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数字摄影测量系统

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  数字摄影测量时代的一个突出特点是数字摄影测量系统取代了昂贵的模拟和解析摄影测量仪器。我国具有自主知识产权的全数字摄影测量系统主要有VirtuoZo、JX4和DPGrid。

  1. VirtuoZo数字摄影测量工作站

  武汉大学于20世纪70年代中期在仅有256K内存的NOVA计算机上开展了全数字化自动测图系统的研究。在长达30年的研究中,经历了TQ16、NOVA、微机、SGI工作站几代计算机的发展,在影像数据的组织、提高影像匹配的速度、可靠性、精度等方面取得了一系列重大突破,开发了影像框标的自动识别与自动内定向,目标点的自动定位、传递与自动空中三角测量,快速核线影像生成,可靠的快速影像匹配,数字地面模型的自动建立,等高线的自动绘制,数字微分纠正自动制作正射影像等模块,完成了实用化的VirtuoZo数字摄影测量工作站的研制,进而进行产品化、商品化、国际化,并将其推向国内外市场。

  1992年,武汉大学与澳大利亚合作实现VituoZo产品化,1994年开始国际销售。1996年成功地开发了微机版VituoZo,极大地推动了数字摄影测量工作站在生产中的广泛应用。1998年下半年,四川省测绘局遥感院开始引进VirtuoZo,此前其年生产地形图能力为700余幅,到2002年达9000余幅。目前,VirtuoZo在国内外已经销售2000余套。

  

图1 VirtuoZo数字摄影测量工作站

  数字摄影测量的核心技术之一是影像匹配算法,基于观测值独立性准则,提出了独立性与约束条件对立统一的原则,研究了全新的影像匹配算法。在从粗到精、独立性、条件约束(包括地形连续光滑约束、几何约束等)等准则的基础上,结合独立性与约束条件对立统一的原则,实现了遥感影像的高可靠性自动化匹配。图2是某城区高楼附近的影像匹配结果。从图中可以看出,无论是屋顶、地面还是树木,同名像点的匹配都非常理想,匹配结果是传统的影像匹配方法所无法比拟的。图3为采用所提出的匹配算法获得的苏州市某区域的三维点云数据。其中的建筑物屋顶、运动场跑道以及球场标志线等都非常清楚。新的匹配算法已经用于新一代数字摄影测量系统—数字摄影测量网格DPGrid中,取得了非常好的效果。

  

图2 城区高楼附近的影像匹配结果

  

图3 影像匹配算法所获得的三维点云数据

  2. JX4数字摄影测量工作站

  JX4数字摄影测量工作站是基于普通微机的数字摄影测量系统,如图4所示。其主要特点为:① 立体观测平台基于专门的立体影像显示卡,测标固定而影像游动,立体影像漫游速度快且无闪烁,从而保证了立体观测环境的舒适性和量测精度的稳定性;② 严密的子像素影像放大功能,保证了较高的人工观测精度;③ 矢量数据、DEM/DSM、TIN等数据的可视化立体编辑检查环境,保证了生产数据的质量;④ 测图模块使用的预定义动作文件包含了测制矢量图形所需要的所有操作,方便作业员的使用;⑤ 正射影像的生成除了可以使用DEM数据,也可以使用TIN数据。TIN数据的使用有效保证了线性地物影像的连续光滑,避免了DEM数据产生的线性地物影像变形;⑥ 提供了与外部系统联机测图的功能,目前可以与MicroStation、ArcGIS、AutoCAD、国内某电力选线软件、国内几种编图软件等实现联机测图。

  目前,JX4系统已在国内销售了约1500套,销往国外70余套。数字摄影测量系统的进一步开发工作正在进行中,主要解决以下问题:① 多源数据的使用:数码相机数据、三线阵航空/航天影像数据、InSAR数据和立体SAR数据等;② 面向区域的数据生产:自动跨像对的影像漫游量测,区域DEM和DOM的自动生成;③ 基于网络的无缝测图;④ 高密度DEM/DSM数据的自动生成,既可以处理双影像数据,同时也可以处理多幅影像数据;⑤ 基于数据库的全部生产过程管理与数据维护。

  

图4 X4数字摄影测量工作站

  3. 数字摄影测量网格DPGrid

  针对防洪减灾、快速响应等诸多领域对遥感影像快速处理的迫切需要,武汉大学将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量技术相结合,研究开发了一套数字摄影测量网格(digital photogrammetry grid, DPGrid)。其主要特点是:① 将“观测值必须保持独立”的思想引入到影像匹配中,解决观测值独立性与连续光滑约束条件的矛盾,实现了由“无约束”到“有约束”的循环迭代过程,建立了观测值独立与连续光滑约束对立统一的影像匹配系统;② 解决了基于网络与集群计算机进行数字摄影测量自动化的并行处理,极大地提高了数字摄影测量作业的效率;③ 将人机协同处理与自动化处理完全分开,合理组织,建立了人机协同的网络全无缝测图系统;④ 革新了摄影测量的生产流程,既能发挥自动化的高效率,也能大大提高人机协同的效率。

  DPGrid系统实现了航空/航天遥感数据的自动快速处理,其性能远远高于当前的数字摄影测量工作站,能够满足三维空间信息快速采集与更新的需要,是具有自主知识产权的高性能新一代航空航天数字摄影测量处理平台。

  


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