机飞行高度低,灵敏性强,性能优异,系统成本低, 直接获得的数字影像分辨率高等技术特点,因此被作为一种理想的飞行平台广泛应用于军事和民用各个领域,但是其获取的影像,单片覆盖范围小,无测量光标,镜头畸变差较大,传统的航测系统往往对其数据束手无策,而MAP-Ver利用其自身解算方法的科学性和程序实际的独特性,成功解决这些难题。
5. 结论
经过多个工程项目的应用,我们发现MAP-Ver系统能方便高效的完成一系列航测内业生产工作。尤其其在无人飞行器低空摄影中的独特创新和广泛应用,随着国家测绘局加紧对无人飞行器低空摄影测量的认证和生产规范的制定,必将推动整个行业的巨大发展。为测量带来革命性的创新。
参考文献
[1] 李建波.全数字摄影测量系统在生产中的应用.测绘技术装备.2009,1
[文章编号]1006-7619(2010)05-02-381
[作者简介]陈刚(1981-),男,陕西西安人,助理工程师,主要从事无人机航测测绘生产工作;
刘潘(1984-),男,陕西咸阳人,兰州大学毕业,助理工程师,数字城市开发。
【关键词】MAP-Ver;空三加密;DEM;DOM
Application of data processing in automatic Measurement System MAP-Ver aerial unmanned aircraft in low altitude aerial
Chen Gang, Liu Pan
(Xi'an Dadi Surveying and Mapping Co., Ltd. Xi'an Shannxi 710054)
【Abstract】In today's many digital photogrammetric system, the Chinese Academy of Surveying and Mapping UAV project team developed automatic measuring system of modern aerial survey of its MAP-Ver unmanned aircraft at low altitude aerial survey data processing capacity of the super- favor of more and more production units, in this introduces MAP-Ver system composition, and to explore its application in the production time, thus summing up their performance characteristics different from other systems, the last of its development prospects.
【Key words】MAP-Ver; Air encryption; DEM; DOM
1. 引言
近年来无人飞行器低空航摄技术由于其快速灵活,成本低性价比高的特点,在国民生产中得到广泛应用,但其影像单片覆盖范围小,无测量光标,镜头畸变差较大的原因,使得传统数字摄影测量系统(Virtuozo,Jx4等)处理起来特别繁琐,多有不便。作为国内无人飞行器低空航测研究领域的领导者,中国测绘科学研究院无人机项目组研制的现代航测全自动测量系统MAP-Ver应运而生,给整个无人飞行器低空航测领域带来重大转机,推动了行业的发展。
2. 系统组成
MAP-Ver系统由硬件部分和软件部分两部分组成。
(1)硬件部分—简易工作站
20GB硬盘、1GB内存、1.5GH主频以上计算机;
32M以上三维图形显卡;
立体眼镜(可选)
(2)软件部分—专业处理模块
MAP-AT——自动空中三角测量模块
MAP-DEM——自动生成 DEM 模块
MAP-DOM——自动生成 DOM 模块
MAP-DLG——相片测图与编辑模块
以上模块都在同一操作界面中,均可独立使用。
3. MAP-Ver 在生产中的应用
MAP-Ver.系统能够处理现有航摄相机、非测量数码相机等相机通过普通飞机航摄、低空轻型机航摄、无人机航摄、无人飞艇航摄所获取的竖直摄影影像、交向摄影影像、倾斜影影像以及复杂航线多基线摄影影像;通过多视影像匹配自动构建空中三角测量网,能进行多达 10000 片影像的大区域网光束平差;配合低空遥感的高分辨率影像,实现高精度航测定位;并且,能自动化生产数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)等产品。
其在航测内业生产中的基本作业流程如下:
图1
3.1 空三加密。
生产过程中,空中三角测量是摄影测量生产中的关键步骤,但在传统作业方式下,空三是一项非常乏味和耗时的工作:选择、转刺加密点,量测加密点和控制点的像片坐标,进行区域网平差,检测并剔除粗差等等。
MAP-AT作为 MAP-Ver系统的全自动计算模块,由于自有的独特的匹配算法,相比传统的手工作业模式效率大幅度提高。经过生产测试,空三自动化处理和精度均高于其他国际知名软件。尤其是处理速度,在不损失精度和同样测试数据(5000 张影像,每张 120 个平差点)测试计算中,比国际上著名软件快 7~10 倍。其中的自动空三功能除半自动量测控制点之外,其他所有作业(包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网)都可以自动完成。
在广西某沿海1:1000三维地形测量项目中,由于测区的大面积水域和滩涂,按照传统的手工空三加密要求从每张影像上量测 9 个标准定向点,点位难以选择,而且不利于观测,模型匹配很费劲,当采用MAP-AT模块中的“ATE”(自动连接点提取)功能,不需要人工干预可以全自动完成,它不仅能自动选择加密点位置,还同时提取了大量的多余定向点用来提高定向精度,以及解决相片落水的问题。既保证了加密精度,又提高了作业效率,受的业主方的高度评价。
3.2 DEM采集。
MAP-DEM作为全自动DEM采集模块,它采用目前表达DEM最理想的方法——TIN模式内插点的办法获得DEM数据。TIN由空三加密过程中自动匹配生成的海量离散点(36144/片),自动提取的格网点,和已有三维坐标数据(全站仪采集数据或者已有电子图数据)而生成。
TIN构成后,可以结合三角网以及立体影像根据各类工程的不同需要准确的编辑各种断裂线、地形特征线。然后全自动生成DEM成果。
在山西广浑高速公路1:2000数字地面模型测量中,由于对线路中心附近200米范围内的DEM数据精度要求优于1:1000,因此我们作业中这一区域内的数据采集全部由全站仪外业采集而来,利用MAP-DEM的优势,我们很方便的把这些原始观测数据导入其中,和其他匹配点一起参与构网,保证了测区的DEM精度,也有效利用了已有三维数据。促进了内外业的协同作业。
3.3 DOM采集。
在MAP-DOM模块中,利用已成的DEM和内、外方位元素对原始影像进行正射纠正,得到所需的正射影像,这属于一种精纠正,精度较高。此过程是一个批处理过程,可以整区域DEM生成单模型DOM,也可单模型DEM生成单模型DOM。而后再根据生产要求在进行必要的晕色、拼接、分幅等操作,生成一幅或多幅正式的DOM产品交付客户使用。
关中河流、水系综合治理1:2000数字正射影像图、山西广浑高速1:2000数字正射影像图及广东某核电站1:1000数字正射影像图等均是在该软件MAP-DOM模块下完成的。也正是该软件的高精确度、高度自动化及与其它模块的高度协同,才使我们各项工程得以高质高效的完成,赢得客户的赞许。
3.4 DLG采集。
MAP-DLG与传统的数字测量系统相比在测图方面有一个较大的优点,就是可以在原始影像的基础上平面测图,减少工作强度,提高工作效率。传统测图需要戴立体眼镜,对测图人员来说,进行长时间的作业,对眼睛有很大的损害同时作业效率也不高,针对这些现状和情况,软件提供的高精度的影像匹配算法,在影像质量较好的情况下不用戴立体眼镜就可以进行测图。
这一特点,有效降低了设备成本和作业门槛,便于规模化作业,在山西广浑高速公路1:2000数字测图中,我们10个作业组同时进行,2天时间完成了全线路160公里约90平方公里的测图任务,为客户赢的了时间,为公司提高了声誉。
4. MAP-Ver系统的特点
自从2007年西安大地测绘工程公司引进第一台MAP-Ver系统,到今天共拥有15台MAP-Ver设备。使用该系统共完50余项生产任务,其中比较大型的项目有:
西安市浐灞生态区1:1000三维地形测量,陕西省宁强县、略阳县1:2000灾情评估影像图,山西广浑高速公路1:2000三维地形测量,环关中河流、水库治理1:2000三维地形测量等。
通过多年来对MAP-Ver系统的使用以及与其他摄影测量系统的比较,笔者认为,在处理无人飞行器低空影像方面有以下几个特点:
4.1 硬件设备规格要求低,移动、使用方便。
系统对于计算机的要求很低,一般的台式机和笔记本基本都能满足安装、作业的要求,这一优势提高了系统的移动性、便于内外业一体化作业。
在2008年“5.12”汶川大地震,陕西省的宁强县救灾用1:2000影像图制作中,由于测区破坏严重,影像数据的传送运输极为困难,于是为了第一时间为灾区提供影像,内业人员携带作业系统也随外业队伍一起到达测区,在帐篷里、在发电机的轰隆声中用2天时间完成了整个测区的影像图制作工作。
4.2 自动化程度高,作业效率高。
MAP-Ver系统自动化程度达到80%以上,比如它的自动空三功能除半自动量测控制点之外,其他所有作业(包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网)都可以自动完成。
单模型从空三加密到最后的成正射影像图只需要3分钟,是传统摄影测量速度30分钟/模型的10倍左右,极大提高了生产效率。
4.3 针对无人飞行器和非量测用数码相机等非传统摄影方法获取的数据有很强的操作性,符合行业发展的方向
基于无人小飞机的低空影像有其独特的优点,其结构简单,造价低廉,能完成大型的有人驾驶飞机不宜执行的多种任务。 无人机飞行高度低,灵敏性强,性能优异,系统成本低, 直接获得的数字影像分辨率高等技术特点,因此被作为一种理想的飞行平台广泛应用于军事和民用各个领域,但是其获取的影像,单片覆盖范围小,无测量光标,镜头畸变差较大,传统的航测系统往往对其数据束手无策,而MAP-Ver利用其自身解算方法的科学性和程序实际的独特性,成功解决这些难题。
5. 结论
经过多个工程项目的应用,我们发现MAP-Ver系统能方便高效的完成一系列航测内业生产工作。尤其其在无人飞行器低空摄影中的独特创新和广泛应用,随着国家测绘局加紧对无人飞行器低空摄影测量的认证和生产规范的制定,必将推动整个行业的巨大发展。为测量带来革命性的创新。
参考文献
[1] 李建波.全数字摄影测量系统在生产中的应用.测绘技术装备.2009,1
[文章编号]1006-7619(2010)05-02-381
[作者简介]陈刚(1981-),男,陕西西安人,助理工程师,主要从事无人机航测测绘生产工作;
刘潘(1984-),男,陕西咸阳人,兰州大学毕业,助理工程师,数字城市开发。