正射影像地图的制作及其应用

◇高教论述◇　科技鞠向导　２０１１年第０５期　正射影像地图的制作及其应用　王浩姚一飞　（中国矿业大学测绘工程江苏徐州【摘新应用。　２２１　１　１６）　要】在经济飞速发展的时代　传统的地形图更新速度远远不能跟上时代发展的步伐，利用卫星遥感影像数据和航空　摄影制作数字正射影像地图（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｏｒｔｈｏｐｈｏｔｏ　Ｍａｐ，缩写ＤＯＭ），在数字正射影像地图上进行各种专题地图和对地形图的更　【关键词】ＤＯＭ；￣字微分纠正；影像镶￣；ＤＯＭ应用　０．引言　．Ｘ－Ｘｏ＝－数字正射影像图ｆＤｉｇｉｔａｌ　Ｏｒｔｈｏｐｈｏｔ０　Ｍａｐ，ＤＯＭ）是以航摄　影片或遥感影像为基础．经扫描处理并经逐像元进行辐射改　正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据．并将　（．　一　）＋　（ｙ～　）＋ｃ　（ｚ一　）　地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内／夕　）整　％（　ｊ『一　）＋６３（】，一　）＋Ｇ　（ｚ—ｚ　）　饰等形式填加到该影像平面上．形成以栅格数据形式存储的　式中，ｚ是Ｐ点高程，由ＤＥＭ内插求得。应该注意的是，得　影像数据库。它具有地行图的几何精度和影像特征。　到的像点坐标ｐ（ｘ，Ｙ）应该再转换成像元素坐标或扫描坐标　，Ｊ）。　数字正射影像图和通常我们所接触的地图不一样．不存　厶　＋厶０　＋Ｊ［１ｌ＋１　。，：—Ｌ，Ｘ＋ＬＪ＋ＬＴＺ＋Ｚ￣　刍兰　生三±刍兰　刍　在变形，它是地面上的信息在影像图上真实客观的反映．但是　＋厶０　＋厶１　４－１　所包含的信息远比普通地形图丰富．而且其可读性更强　ＤＯＭ　式中，Ｌ　…Ｌ　为定向变换参数。　同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、直观　１．１．３灰度内插　真实、制作周期短。它可作为背景控制信息，评价其它数据的　由于所得的像点坐标不一定落在像元中心．为此必须进行灰　精度、现实性和完整性，也可从中提取自然资源和社会经济发　一般可采用双线性内插，求得像点Ｐ的灰度值出，　。　展信息，为防灾治害和公共设施建设规划等应用提供可靠依　度内插，１．１．４灰度赋值　据。数字正射影像图的制作原理是依据其特点应用专业的地　最后将像点Ｐ的灰度值Ｇ（Ｘ．Ｙ）赋给纠正后像元素Ｐ，即　理信息遥感软件对原始感遥影像经过辐射校正、几何校正后．　Ｘ，Ｙ）＝ｇ（ｘ，ｙ）。　、　消除各种畸变和位移误差而最终得到具有包含地理信息和各　Ｇ（依次对每个纠正像素完成上述运算．即能获得纠正的数字　种专题的卫星遥感数字正射影像地图。ＤＯＭ具有一定几何精　是属于点元素纠正，但在实际的　度的影像。影像植被信息齐全饱满，整体色调清晰均匀，反差　图像。数字纠正从原理上来说，软件系统中．均是以“面元素”作为纠正单元的．一般以正方形作　适中。　为纠正单元　利用反算公式计算该单元４个“角点”的像点坐标，　１．数字正射影像图的制作原理　再沿Ｘ和Ｙ方向．在“面元素”内线性内插求得纠正单元的坐　制作数字正射影像图通常使用基于ＤＥＭ的纠正方法基　标，求得像点坐标后，再内插其灰度。其实质仍为线元素纠正。　于ＤＥＭ的纠正又分为两种方法：其一是单片纠正：其二是全　１．２制作数字正射影像图还需要解决的一些技术问题　数字摄影测量方法　如果某个测区已经有ＤＥＭ数据　即可以　１．２．１参数设定　使用单片纠正的方法　但就目前来看。ＤＥＭ还没有覆盖大部分　影像扫描分辨率、成图分辨率、出片分辨率、ＤＥＭ格网间　区域，因此很多生产单位都使用全数字摄影测量方法。全数字　隔、匹配参数等。　摄影测量方法利用全数字摄影测量系统．首先根据影像纹理　１．２．２　ＤＥＭ的生成　配成立体像对．生成数字高程模型．然后对每一个像元根据其　根据影像纹理．计算机自动生成一定密度的数字高程模　高程进行数字微分纠正．生成正射影像图。使用这种方法能保　型．但为了保证精度．必须在立体下进行粗差检测和接边检　证成果的质量．但它的成图周期相对较长．对作业员的综合素　测．以达到所需的精度要求。　质要求比较高。作业员应该对全数字摄影测量系统比较熟悉．　１．２．３由ＤＥＭ生成等高线　而且应该了解计算机图形图像处理方面的知识　其等高线数据量过大．必须编程解决数据压缩问题。　１．１正射影像图的制作原理　１．２．４在ＡｕｔｏＣＡＤＩ４中利用ＡＤＳ编程生成图廓、注记等，　可以使用全数字摄影测量系统制作各种比例尺的数字正　以用于影像的迭合　射影像图，基本原理是进行数字微分纠正。根据有关的参数和　１．２．５矢量图数据导出．与影像的迭合。　１．２．６解决较大测区生产时．影像地图的拼接边问题．包括　数字地面模型（ＤＴＭ），利用相应的构像方程式，或按一定的数　　学模型用控制点解算．从原始的非正射投影的数字影像获取　几何接边与影像灰度接边。１．３数字正射影像图的技术流程　正射影像．这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行．　１．３．１技术流程框　且使用的是数字方式处理．称为数字微分纠正　具体原理如　，　—厂　ａ，（ｘ－　　２ｑ　）＋　ｂ，（　ｒ－　ｒＤ　＋　ｃｉ（ｚ　－　ｚ￣）　下：　搏气　＿。　１．１．１计算地面坐标　设正射影像上任意一点（像素中心）Ｐ的坐标Ｐ（Ｘ　，Ｙ　），由　正射影像左下角图廓点坐标（ｘ。，）与正射影像比例尺分母Ｍ。　计算Ｐ点对应的地面坐标（ｘ，Ｙ）：　Ｘ＝Ｘｏ＋Ｍ＊Ｘ　，＝Ｉ　Ａ　Ｙ＝Ｙｏ＋Ｍ　Ｙ　，：Ｊ　△　一匡　ｒ　ｌ罱二　二　　】ｊ・ｉ口一［：　】——　ｌ　］　～丁一　：二＿１．＿ｊ　ｒ一＿＿　ｌ　ｌｌ　】　１．１．２计算像点坐标　应用反解公式计算原始图像上相应的像点坐标ｐ（ｘ，Ｙ），在　ｆ　ｉ一卜一　。　；：　一　二　：二　一　ｆ一ｌ　　［毒　］ｉ——　ｉ—；　‘；　ｌ一——ｌ　　ｌ航空摄影测量睛况下　反解公式即为共线方程：　图１流程图（下转第２６页）　２７　２０１１年第Ｏ５期　科技籀向导　◇高教论述◇　取１２份土壤样品进行分析。分析项目为：重金属Ｐｂ和ｃｄ。　表２．２蔬菜地土壤Ｃｄ浓度含量表（ｍｇ／ｋｇ）　土壤采样点　韩马村Ａ点　韩马村Ｂ点　南门村Ｃ点　２．实验结果与分析　通过对土壤中的Ｐｈ元素的测定．土壤中Ｐｂ元素含量如　表２．１及图２．１所示。　表２。１蔬菜地土壤Ｐｂ浓度含量表（ｍｇ／ｋｇ）　土壤采样点　韩马村Ａ蔬菜地　Ｏｃｍ－ｌＯｏｍ　３．９４９７９　３。１８９６１　１Ｊ４５２０６　１　０ｃｍ－２０ｃｍ　２．８６３８２　１．４５２０６　０．３６６０９　２０ｃｍ－３０ｃｍ　２．４２９４３　２．６４６６３　０．２８５５　Ｏｃｍ一１Ｏｃｍ　３９．８４３７４　１０ｃｍ－２０ｃｍ　２０．７０９３２　２０ｃｍ－３０ｃｍ　３．７７５２　南门村Ｄ点　２．１Ｏ３６４　３．１８９６ｌ　２．７５５２２　韩马村Ｂ蔬菜地　南门村ｃ蔬菜地　８．４６７０５　２３．７６９８９　５．４０６４８　２０．７０９３２　２．３４５９２　Ｏ．８１５６３　从表２—２可以得出结论：同一蔬菜区ｃｄ含量随着土壤深　度增加而呈减小的趋势，但变化幅度较小。　３。结论　３．１随着土壤耕作层深度的增加，土壤中Ｐｈ含量有减少　的趋势．并且趋势十分明显：随着土壤耕作层深度的增加，土　从表２一ｌ可以得出以下结论：　壤中ｃｄ含量有减少的趋势。但趋势不是十分明显。　３．２食果类蔬菜多用农膜．而食叶类蔬菜不用农膜，所以　２．１蔬菜地Ａ、Ｃ两区的Ｐｂ含量高于Ｂ、Ｄ两区，而且位于　ｃｄ元素含量理论上会受到此因素的影响。但实　韩马村的Ａ、Ｂ蔬菜地Ｐｂ含量差异十分明显，同土壤深度层的　土壤中的Ｐｂ、无论种植食叶类蔬菜还是食果类蔬菜，对其土壤　Ｐｌ】含量相差４倍左右。同位于南门村的ｃ、Ｄ蔬菜地Ｐｈ含量　验结果表明：耕作层中的ｃｄ含量无明显影响：但是食果类蔬菜的土壤耕作　差异也比较明显　南门村Ｄ蔬菜地　１６．１　１８４７　８．４６７０５　２－２４４９　】含量普遍高于食叶类蔬菜土壤。锈　２．２在同一个蔬菜区的土壤中．随着土壤层深度增加，Ｐｈ　层中Ｐｌ含量不断减小　分析其原因是Ａ、Ｃ点为食叶类蔬菜的土壤，Ｂ、Ｄ点为食果　【参考文献】　ｆ１］赵小敏．土壤地质与资源环境［Ｍ］．北京：地质出版社．２００１．１１．　『２］庞奖励，黄春长，孙根年．西安污灌土中重金属含量及对蔬菜影响　的研究…．陕西：陕西师范大学学报，２００１．６．　『３］郑喜，鲁安怀，高翔等．土壤中重金属污染现状与防治方法［Ｊ］．土壤　与环境．２００２．１１．　『４１鲁如坤．土壤农业化学分析方法『Ｍ１一Ｅ京：中国农业科技出版社，２０００．　『５］傅英江．重金属对蔬菜生产基地土壤环境影响的评价分析［Ｊ］．吉　林：长春工程学院学报　２００４．５．　『６］崔玉亭．化肥与生态环境保护『Ｍ］．北京：化学工业Ｉ＋；版社，２０００．１．２．　类蔬菜的土壤．所以耕作物不同导致土壤中Ｐｈ含量差异较大。由　此实验可以看出食果类蔬菜土壤中Ｐｂ含量小于食叶类蔬菜土　壤．可能是由于食口十类蔬菜较食果类蔬对于Ｐｂ元素的吸收作用　较小．也有可能是食叶类蔬菜根系较食果类蔬根系对土壤中Ｐｂ　元素迁移转化影响作用较弱．具体机理尚需进一步实验研究。　通过对土壤中的ｃｄ元素的测定．土壤中ｃｄ元素含量如　表２．２及图２．２所示　（上接第２７页）１．３．２正射影像的生成　范要求，无明显拼接缝。　生成正射影像所需要的ＤＥＭ．一般可以通过编辑视差曲　３．数字正射影像图的应用　线来得到　由于ＤＥＭ质量的好坏直接影响到生成的正射影像　数字正射影像技术利用了计算机图像处理以及计算机视　的质量．所以ＤＥＭ要尽量的精确　觉、模式识别等先进技术。淘汰了传统光学机械制作模拟正射　首先进行的是匹配前预处理　ＶｉｒｔｕｏＺｏ摄影测量工作站用　影像图的方式　数字正射影像技术通过高精度的图像扫描仪　于自动影像匹配前的预处理．主要是针对某些匹配比较困难　将航空摄影像片扫描输入计算机．以像元为基础把每张航空　的地区所作的一些处理。例如：山脊、沟谷，被黑影遮盖地区、　摄影像片数据纠正到数字地面模型上．消除航摄像片倾斜误　大片居民区、水域等．还有一些影像质量较差、色彩或灰度不　差和地形起伏引起的投影差，再经过镶嵌、切割，从而直接得　致的影像等．这些地方匹配结果可能不好．在影像匹配之前　到一种全新的数字测绘产品——数字正射影像图ｆＤｉｇｉｔａｌ　作预处理．以获得更好的匹配结果．从而可减少匹配编辑的大　Ｏｒｔｈｏｐｈｏｔｏ　Ｍａｐ）　数字正射影像是一种新型数字测绘产品，有　量工作，可大大提高效率。预处理的主要方法，就是在立体模　着广阔应用前景的基础地理信息数据．通过逼真的影像、丰富　型上针对这些地区，测出一些特征点、线、面。如果想要得到更　的色彩客观反映地表现状．与线划图相比具有地面信息丰富．　好的匹配结果和精度．还可以引入测图数据　．ＸＹＺ　预处理结　地物直观，工作效率高、成图周期短的特点。同时数字正射影　束后．就可以进行影像匹配以及对匹配结果进行编辑。当自动　像图的数据也便于应用　它不仅可用于对数字线划地图数据　匹配工作完成后．应利用Ｖｉｒｔｕｏｚｏ摄影测量工作站中的模块　的更新．提高数据的现势性。加快地形图的更新速度，也可作　对各个立体模型的自动匹配结果进行立体编辑。编辑程序提　为背景图直接应用于城市各种地理信息系统：也可以与线划　供了在立体模型中显示视差断面或等视差曲线以及系统认为　图、文字注记进行叠加形成影像地图．丰富地图的形式，增加　是不可靠的点．以便发现粗差进行编辑　交互式机助编辑包括　地图的信息量，应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调　点、线、面等方式的立体编辑。对于生成模型的ＤＥＭ，可有两种　查、地籍测量等方面；利用数字正射影像与数字地面模型或者　处理方式：　建筑结构模型可建立三维立体景观图，丰富城市管理、规划的　ｉ在单个模型ＤＥＭ的基础上进行拼接：首先建立每个模　手段与方法。《　型的ＤＥＭ。再将这些模型的ＤＥＭ拼接起来，建立图幅ｆ或区域１　一的ＤＥＭ。　ｉｉ直接自动生成大范围ｆ含多个立体模型１的ＤＥＭ　输入　［１］孙家捅．遥感原理与应用『Ｍ１．武汉：武汉大学出版社，２００５．　ＤＥＭ的坐标范围ｆ通常是图廓范围１及覆盖该ＤＥＭ范围的全部　［２］张剑清，潘励，王树根．摄影测量学［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社。　立体模型（已作过匹配处理及必要的编辑）．然后选择生成　２００６。　ＤＥＭ，系统将自动建立各模型对应的ＤＥＭ并将其自动拼接成　［３］ｍ富强，凌冰．数字正射影像的原理与生产流程［Ｊ］．黑龙江科技信　用户所需的ＤＥＭ。拼接后要求片与片之间的接边误差满足规　息，２００４，（４）：１３０～１３１．　９６　【参考文献】