VirtuoZo航測(cè)數(shù)字化成圖實(shí)踐與應(yīng)用分析

陶 毅 胡 兵
摘 要：本文用VirtuoZo NT版數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件結(jié)合本人的工作來具體說明航測(cè)數(shù)字化成圖作業(yè)過程及其相關(guān)技術(shù)。
關(guān)鍵詞：航空攝影測(cè)量；航測(cè)數(shù)字化成圖；VirtuoZo
0 引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展和數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、專家系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷發(fā)展，攝影測(cè)量學(xué)已由模擬攝影測(cè)量和解析攝影測(cè)量階段進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量不但能提供現(xiàn)勢(shì)性很強(qiáng)的基礎(chǔ)地理信息，而且是一個(gè)集成度高，適應(yīng)性強(qiáng)的平臺(tái)，眾多的學(xué)科都可以在此平臺(tái)上構(gòu)筑起自己的框架，具有誘人的應(yīng)用前景。
1 概述
1.1航空攝影測(cè)量及其任務(wù)
航空攝影測(cè)量是從飛機(jī)上對(duì)地面作有計(jì)劃的攝影，然后根據(jù)航攝像片提供的圖象信息，在特定的航測(cè)儀上測(cè)制各種比例尺地形圖的一種攝影測(cè)量技術(shù)。常被簡(jiǎn)稱為航測(cè)。航測(cè)的主要任務(wù)是利用航攝像片測(cè)制各種比例尺地形圖，建立地形數(shù)據(jù)庫，并為各種地理信息和土地信息提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.2航空攝影測(cè)量的過程

 

 

 

 

 

 

 

 

2 VirtuoZo系統(tǒng)
VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)功齊全、高度自動(dòng)化的現(xiàn)代攝影測(cè)量系統(tǒng)，能完成從自動(dòng)空中三角測(cè)量(AAT)到測(cè)繪各種比例尺數(shù)字線畫地圖(DLG)，數(shù)字高程模型(DEM)，數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字柵格地圖(DRG)的生產(chǎn)。VirtuoZo等數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)改變了我國(guó)傳統(tǒng)的測(cè)繪模式，提高了生產(chǎn)效率，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各部門得到了廣泛的應(yīng)用。
2.1 VirtuoZo系統(tǒng)的組成
VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：
(1)高精度影像掃描儀 (2)高檔微機(jī)(VirtuoZo NT版本) (3)液晶立體眼鏡和紅外線發(fā)生器
(4)手輪、腳盤 (5)大幅面高分辨率的影像輸出設(shè)備
(6)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo及系統(tǒng)平臺(tái)Windows NT操作系統(tǒng)
2.2 VirtuoZo系統(tǒng)的特點(diǎn)
全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo 具有以下特點(diǎn)：
(1)全軟件化設(shè)計(jì) (2)高度自動(dòng)化 (3)正射影像等操作，基本上不需要人工干預(yù)，可以批處理地自動(dòng)進(jìn)行。(4)高效率 (5)靈活性 (6)通用性 (7)采集三維基礎(chǔ)地理信息的理想平臺(tái)
2.3 VirtuoZo系統(tǒng)工作流程總圖

3 VirtuoZo航測(cè)數(shù)字化成圖作業(yè)
Virtuozo航測(cè)數(shù)字化成圖作業(yè)過程：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、空三加密、創(chuàng)建立體模型、生成核線、數(shù)字化立體測(cè)圖、接邊輸出。
3.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
(1)作業(yè)區(qū)域圖幅資料收集：原始航攝資料的收集，有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求的收集，已有數(shù)據(jù)的利用等。
(2)基礎(chǔ)控制測(cè)量： 基本技術(shù)要求，平面坐標(biāo)系高程系的確定。
(3)野外像控點(diǎn)測(cè)量：野外像控點(diǎn)布點(diǎn)原則及方案。
3.2航測(cè)空三加密
解析空中三角測(cè)量是用攝影解析法確定區(qū)域所有影像的外方位元素。即根據(jù)影像上量測(cè)的像點(diǎn)坐標(biāo)及少量控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)，求出未知點(diǎn)的大地坐標(biāo)，使得已知點(diǎn)增加到每個(gè)模型中不少于四個(gè)，然后利用這些已知點(diǎn)求解影像的外方位元素，因而也稱攝影測(cè)量加密。通俗的講空三加密就是利用少量的野外像控點(diǎn)的大地坐標(biāo)，求出未知點(diǎn)的大地坐標(biāo)，使得已知點(diǎn)增加到更多，然后利用這些已知點(diǎn)求解影像的外方位元素。解析空中三角測(cè)量可分為航帶法、獨(dú)立模型法和光束法。我院目前用VirtuoZo NT全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，采用VirtuoZo NT的空三加密軟件AATM+PATB光束法加密。
空三加密在整個(gè)航測(cè)成圖過程中至關(guān)重要，它決定著整個(gè)航測(cè)成圖的精度，因此在整個(gè)過程中要注意每個(gè)環(huán)節(jié)，確保精度。
3.3 航測(cè)內(nèi)業(yè)測(cè)圖
內(nèi)業(yè)測(cè)圖時(shí)需要作業(yè)員有較強(qiáng)的判讀能力，能夠準(zhǔn)確的對(duì)地物要素進(jìn)行采集。測(cè)圖時(shí)要嚴(yán)格遵守規(guī)范，另外注意不要丟漏地物，內(nèi)業(yè)一個(gè)小疏忽造成的遺漏將對(duì)外業(yè)調(diào)繪造成很大的難度，增加外業(yè)的工作量。
3.4創(chuàng)建立體模型
作完加密后輸出加密點(diǎn)，退出AATM。運(yùn)行VirtuoZo程序，自動(dòng)生成測(cè)區(qū)各立體模型參數(shù)，即完成測(cè)區(qū)所有模型的定向。
3.5 生成核線影像
在定義的作業(yè)區(qū)域內(nèi)，按同名核線將影像的灰度予以重新排列，形成按核線方向排列的立體影像。此項(xiàng)操作可批處理進(jìn)行。
3.6立體測(cè)圖
運(yùn)行VirtuoZo程序，啟動(dòng)IGS數(shù)字化測(cè)圖模塊，以圖幅為單位輸入四角坐標(biāo)建立矢量文件(*.xyz)，如圖3；裝載立體模型，帶上液晶立體眼鏡即可在立體影像上進(jìn)行地物的判讀和等高線的勾繪。要判讀準(zhǔn)確表示合理，圖面要美觀。自檢后方可由檢查員進(jìn)行檢查。

 

圖3 地圖參數(shù)的設(shè)定
3.7數(shù)據(jù)接邊輸出
矢量文件*.xyz經(jīng)檢查完全合格后，進(jìn)行接邊處理，然后數(shù)據(jù)輸出。*.xyz →*.dxf。
立體測(cè)圖只是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一種獲取。
3.8外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)
(1) 外業(yè)調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)工作在航內(nèi)提供的航測(cè)初級(jí)圖上直接進(jìn)行。外業(yè)調(diào)繪人員按規(guī)范、圖式、設(shè)計(jì)書的要求對(duì)內(nèi)業(yè)測(cè)繪的地物要素及變形地貌定性，同時(shí)對(duì)航測(cè)原圖進(jìn)行必要的外業(yè)檢查、修改及補(bǔ)測(cè)。
(2) 調(diào)繪必須反映野外調(diào)繪的現(xiàn)狀，對(duì)攝影后新增地物、影像模糊地形、被陰影或影像遮蓋地物應(yīng)到實(shí)地補(bǔ)測(cè)。
(3)具體調(diào)繪要求應(yīng)按照所承攬的任務(wù)設(shè)計(jì)書。階段性調(diào)繪結(jié)束后要對(duì)調(diào)繪圖進(jìn)行100%檢查和驗(yàn)收，以保證下一工序正常運(yùn)行。
3.9 內(nèi)業(yè)編輯
內(nèi)業(yè)編輯的工作量主要集中在航測(cè)內(nèi)業(yè)立體測(cè)圖數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)入庫數(shù)據(jù)之間的圖層與編碼的轉(zhuǎn)換、拓?fù)潢P(guān)系的處理、房檐的改正、電桿的連線等等。
(1) 編輯的目的和要求
編輯的目的：將矢量化采集的數(shù)據(jù)按照?qǐng)D式要求轉(zhuǎn)換成規(guī)范化的符號(hào)。
編輯的要求：1)符合正規(guī)圖式要求 2)點(diǎn)位符號(hào)定位準(zhǔn)確、規(guī)范
3)線狀地物轉(zhuǎn)折、交接處理適當(dāng) 4)地物不能壓蓋 5)圖面處理妥當(dāng)
(2) 編輯的方法
隨著計(jì)算機(jī)的普遍使用，地形圖的編輯方法也越來越多，也開發(fā)出很多有針對(duì)性的編輯程序軟件。我院目前使用的編圖軟件有cmap、cass、mapdraw 、MapGIS等，它們都是以CAD為平臺(tái)的加載軟件，還有Geoway、Antu-mappro-GGS、清華三維等等。根據(jù)不同的項(xiàng)目要求使用不同的編輯軟件。
3.10最終成果檢查驗(yàn)收
(1) 最終檢查采用回放白紙圖檢查方法、檢查各項(xiàng)精度指標(biāo)，是否滿足有關(guān)規(guī)定的精度求。
(2) 數(shù)據(jù)分層及建庫檢查，上機(jī)檢查分層，編碼的正確性，各層中是否重復(fù)數(shù)字化的地形要素，保證拓?fù)潢P(guān)系的正確性。
4 航測(cè)數(shù)字化成圖在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用
4.1 航測(cè)數(shù)字化成圖在軍事國(guó)防建設(shè)中的應(yīng)用
數(shù)字化成圖的最終成果是以數(shù)字形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)上的地形圖。在軍事國(guó)防建設(shè)中，各項(xiàng)工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段，都需要了解工程建設(shè)地區(qū)的地形和環(huán)境條件等資料，以便使規(guī)劃、設(shè)計(jì)符合實(shí)際情況。在一般情況下，都是以地形圖的形式提供這些資料的。在進(jìn)行工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)，要利用地形圖進(jìn)行工程建(構(gòu))筑物的平面、高程布設(shè)和量算工作。地形圖是制定規(guī)劃、進(jìn)行工程建設(shè)的重要依據(jù)和基礎(chǔ)資料。
4.2航測(cè)數(shù)字化成圖在線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
道路(包括公路、鐵路)的線路設(shè)計(jì)是道路工程的基礎(chǔ)工作和重要組成部分，其成果直接關(guān)系到新建道路的線路是否經(jīng)濟(jì)合理，也關(guān)系到道路工程的質(zhì)量。為了滿足線路設(shè)計(jì)要求，必須利用道路沿線的地形、地質(zhì)、水文等資料。航測(cè)數(shù)字化所成的地形圖提供這些資料是最有效最直接的。
4.3 航測(cè)數(shù)字化成圖在城市建設(shè)中的應(yīng)用
某個(gè)城市的規(guī)劃與建設(shè)第一手資料就是地形圖，利用地形圖進(jìn)行工程建(構(gòu))筑物的平面、高程布設(shè)和量算等工作，為施工、放樣提供數(shù)據(jù)。
4.4 航測(cè)數(shù)字化成圖在土地管理與地籍中的應(yīng)用
航測(cè)數(shù)字化成圖在土地管理與地籍測(cè)量中也被廣泛應(yīng)用，土地面積的量算、土質(zhì)的統(tǒng)計(jì)、土地權(quán)屬利用、土地流失量等等都可以在航測(cè)數(shù)字化所成的圖上快速準(zhǔn)確的計(jì)算出來。
航測(cè)數(shù)字化成圖在城建、地質(zhì)、水電、農(nóng)林、土地管理與地籍、環(huán)保等都有著極其重要的作用，具有誘人的應(yīng)用前景。
5 結(jié) 論
通過本人在工作中的實(shí)際操作和使用，簡(jiǎn)單的介紹了VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)航測(cè)法數(shù)字化成圖的作業(yè)過程，并對(duì)其主要步驟作了初步分析。
運(yùn)用VirtuoZo進(jìn)行航測(cè)法數(shù)字化成圖的主要步驟為：
(1)作業(yè)區(qū)域圖幅資料的準(zhǔn)備 (2)基礎(chǔ)控制測(cè)量 (3)野外像控點(diǎn)測(cè)量 (4)航測(cè)空三加密
(5)航測(cè)內(nèi)業(yè)測(cè)圖 (6)外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測(cè) (7)內(nèi)業(yè)編輯 (8)最終成果檢查驗(yàn)收
實(shí)踐證明：
(1)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo簡(jiǎn)單易懂、功能強(qiáng)大、使用方便。
(2)航測(cè)數(shù)字化成圖成本低、速度快、精度高、數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)、易查找使用，值得廣泛推廣。
(3)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量已廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究的眾多領(lǐng)域。
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[4] 全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)（VirtuoZo NT）使用手冊(cè)

 

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