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全数字摄影测量系统数字化成图毕业设计资料
毕业设计[论文]
题目：
全数字摄影测量系统数字化成图
学院：
测绘与城市空间信息学院
专业：
测绘工程
姓名：
刘晓康
学号：
061412223
指导老师：
柏春岚
完成时间：
2016.5.22
摘要
随着全数字摄影测量的发展，数字摄影测量工作站获得了更宽广的应用。
测绘工作正进行着一场具有深远意义的改革，而测绘领域也将进入一个新的时代。
全数字摄影测量系统数字化成图的发展，大大提高了测图的工作效率。
论文利用JX-4G全数字摄影测量工作站实现了河南城建学院的大比例尺测图。
首先介绍了全数字摄影测量系统国内外的研究现状，然后介绍了数字摄影测量的基本原理，最后详细介绍了JX-4内业成图的基本流程，其中包括数字线划图DLG制作、数字高程模型DEM制作、数字正射影像图DOM制作等。
通过实践捡验论述了全数字摄影测量系统的作业流程、作业特点及作业过程中的注意事项。
并对其精度进行了分析。
全数字摄影测量系统有精度高、功能强、效率高、自动化程度高、产品多样化、成图快的特点。
在以后的发展中它会愈来愈强大。
关键词：
数字摄影测量，JX-4G，精度分析
Abstract
Withthedevelopmentofdigitalphotogrammetry,digitalphotogrammetricworkstationhasbeenmorewidelyused.Surveyingandmappingindustryisfacingaprofoundchangeinthefieldofsurveyingandmappinghasthusenteredanewera.FullDigitalPhotogrammetrySystemapplicationdiagramintodigitaltechnology,greatlyimprovingtheefficiencyofthemapping.
Inthispaper,JX-4GDigitalphotogrammetricworkstationmeasuringsystemurbanlarge-scaletopographicmaps.Thefirstchapterintroducestheresearchstatusofdigitalphotogrammetricsystemathomeandabroad,thesecondchapterintroducesthebasicprinciplesofdigitalphotogrammetry,thethirdchapterdescribesthebasicflowofJX-4inthemappingindustry,includingdigitallineFIGDLGproduction,digitalelevationmodel（DEM）production,digitalorthophotomapDOMproduction.
Throughpracticalexperiencediscussestheprocessesfullydigitalphotogrammetricsystems,operatingcharacteristicsandoperationsofprecautions.Anditsaccuracyisanalyzed.
FullDigitalPhotogrammetrysystemhasahighprecision,strongfunction,highefficiency,highdegreeofautomation,productdiversification,mappingquickness.Inthefutureitwillbecomeincreasinglypowerful.
Keywords：
DigitalPhotogrammetry，JX-4G，AccuracyAnalysis
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1研究的目的及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3研究的主要内容1
2全数字摄影测量系统——JX-42
2.1概述2
2.2JX-4软件配置2
2.3JX-4成图原理3
2.4JX-4成图的优缺点4
3全数字摄影测量系统数字化成图5
3.1测区资料分析5
3.2作业流程图5
3.3工作流程5
3.3.1航片扫描5
3.3.2自动空中三角测量6
3.3.3DLG制作流程6
3.3.4DEM制作流程8
3.3.5DOM制作13
3.4精度分析15
3.5测图成果16
结论与展望18
结论18
展望18
参考文献20
致谢21
1绪论
1.1研究的目的及意义
随着社会的进步科技的进步，测绘的方法也从开始的白纸测图渐渐发展成数字化成图与信息化成图，绘制地形图方法也发生了很大的变化。
全数字摄影测量系统的广泛应用和技术的进步、JX-4G全数字摄影测量工作站的研制及使用，让测绘工作在数字化领域又迈出了一步。
地图的制图方法正在逐渐由传统的制图方法向全数字化成图方向发展。
全数字摄影测量系统在室内图形处理中的应用，是摄影测量至关重要的技术变革。
原始的内业成图是一个非常繁琐的处理过程，对工作人员的素质要求很高，而且产品单一，工作速度很慢。
如今，运用全数字摄影测量系统，在一台电脑上就可以完成内业成图的所有任务，而且操纵简便，提升工作效率，精度高，产品多样化。
摄影测量发展至今，已然进入了它的第三进程———数字摄影测量阶段。
它对整个摄影测量的研制和生产都形成了非常久远的影响。
而且，它的影响不光是一种技术的进步、更是一个生产设备的进步和生产效率的提升。
实际上，数字摄影测量的很多概念，和它在所有地理信息产业上的影响，都大大超出模拟摄影测量到解析摄影测量的改革。
1.2国内外研究现状
如今,全球已经有几十个机构研制出数字摄影测量系统,如北京测绘科学研究院研制出的JX4ADPW、武汉测绘科技大学研制出的VirtuoZo等。
基于计算机、影像数字化仪、数字摄影测量软件和输出设备组成的数字摄影测量工作站是摄影测量、计算机立体视觉影像理解和图像识别等科学的综合成就,计算机不仅能完成大部分摄影测量工作,而且凭借模式识别原理,完成自动或半自动辨认,从而很大程度上提升了摄影测量的自动化功能。
国家测绘局对各省级测绘局往数字化方向转变提供资金和技术上的鼎力支持,有力推进数字摄影测量系统在各个地方的推广使用,数字摄影测量系统的使用使得传统摄影测量的应用发生了深远的变革。
1.3研究的主要内容
简要介绍JX-4内业成图的基本原理，然后使用JX-4对河南城建学院测区进行了成图。
最后对成图过程及未来的发展方向进行了分析。
2全数字摄影测量系统——JX-4
2.1概述
全数字摄影测量系统的出现是科技进步的成果。
如今，全数字摄影测量飞速的进步，使全数字摄影测量工作站也得到了更多用户的认可，随之它的种类也逐渐增加。
数字摄影测量工作站按自动化程度有三种类型：
半自动（Semi-Automatic）模式，自动（Automated）模式和全自动（Full-Automated）模式。
其中半自动是人与机器相互配合下完成工作的；自动是工作人员提前输入相关参数定义，以保证工作质量；全自动是完全独立完成工作的，不需要工作人员的定义。
现在全自动模式的功能还有所欠缺，所以还处在自动和半自动之间。
且自动工作模式必须要有相关参数的定义，这些定义基本是要靠工作人员的工作经验了，所以对工作人员的要求较高。
因此，在使用数字摄影测量工作站的自动工作模式时，定义相关参数和作业人员的基本工作能力是确定数字摄影测量工作站能够保证质量完成工作的重要依据。
成熟的数字摄影测量工作站必须是输入相关参数较少而且要求参数对系统影响较小。
现在，大多数数字摄影测量工作站起到的就是一个解析数字图形的解析测图仪的作用，大多数都是人工完成的。
在科技进步的方面考虑，目前的数字摄影测量工作站还没有完全进入到数字摄影测量领域。
因为数字摄影测量与解析摄影测量还有很大的不同，虽然都能处理数字图像，但更为关键的是要看他们能否把数字摄影测量融入到电脑的图形数字化处理、模式识别和计算机视觉等完美融合，将摄影测量的基本操作不断地实现半自动化、自动化，这是数字摄影测量前进的大方向。
全数字摄影测量系统是最先把图像完全数字化的，这种系统没有特别精密光学器件，而且它有数据获取、存贮、处理、管理、成果输出等诸多功能，所以在一个独立的全数字摄影测量系统中就可以解决所有得摄影测量工作，因此有人建议把它称为“数字测图仪”。
由于它可以产生三维图示的形象化产品，其应用将远远超过传统测量的范畴，因此人们更倾向于称其为数字摄影测量工作站（DPW）或软拷贝（Softcopy）摄影测量工作站，甚至更简单、更概括地称之为数字站。
2.2JX-4软件配置
①3D输入、3D显示驱动软件
②全自动内定向、相对定向及半自动
③绝对定向软件
④影像匹配软件
⑤核线纠正及重采样软件
⑥空三加密数据导入模块
⑦投影中心参数直接安置软件
⑧矢量测图模块
⑨鼠标立体测图模块
⑩整体批处理软件（内定向、相对定向、核线重采样、DEM及DOM等）
⑪Tin生成及立体编辑模块
⑫自动生成DEM及DEM处理模块
⑬自动生成等高线模块
⑭自动生成DOM及DOM无缝镶嵌模块
⑮等高线与立体影像套合及编辑模块
⑯由Tin/DEM生成正射影像模块
⑰正射影像拼接匀光模块
⑱特征点/线自动匹配模块
⑲地图符号生成器模块
⑳数据转换和DEM裁切等实用工具软件
2.3JX-4成图原理
数字摄影测量的基本原理是在摄影测量的根本原理基础上，运用计算机技术、数字影像分析、模式识别、影像匹配等各领域的原理方法，从影像中找到所摄目标用数字表达几何与物理信息的摄影测量分支学科。
数字摄影测量的产品是数字化的，而且过程中数据的记录和处理的原始材料也是数字化的。
数字摄影测量，包含电脑辅助成图和影像数字化成图两种。
而影像数字化成图，是根据电脑对数字影像或数字化影像进行处理，用计算机视觉取代人眼的功能，实现图形和物理信息的主动获取。
数字高程模型的制作主要是运用数字摄影测量的方法，这是数据获取最常用最有用的方法之一。
运用带有自动记录装置接口的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量系统,进行人工、半自动或全自动的测量来获得数据。
数字线划地图DLG作为矢量数据集，用以提供地理信息系统作空间检索、空间分析使用。
数字正射影像图的制作可以运用全数字摄影测量系统,回到航测时的摄影姿势,建立立体模型,在系统中对其进行检测、编辑和生成,然后生产出精度比较高的DOM。
数字线划地图可以运用全数字摄影测量工作站JX-4G测量获得。
数字栅格地图是经过一张纸质或其它材质的模拟地形图,用扫描仪扫描获得二维阵列影像,同步对每个系统的灰度或分色进行量化,然后经二值化处理、图像定向、几何校正便形成一幅数字栅格地图。
2.4JX-4成图的优缺点
JX-4系统误差小、功能更多、工作速度更快、自动化程度高、产品的种类更丰富、成图较传统方法更迅速。
JX-4系统缺少地貌宏观认知，当带上立体眼镜制图时容易造成视疲劳，在图形几何信息的测量精度较低，所以生成的等高线精度不够。
3全数字摄影测量系统数字化成图
3.1测区资料分析
测区分析：
河南城建学院处于山区地势坡度大，校区内部有教学楼、道路、花池、树林、操场、杆塔等地物。
资料分析：
摄影主距35.6830mm，扫描影像像素大小为0.05mm，摄影比例尺为1：
1000，有2条航带，第一条航带12张像片，第二条航带12张像片，像片的清晰度高。
3.2作业流程图
图3.1作业流程图
3.3工作流程
3.3.1航片扫描
首先需要得到所测区域的航片资料，然后调整扫描分辨率为0.022mm，用Photoshop软件调整图片的亮度及对比度，使航片清晰易读。
扫描航片的数据格式为TIFF。
3.3.2自动空中三角测量
准备工作：
数字影像和外业控制点像片。
①建立测区。
新建“河南城建学院测区加密”，建立河南城建学院测区相关文件，然后确定测区的航带信息。
②自动完成内定向。
首先，根据各种框标均具有对称性及任意倍数的90°旋转不变性这一特点，对每一种航摄仪自动建立标准的框标模板；然后，利用模板匹配算法自动快速识别与定位各框标点；最后以航摄仪检定的理论框标坐标值为依据，通过二维仿射变换或者是相似变换解算出像元坐标与像点坐标之间的各变换参数。
③自动选点与自动相对定向。
首先，用特征点提取算子从相邻两幅影像的重叠范围内选取均匀分布的明显特征点，并对每一特征点进行局部多点松弛法影像匹配，得到在另一幅影像中的同名点。
为了保证影像匹配的高可靠性，所选的点应充分地多。
然后，进行相对定向解算，并根据相对定向结果剔除粗差后重新计算，直至不含粗差为止。
必要时，可进行人工干预。
④多影像匹配自动转点。
对每幅影像中所选取的明显特征点，在所有与其重叠的影像中，利用核线共面条件约束的局部多点松弛法影像匹配算法进行自动转点，并对每一点进行反向匹配，以检查并排除其匹配出的同名点中可能存在的粗差。
⑤控制点的半自动量测。
摄影测量区域网平差时，要求在测区的固定位置上设立足够的地面控制点。
研究表明，即使是对地面布设的人工标志化点，目前也无法采用影像匹配和模式识别方法完全准确地量测它们的影像坐标。
几乎所有的数字摄影测量系统都只能由作业员直接在计算机屏幕上对地面控制点影像进行判识并精确手工定位，然后通过多影像匹配进行自动转点，得到其在相邻影像上同名点的坐标。
⑥区域网平差。
利用多影像匹配自动转点技术得到的影像连接点坐标可用作原始观测值提供给摄影测量平差软件，进行区域网平差解算。
⑦建立测区内的所有立体模型。
3.3.3DLG制作流程
数字线化图是在观察立体视觉的基础上对影像上的地物进行采集的过程。
在生产的过程中可以结合南方Cass进行矢量数据的修改与拼接。
技术路线：
①工程文件选择
模型选择——选择航片工程——选择航片像对
②矢量文件创建
矢量文件——新建/打开——输入矢量文件名称
③符号库选择
参数——设置Action——选择路径（符号库主文件名为lec）
④测图图例选择
根据影像中物体的属性不同，分别选择出其相应的图例
⑤将矢量图导出至Cass
点击矢量文件——导出矢量文件——导出到指定文件夹即可
⑥矢量图导出至Cass并进行修改
修改内容为线性、颜色、属性
编辑菜单下的各项功能用于图形窗口矢量的编辑。
其下拉菜单如图
图3.2矢量编辑窗口
符号化：
单击这个按键后，鼠标变成方块形状，用鼠标左键选择想要符号化的对象，状态栏提示“选择了1个数据对象，点击鼠标右键符号化”，此时单击鼠标右键，弹出“数据对象已符号化，继续？
”的对话框，点击“确定”后即将此对象按照层表中定义的线型进行符号化。
说明：
当修测母线之后，线型不是直接随母线变化，需要将原有线型删除后将母线重新符号化。
因而一般只有在修改了母线之后才使用该命令。
也可拉框选择多个数据对象来进行符号化。
3.3.4DEM制作流程
①自动匹配参数设置
图3.3自动匹配参数窗口
单击自动匹配选择设置特征线参数选项，然后出现参数设置对话框
图3.4参数设置窗口
这个参数的作用是把当前向量文件中打开的层提取为特征点和特征线。
并不会对关闭的层进行操作。
其中管道半径及管道长度是把向量提取为特征点特征线时，用来抽点的参数，如果把这两个参数都填零，就表示从向量提取为特征点特征线后的每一个节点都要参与计算。
②单击自动提取选择设置参数选项，填写相关参数。
图3.5参数设置窗口
1）格网间距：
此参数是用来设置自动匹配时格网间距的，操作人员可以自己确定其间距。
当格网间距设置的越小，匹配的点就会越多，计算时间也会更长，但精度会有所提高；反之格网间距越大，匹配的点就会越少，计算时间也会减少，但精度会相对下降；
2）搜索半径：
此参数的意义显而易见，它是以像元为单位的。
若参数设置过大，则搜索速度会较慢。
在初值变得更精准时可以相对减小此参数；当地形状况复杂时，可以将此参数值变大；
3）窗口大小：
一般情况下会选择13或15。
当地形复杂时参数值越小；当地形较完整时参数值越大；当扫描分辨率较高时，应该选择更大的窗口。
点击自动匹配参数设置框中的“高级”按钮，显示特征点线提取匹配的各参数栏如图
图3.6参数设置窗口
1）灰度阈值：
进行特征点提取时，首先计算该像元的四邻域灰度差值，如果该像元的灰度与四邻域中两个或两个以上像元灰度的差值，大于设定的“灰度阈值”，则该像元为准特征点被保留；
2）特征点提取窗口大小：
对准特征点进行协方差计算的像元窗口；
3）特征系数阈值：
在对准特征点进行设定窗口大小的协方差计算时，计算得到的系数值如果大于设定的“特征系数阈值”，该像元即被确认为特征点；
4）特征点匹配最小相关系数阈值：
对于提取得到的全部特征点进行相关计算，如果得到的相关系数小于设定的“最小相关系数阈值”，该特征点即被剔出，不参与特征点整体匹配；
5）特征点匹配迭代次数：
设置特征点整体匹配的相关迭代次数；
特征点匹配相关系数阈值：
经过设定迭代次数的特征点整体相关匹配后，特征点的相关系数如果大于相关阈值，则被保留为匹配得到的最终的特征点；
6）特征线匹配长度阈值：
进行特征线提取后，如果提取得到连续一定长度的像元——即超过设定的“长度阈值”，即认为是线特征；
7）管道长度/管道半径：
对于提取得到的线特征像元进行跟踪，控制跟踪时连线的节点，可参见前面小节“特征线参数”的叙述
③生成TIN
图3.7生成TIN窗口
创建TIN：
只有在已经有打开的向量时，此选项才可以选择。
单击此选项，系统将会按照已经设置的参数创建TIN，创建TIN不是立即完成的，只有在进度条隐没了，刷新图形窗口，才会显现已经创建的TIN，如图
图3.8生成TIN图
④创建DEM
只有在已有创建的TIN时，此选项才可以选择。
单击该此选项后，要进行参数设置
图3.9参数设置窗口
填写格网间距，要注意其单位，单击确定后会显示进度条。
只有在进度条隐没了，刷新图形窗口，才会显现出创建好的DEM，如图
图3.10创建DEM
⑤DEM拼接处理
图3.11DEM处理窗口
DEM裁切用于按照设定的裁切方式进行DEM的裁切。
点击该命令后，弹出裁切对话框如图
图3.12DEM裁切
裁切操作步骤如下所示：
1）点击“浏览添加”，在弹出的对话框中选择DEM文件后点击“打开”；
2）可多次点击“浏览添加”添加多个文件；
3）若希望从列表中删除某个文，可选中该文件使之变蓝后，按Delete键删除；
4）选中所添加的文件后，选择相应的裁切方法，然后单击右键在所选文件上，显现对应的窗口（对话框随裁切方式的不同而有所不同，参见下面的“各e.种裁切方式的参数含义”），填写相关数值后点击“确定”；
5）“裁切”变为可选状态，单击就会出现进度条；
6）等待进度条消失，既裁切结束。
每个文件的文件名多出_cut，且变为已裁剪；
7）点击“关闭”关闭裁切对话窗口。
工作流程：
使用JX4G立体测图仪，在TIN中读取已经测好了的向量图的相关信息，完事后在再像对下加测特征点和特征线，获得5m×5m的DEM。
然后进行立体检测。
在没有切准地面的位置，加测特征线，然后构建新的TIN图像，最后获得新的物方5m×5m的DEM图像。
然后再调节图形接边，使用JX4G软件进行裁剪得到正确的DEM成果。
对DEM进行立体漫游检查，然后对不合格的进行修改，用JX4中CHECK－CHX.EXE工具对DEM进行取位更改得到保留一位小数的DEM高程模型。
将此模型打开然后导出BLL格式的DEM图形，得到成果数据。
3.3.5DOM制作
数字微分纠正的基本原理：
数字微分纠正的根本职责是完成两个二维图形相互的的几何形状的变化。
所以它与光学微分纠正的原理相差不大，在做数字微分纠正时，一定要先明确纠正前后图像间相互的几何联系。
假设随意一个像元在纠正前后图像中的坐标分别是
和
。
他们间存在着以下关联：
；
式（3.1）
；
式（3.2）
公式3.1是用纠正后的点坐标（X,Y）反求纠正钱的点坐标（x,y），这种处理方式我们叫它反解法。
而公式3.2则是用纠正前点坐标（x,y）计算出纠正后点坐标（X,Y），我们把这种处理方式叫做正解法。
在数控正射投影仪中，我们通常使用反解法得到缝隙两端点坐标
和
所对应的像点坐标
和
，之后再用电脑处理得到微分线元素的纠正参数，然后再使用数控正射投影仪的相关功能完成元素的纠正。
我们的纠正方法是先求得元素的坐标，最后完成灰度的内插和赋值的计算。
单击工具栏里的正射纠正按钮，出现正射纠正参数设置的窗口，如图。
图3.13参数设置窗口
1）用鼠标选择影像重采样方式，一般采用缺省的双线性方式；
2）像元地面大小空白处填写需要的大小，注意单位是米；
3）影像纠正时要注意选择的是左正射图像，还是右正射图像；
4）单击模型右边的三个点，出现选择模型的窗口选取其中一个模型下的ini文件并打开该文件，然后文件名就出现在编辑框中了；
5）单击DEM/TIN文件右边的三个点，出现选取模型的DEM或TIN文件窗口，选取相应文件后点击打开，然后文件名就出现在对应的应的编辑框中了；
6）单击添加按钮，完成模型的添加工作；
7）依次按照步骤d）和e）选择模型与相应的DEM，也可依据步骤a）、b）和8）更改参数，点击“添加”将其添加到模型列表中；
9）也可在模型列表中用鼠标左键选中某个模型后点击“删除”，将此模型从列表中删除；
10）若工程目录下有多个模型，且每个模型目录下均存在有文件名为<模型名>.dem的DEM文件，可
点击“批量加”，在弹出的对话框中选择pairs.inf，点击“打开”后，系统自动将所有模型读入模型列表中；
11）单击确定按钮，系统读取文件显示进度条。
此时等待进度条结束即可。
工作流程。
使用JX4G立体测图仪，用制作好的DEM图像，对图像实施单个像对的微分纠正，得到分辨率1米的DOM图像。
注意要在制作完成DOM图像前使用Photoshop软件对所有的图像文件调节色差、对比度、亮度等，以保证测区内的图像色调基本一致。
在做单个像对的DOM时，工作人员需要对邻近图像的色调更加精细的微调，使单像对的DOM在色彩上保持相同，只有这样才能制作出标准的DOM。
最后使用JX4对DEM和DOM进行拼接，得到一个完美的DOM图像。
使用Erdas软件，先导入TIF格式的影像文件，然后再转入地理坐标系，按照公式进行裁剪，得到IMG文件然后导出TIF格式图形文件，得到元数据。
3.4精度分析
DEM的精度是要在不同应用中分别进行预估的，其中在航空摄影测量中，只要知道了相机所使用的焦距和比例尺，就能根据地形结构得到相对应的DEM精度要求。
以1:
10000DOM的制作为例。
航空摄影测量的焦距f为310毫
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