数字正摄影像技术应用研究

绪 论

随着计算机技术和信息技术的迅猛发展，全国城市建设的迅速发展以及各类地理信息系统的建立，人类社会已经进入信息时代，各种信息已被广泛应用与国民经济建设的各个部门。而地理信息系统作为地球空间基础信息数据的载体需要不断的对其源数据进行快速、高效的采集和更新，寻求一种既经济又准确的处理信息的方法显得尤为重要。 数字正射影像是计算机科学、信息、通讯、航空航天和空间定位、遥感等高新技术发展的产物，它的出现使人们可以自动或人机交互式地直接从其上提取各种专题信息，将各种专题信息结果直接加入GIS的数据库中，以实现GIS数据库的自动更新、建立。因此，数字正射影像图制作技术应用研究显得非常必要。

本文就是通过利用数字正射影像技术，研究分析选择适合某城市地区的数字摄影测量系统；结合某城市的实际情况，研究出一套适合城市平坦地区、大比例尺的数字正射影像图生产的技术路线和工艺流程；利用数字正射影像数据更新大比例尺地形图的方法；研究目标影像的高清晰度以及色彩变换的处理与制作等内容，并根据试生产情况，经过产品分析、应用分析、效益分析后可以研究得出数字正射影像技术能为城市的规划、土地、环境、电力、市政等部门提供一种信息丰富、现势性强的数字测绘产品，使城市地理信息系统真正成为领导宏观决策和部门进行科学管理的有效工具。

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1项目背景、研究目的

随着计算机技术和通信技术的迅速发展，使人类社会已经进入了数字化信息时代。在国民经济和社会发展中，数字化的地理信息已成为城市乃至整个国家在各领域宏观决策和规划管理必不可少的支撑条件，因此它对基础的地理信息数据的精度及现势性提出了相当高的要求，同时地理信息系统(GIS)的广泛应用和迅速发展，也对基础地理信息数据的形式提出更多的要求，不仅需要矢量数据、栅格数据，还要形象直观的图像数据。全国的基础地理信息生产单位，在为国民经济和社会发展提供高质量的数字化测绘产品方面，将面临着巨大的机遇和挑战。

数字正射影像技术利用了计算机图像处理以及计算机视觉、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差和地形起伏引起的投影差，再经过镶嵌、切割，从而直接得到一种全新的数字测绘产品——数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）。数字正射影像图通过逼真的影像、丰富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，地物直观，工作效率高、成图周期短的特点，同时数字正射影像图的数据也便于应用。数字正射影像图具有传统的影像图和线划图所无法比拟的优点，其应用前景非常广阔，它可用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查以及一些专题信息的提取、数字线划地图更新等多方面。

近几年，随着全国城市建设的迅速发展以及各类地理信息系统的建立，对基础地理数据精度和现势性提出了很高的要求。但是,目前的1/1000、1/2000地形图测绘很多部门主要采用航测综合法，其成图工序多，效率低、生产周期长，因而地物地貌更新工作量大。同时，航测综合法成图受原材料、设备和生产工艺的，不能有所发展，也已走到了尽头，而且其产品形式是模拟图纸并非数字形式，要满足广大用户对数字测绘产品的要求，必须再化大量的人力、物力和财力对图纸进行数字化，不仅效率低、周期长，成图精度也随之而降低。

因此，该课题的提出，就是通过利用数字正射影像技术能为城市的规划、土地、环境、电力、市政等部门提供一种信息丰富、现势性强的数字测绘产品，并及时更新城市地理信息系统的基础地理数据库，使城市地理信息系统真正成为领导宏观决策和部门进行科学管理的有效工具。

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2数字正射影像技术的定义及特点

数字正射影像（Digital Orthophoto Map,简称DOM）是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空影像，经逐像元进行投影差改正处理、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它以影像为基础，运用地图符号，以其特有的立体景观更为直观地展现各种地表特征，有如下几个方面。

1. 信息量丰富。数字正射影像信息量大，地物直观、层次丰富、色彩(灰度)准确、易于判读。应用于城市规划、土地管理、绿地调查等方面时，可直接从图上了解或量测所需数据和资料，甚至能得到实地踏勘所无法得到的信息和数据，从而减少现场踏勘的时间，提高工作效率；远远超过数字矢量地形图和数字地形模型的信息量。细节表达清楚，随着逐级放大，愈来愈多的信息可以提取出来，应用的领域更为广泛。

2. 数字正射影像是原始影像通过纠正处理的，比例尺和相关位置是准确的，精度高，能满足用途者的各种需求。

3. 数字正射影像图美观一度，即使不具备专业地图知识的人也能看懂。

4. 具有快速更新的特点、数字化数据。利用航空传感器是当前地理信息最重要的快捷更新手段，它所或得的原始信息都是影像，而不是直接或得线划地图；用户可按需要对比例尺进行任意调整、输出，也可对分辨率及数据量进行调整，直接为城市规划、土地管理等用图部门以及GIS用户服务，同时便于数据传输、共享、制版印刷。

5. 专业信息。数字正射影像同时还具有遥感专业信息，通过计算机图象处理可进行各种专业信息的提取、统计与分析。如：农作物、绿地的调查；森林的生长及病虫害；水体及环境的污染；道路、地区面积统计等。

6. 精度高。由于采用先进的设备和先进的技术，使得该产品精度大大提高，前面的精度统计表中可以看出，数字正射影像图上的点位中误差0.49m，而传统的像片平面图点位中误差达到0.8m(图上0.4mm)，最大的可达1m~2m。

3数字正射影像的基本原理

利用光学方法纠正遥感影像是摄影测量中的传统方法。然而近代遥感技术中许多新的传感器获取的影像是框幅式的而且是数字式的，传统的光学纠正仪器在数学关系上就受到，而且价格昂贵，用它生产正射影像的方法逐渐被淘汰。随着数模转换技术、电子计算机和数字图像处理等现代科学技术的发展，形成数字微分纠正技术。

3.1数字微分纠正

根据有关的参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数字模型用控制点解算，从原始非正射的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小

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的区域逐一进行，且使用的是数字式处理，所以叫做数字微分纠正或数字纠正。 数字微分纠正的基本任务是实现原始图像和纠正后图像这两个2维图像间的几何变换。用足够小的区域作为纠正单元，利用该纠正单元的地面实际高程控制纠正元素，从而实现从中心投影到正射投影的正确变换。设任意像元在原始图像和纠正后图像中左边分别为（x, y）和(X, Y) ,它们之间的映射关系为

x=Fx (X, Y); y=Fy(X, Y) (1) X=fx (x, y); Y=fy (x, y) (2)

式（1）是由纠正后的像点坐标（X, Y）出发反求在原始图像上的像点坐标（x,y）,这种方法称为反解法（或间接解法）。式（2）是由原始图像上的像点坐标（x, y）解求纠正后图像上相应点坐标（X, Y），这种方法称为正解法（或直接解法）。

数字影像是由像元素排列而成的矩阵，其处理的最基本单元是像素，因此，对数字影像进行数字微分纠正，在原理上最适合点元素微分纠正。但由于很难真是地测定每个像元的物方坐标（X , Y ,Z ）一般采用线性内插。因此数字纠正中，一般是利用反解公式（1）解求对应像元素的坐标，然后采用双线性内插进行灰度内插，最后将像点的灰度值赋值给纠正后的像元素。依次对纠正元素进行运算处理，就能获得纠正后的数字图像。

3.2影像镶嵌及其关键技术

影像纠正过程中地面控制点精度或纠正方法本身局限性，可能造成统一地面特征在相邻影像上有几何错开现象；传感器成像时间、地面糙度、太阳高度角及大气环境等因素影响，可能使相邻影像上出现不同的辐射特征等情况。因此，镶嵌就是要消除相邻影像几何错开和辐射特征上的差异，以实现影像的无缝拼接。其关键技术有色彩平衡、接边区域影像匹配、接边纠正、影像镶嵌等。

4研究内容和技术难点

1、选择适合城市地区的数字摄影测量系统。现有数字摄影测量系统有多种，性能相对而言比较好的数字摄影测量系统是Intergraph公司的ImageStation、Leica Heleva公司的DPW数字摄影测量系统、适普公司的Vitruzo和四维公司的JX—4数字测图仪，课题组对国内外的现有数字摄影测量系统和正射影像产品进行了调研和测试，最终选择了Intergraph公司的ImageStation数字摄影测量系统，首先该系统的图象处理设备性能稳定，系统的硬软件配置恰当；其次各种功能软件可以运行，适合实际生产情况，充分发挥和利用系统的功能，产生最大的经济效益；再则该系统采用无损压缩数据的CMP特殊格式，数据的存储、传输和处理效率均比其它的系统的效率高。

2、结合某城市的实际情况，研究出了一套适合城市平坦地区、大比例尺的数字正射影像图生产的技术路线和工艺流程。由于国内外的数字正射影像图的生产主要是中、小

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比例尺系列，而在城市建筑密集区的大比例尺正射影像图制作可借鉴经验很少。本课题中数字影像在进行正射纠正时，地面高程模型采用的是平均高程，因而某些突出平均高程平面的地物如：高层建筑、高架公路、高速公路、立交桥以及大型桥梁等仍然存在较大的投影差，影响了其位置精度，但要提高这些地物的地理位置精度，必须对地物逐个建立其高程模型，这对整个城市来说无疑是一项相当繁琐、工作量巨大的工作。

同时目前没有确保航空摄影在中午最佳时段进行的有效措施，使得摄影时太阳照射角较小，造成像片上大片阴影，尤其城市中心城区高层建筑密集，各种建筑设施向空中攀升，阴影区域大而难以避免，就给影像的镶嵌带来很大的困难。同时，由于摄影处理和扫描质量的影响，影像色彩不饱和，色差严重，也使得影像处理困难重重。

3、研究利用数字正射影像数据更新大比例尺地形图的方法。在进行数字线划地图更新时，高层建筑的裙房、高层建筑阴影下以及直接遮住的建筑、河流、道路、被树木遮住的道路等地物的采集存在很大的困难。

4、研究目标影像的高清晰度以及色彩变换的处理与制作。

5、研究面向GIS应用的数字影像产品形式、数据格式以及数据量，从而为规划、土地、环境等部门提供满足要求的数字正射影像地图。

5试生产情况

在研究过程中，课题组进行了上海市区100幅1:2000数字正射影像图的试生产，并对数字正射影像图的精度作了分析。

· 航片资料：1:8000彩红外像片

· 扫描仪：Intergraph 公司的PhotoScan · 扫描分辨率：21μm

· 生产应用设备、软件：ImageStation数字摄影测量系统。

· 试验区域：为了使试验结果具有较强的代表性，课题组选取了郊区、城郊结合部以及中心城区共五个区域网。每个区域网有3到4条航带，每条航线14张像片，平均区域网像片数为50片。

· 影像资料情况：五个区域网中，由于摄影质量和扫描质量的因素，城区的影像质量较差，郊区的影像质量较好，所以，郊区的数字正射影像质量优于城区数字正射影像质量，不仅反映在数学精度上面，而且影像拼接镶嵌、色彩调整等质量郊区也优于市中心区。 · 控制资料情况：采用GPS技术测定区域网空中三角加密所需的地面控制点坐标，点位中误差小于5cm。

由于上海市地势较为平坦，数字影像正射纠正时采用了平均高程。 · 试生产流程： · 精度分析

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数字正射影像图成图精度分析：在10幅1:2000数字正射影像图上采集量测了50个明显地物点的坐标，将它与1:500数字线划图上野外实测点(近似当作真值)作比较，其点位的平均中误差为0.495m，而1:2000成图精度为图上0.4mm，实地即为0.80m。

6产品分析

数字摄影测量系统不仅能对数字像片进行处理，自动空中三角测量加密、生成数字高程模型和生成正射影像图，还能在立体模型上采集地物和地貌生成线划地图，由于上海地势平坦，因而在上海地区建立数字高程模型DTM意义不大，所以数字正射影像图就是数字正射影像技术的主要产品之一。

6.1数据量的分析

在数字正射影像的生产过程中，为了保证影像匹配精度，保证区域网加密精度以及最后的成图精度达到国家规范的标准，航空摄影像片扫描精度要求相当高，扫描分辨率大于1200DPI（扫描线宽不大于21μm），从而使得原始影像及最后产品的数据量相当大，Intergraph数字摄影测量系统提供cmp压缩数据格式，在保持信息无损失的基础上具有强大压缩功能，但其影像格式通用性不强，给影像产品的最终用户带来不便，使影像的应用范围受到一定。，课题组对影像按不同分辨率输出时的数据量进行了分析，以满足不同用户需要，具体如下：

影像尺寸(cm) 格式 分辨率(dpi) 数据量 像片(23*23) TIFF 1209 360M 像片(23*23) CMP 1209 60M 1:2000(40*50) TIFF 300 82M 1:2000(40*50) CMP 300 16M 1:2000(40*50) TIFF 150 20.5M 1:2000(40*50) JPEG 150 1.38M 1:2000(40*50) TIFF 100 8.8M 1:2000(40*50) JPEG 100 712K 1:2000(40*50) TIFF 80 5.5M 1:2000(40*50) TIFF 70 4.4M 1:2000(40*50) TIFF 50 2.3M

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6.2数字正射影像与一般航片资料的区别

数字正射影像 一般像片 投影方式： 正射投影 比例尺 ： 固定 坐标系统 ： 存在 倾斜误差 ： 无 投影差 ： 地面上不存在 色彩 ： 经过色差调整、色彩均衡 影像拼接 ： 易、精确 与矢量叠加 ： 能 中心投影 不固定 不存在 有 存在 未做色差调整、色彩均衡 难、粗略 不能 7数字正射影像图（DOM）产品检测与评价引用标准

GB/T17798-1999 地球空间数据交换格式

GB/T13977-1992 1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范 GB/T13990-1992 1：5000；1：10000地形图航空摄影测量内业规范 CH/T1005-2000 基础地理信息数字产品数据文件命名规则

CH/T1009-2001 基础地理信息数字产品1：10000；1：5000数字正射影像图 CH/T1007-2001 基础地理信息数字产品元数据

7.1数字正射影像图(DOM)单位产品质量特性

数字正射影像图(DOM)的检验一般以“幅”为单位，即单位产品为“幅”。按其生产方法，一般分为单色正射影像图和彩色正射影像图。两种方法的生产作业流程及工序技术要求基本相同，因此根据4D测绘产品质量监督抽检实施细则的基础上，产品质量特性及相应权的划分如下：

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一级质量特性权二级质量特性或详查内容

数学精度0.30二级质量特性 权 详查内容 平面位置精度0.901.地物点平面位置中误差 接边精度0.101.图幅接边精度 模型接边精度

1.影像质量0.301.影像分辨率的正确性 2.影像色调是否均匀、反差是否适中 3.影像的接边重叠带是否模糊

4.影像模型边缘灰度是否平滑过渡

5.模型接边和图幅接边是否存在裂缝或重叠

6.影像是否存在图像处理所留下的如斑点、划痕、折裂、黄迹、药膜损伤等缺陷 7.彩色影像色彩的真实性，影像是否清晰 数据正确性及数据完整性0.201.文件命名、数据组织和数据格式的正确性、完整性 1.存储数据的介质和规格的正确性 2.图廓、格网坐标的正确性

3.原始数据的正确性整饰质量及附件质量0.201.文档簿各项内容填写的齐全、正确性 1.图面矢量要素的完整性和正确性 2.各项注记的完整性和正确性 3.图廓整饰的正确性

7.2数字正射影像图(DOM)单位产品的缺陷分类

数字正射影像图(DOM)的缺陷类型分为轻缺陷、次重缺陷、重缺陷、严重缺陷。各类缺陷的定义如下：

缺陷类型缺陷含义

轻缺陷单位产品的一般质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性不符合规定，对用户使用有轻微影响，称为轻缺陷。

次重缺陷单位产品的较重质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性较严重不符合规定，对用户使用有较重大影响，称为次重缺陷。

重缺陷单位产品的重要质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性严重不符合规定，对用户使用有极大影响，称为重缺陷。

严重缺陷单位产品极重要的质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性严重不符合规定，以致不经返修或处理不能提供用户使用，称为严重缺陷。

根据以上原则数字正射影像图(DOM)单位产品的缺陷可如下分类： 缺陷类型缺陷含义 严重缺陷

1. 数据记录无法读出或数据出现严重丢失，无法使用。 2.数据记录格式不符合规定

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3.图廓点、控制点、公里网交点坐标值与理论值不符

4.地物点的平面位置中误差超限

5.密度过大或过小、反差太小或太大等因素造成图上重要地物要素影像完全损失面积超10cm2；一般地形地区影像损失面积超过50cm2

6.图上影像模糊面积超过50cm2

7.斑点、划痕、折裂、药膜损失等因素造成影像质量极差8.图名、图号同时错、漏 9.其它极为严重的差、错、漏重缺陷

1.DOM成果文件不齐全1处(DOM影像数据文件、图廓整饰数据文件、注记文件、DEM数据文件、元数据文件)

2.DOM未接边或接边误差大于2倍限差1处 3.模型间影像拼接错位和灰度差异很明显1处

4.图上影像模糊面积超过20cm2小于50cm2 1处

5.斑点、划痕、折裂、药膜损失等因素严重影响影像质量1处 6.作为图名的图内名称注记错、漏

7.全国一级河流、山脉等名称或县及县级以上名称错、漏1处 8.首末方里线或图廓点经纬度错、漏1处 9.彩色影像图的色彩严重失真 10.元数据主要项目错漏1处 11.文档薄主要项目错漏1处

12.无《技术设计书》、《技术总结》或《检查报告》、《验收报告》 13.其它严重的差、错、漏次重缺陷

1.图上影像较模糊，面积未超过20cm2 1处 2.位置或属性接边错1处

3.地物点平面位置误差大于2倍中误差1处 4.元数据次要项目错漏1处 5.文档薄次要项目错漏1处 6.上交资料不齐全

7.其它较严重的差、错、漏

轻缺陷不属于前三类缺陷的一般性差、错、漏

7.3数字正射影像图(DOM)的检测内容和方法

质量检查采用软件自动检查、人机交互检查、人工校对等方法。 视具体检查内容，确定采用一种或多种方法。

(一)、文件命名及数据格式检查：对文件命名和数据格式各项进行逐项检查，检查它们是否符合CH/T1005-2000和GB/T17798的规定。

(二)、数学基础检查：将数据文件中的四个图廓点、首、末公里网、经纬网交点、控制点等的坐标值与理论核对。

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(三)平面精度的检测

1、数学精度

1.1、数字摄影测量法

利用原加密点，在数字摄影测量系统上对被检测模型进行内定向、相对定向、绝对定向，在立体模型上采集检测点坐标，而后与数字正射影像图相应地物点比较，量测二者之间的误差△Xi、△Yi。并统计平面位置中误差。

1.2、解析测图仪桩点法

利用原加密点，在解析测图仪上采用加密或采集方法获取检测点坐标，并将其与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差上△Xi、△Yi，并统计平面位置中误差。

1.3、区域网加密桩点法 利用原像控点，同时加密像片连接点和检测点，将加密的检测点坐标与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差△Xi、△Yi，并统计平面位置。

1.4、利用已成图检验

利用已成图，数字化检测点坐标并与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差△Xi、△Yi，并统计平面位置中误差。

(四)、影像质量

将影像放大到一定倍数，采用目测法观察每一处影像是否清晰，是否存在斑点、划痕、影像变形、模糊等现象。

(五)、接边检测

1、接边处影像监测：用目视检测法看相邻数字正射影像图幅接边处影像的亮度、反差、色彩是否一致。

2、接边精度的检测：取相邻两DOM影像图重叠区域处同名点作为检测点，分别量取两同名点的距离，或者是读取同名点的坐标，算出两点间的距离，检查同名点的较差是否符合限差。

(六)、数据正确性及数据完整性

在计算机上对数据组织、数据格式、文件命名、数据层、图廓坐标等进行检查。 (七)、整饰质量

对照相应比例尺的图式、规范及设计书等标准，逐一检查图内外各种注记的字体、大小是否正确。各种矢量线划(如图廓线等)的粗细。

(八)、附件质量

检查技术设计书、技术总结、检查报告、验收报告、文档簿、图件、元数据文件等资料的正确性、完整性及齐全性。

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7.4数字正射影像图(DOM)单位产品的质量评判

数字正射影像图(DOM)单位产品的质量评判仍采用常规的缺陷扣分法。按缺陷扣分法计算单位产品的质量得分(M)，即：先将单位产品的质量分数预置为满分(100分)，而后采用缺陷扣分、带权求和的方式计算和统计单位产品的质量分数。即：

M＝100-{(12×nl)*Pi＋(4×n2)*Pi＋(l×n3)*Pi} 式中：M——单位产品质量得分

nl——单位产品中的重缺陷个数 n2——单位产品中的次重缺陷个数 n3——单位产品中的轻缺陷个数 Pi——相应质量特性的权

单位产品中出现一个或一个以上严重缺陷，则该产品不合格。凡质量分数(m)大于或等于60分，则判单位产品为合格品；反之，则判单位产品为不合格品。

各类缺陷的缺陷值如下：

缺陷类型 严重缺陷 重缺陷 次重缺陷 轻缺陷 缺陷值42 12 4 1

根据单位产品质量评判结果，参照《测绘产品检查验收规定》（CH1002）和《测绘产品质量评定标准》（CH1003）对数字正射影像图(DOM)批质量进行评判。

8应用分析

数字正射影像是一种新型数字测绘产品，有着广阔应用前景的基础地理信息数据，它不仅可用于对数字线划地图数据的更新，提高数据的现势性，加快地形图的更新速度，也可作为背景图直接应用于城市各种地理信息系统；它广泛应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面，也可以与线划图、文字注记进行叠加形成影像地图，丰富地图的形式，增加地图的信息量；利用数字正射影像与数字地面模型或者建筑结构模型可建立三维立体景观图，丰富城市管理、规划的手段与方法。

8.1GIS三线图的采集与更新

随着GIS应用的越来越广泛，发挥的作用越来越大，对基础的地形数据尤其是三线(道路、铁路、河流)数据的需求也越来越大，这就对三线图的精度、现势性以及今后的更新与维护提出了更高的要求，然而利用传统的修测方法很难保证其精度，而仅对三线数据进行实测更新，在经济上又存在较大的浪费，因而利用数字正射影像对三线数据进行更新无疑是经济实用的方法。由于地面上每一点都经过投影差改正，因此对于道路、河流以及铁路数据来说，完全满足1:2000成图精度。利用数字正射影像与已有的三线数据叠加，在影像上直接提取数据，就可完成三线数据的更新与维护。

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8.2修测1:2000数字线划图或更小比例尺的数字线划图

数字正射影像图上建筑仍然存在投影误差，但对于4层楼以下的建筑物来说，投影差较小可以忽略不计，而对于高层建筑可以先在建筑顶部采集其形状、大小，再根据建筑可见的地面上的点确定其位置。课题组利用正射影像数据对1:2000地形图进行修测试验，结果表明，本方法适合郊区和城郊结合地区1:2000地形图及更小比例尺的数字线划图的修测。

8.3应用于城市规划

在课题研究过程中，课题组与规划研究设计院合作试验，将数字正射影像图应用到路、海宁路沿线城市规划设计中，在规划设计的前期现状调查期间，数字正射影像图提供了大量的信息，以直观、详实的影像反映了许多实地踏勘中的盲点。同时，利用数字正射影像图作为规划底图，使规划内容与周边环境的关系更加清晰，在旧区改造、历史古建筑保护、城市重点区域和地区标志性建筑的规划设计中可以发挥十分重要的作用。

9效益分析

数字正射影像图是一种新型数字测绘产品，与传统数字地图比较，它具有信息丰富、直观、精度高、使用方便，最大的优点是更新速度快。利用数字正射影像更新三线图和地形图将大大缩短成图周期，降低成本投入。

数字正射影像图可为城市规划、土地、环境、测绘、电力、电信、煤气等部门提供精确、直观、信息丰富、现势性强的基础地理数据，丰富规划、设计、管理的手段与方法，提高管理效率。同时为城市各种地理信息系统提供新型数字测绘产品，充分发挥地理信息系统的作用，为整个城市的建设、管理以及经济的发展作出贡献。

10结论

通过以上分析与研究数字正射影像图具有直观、信息量丰富、可读性强等诸多优点，作为传统光学影像图的替代和更新产品，不但体现其制作工制作方式、制作技术和流程上的科学性和先进性，更体现在其产品的多用性和先进性。

本文通过上海市1：2000数字正射影像图的生产制作为例，探讨了数字正射影像图的制作技术和应用，对以后的实际工作有一定的参考价值。

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参考文献

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致 谢

弹指瞬间，四年光阴已悄然逝去．回首这四年的大学生活，不禁感慨万千，学习期间师长、同学和朋友对我的指导、关心和帮助使我终生难忘．借此机会我向所有在我成长道路上给予我关心和帮助的人表示衷心的感谢．

首先要感谢导师杨敏教授无微不至的关怀和帮助，从进入摄影测量专业专业课的学习到论文研究方向的确定、研究工作的展开，无不得益于导师的言传身教和严格的要求．他治学严谨、知识渊博，具有敏锐的洞察力、忘我的工作热情和孜孜不倦的工作精神，这一切时时激励着我，使我克服困难，沿着科学的道路前进．在论文的写作过程中。从论文的选题、研究工作的开展、资科的收集，到论文的定稿，我的点滴进步都无不凝聚着他的心血．在此，谨向杨老师表达我至深的敬意和由衷的感谢．

感谢中国地质大学长城学院的全体老师，让我在一个积极，上进、严谨，和谐的环境里学习。由衷感谢王艳芳老师、赵佳老师、朱增锋老师、石奉华老师、王培胜、董玉娟老师等在学习和生活上对我的教导与启发．

感谢同学刘永静、杨倩倩、葛艾芜、曹迎慧、孙佳怿等同学在我这四年的学习与生活中的帮助，并给我的论文提出了宝贯的意见和建议．感谢所有同学，他们在生活中给我以无微不至的关怀，在学习中给我以无私的帮助，使我四年的大学生生活充实、快乐。衷心感谢我的家人、亲戚和朋友，他们对我的期望、鼓励与支持一直在激励、鞭策着我，使我顺利完成学业。最后，谨向所有给予我关心、爱护和帮助的人们致以最诚挚的谢意。

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数字正射影像技术应用研究

摘 要

数字正射影像(Digital Orlhophoto Map．IXM)作为一种基础地理信息产品具有地图的几何特征和影像特征，在社会经济发展中具有重要作用．随着影像数据量的增加，采用关系数据库，建立影像数据库，实现对正射影像数据的安全存储和集成管理，对数字城市建设具有重要意义．

在影像数据建库过程中，如何结合影像数据的管理方式和存储特点，建立影像数据库索引，提高影像数据的查询和管理的效率；以及如何对影像数据建立数据更新和历史数据查询机制，从而最大限度地利用好影像数据，是影像数据建库的关键技术．本文对这些问题进行了研究，主要内容包括：

(1)分析了影像数据的特点，针对目前影像数据现实状况及管理需求，提出了影像数据库的管理模型，对影像数据库结构进行了设计．

(2)在影像数据库的结构基础上，研究了建立影像数据多级索引方法．并利用该方法实现数据的高效查询．

(3)采用关系时空数据模型，设计了数字正射影像时空数据库。利用影像时空数据库对现状数据和历史数据进行有效的管理．

(4)利用三库的时空特性，建立了基于元数据的影像数据更新机制，实现了圈幅影像数据及其元数据的同步更新。研究了历史数据的查询方法，实现了根据时间和空间条件的影像数据历史回溯。

关键字：影像数据库； 空间索引影像数据； 更新历史回溯元； 数据。

ABSTRACT

Digital Orthophoto Map(DOM) is aproduct of fundamental geographic information,whichhas geometric features and imaging characteristics．It plays important role in the socialeconomic development．With the increase ofDOM data,it is important to build the DOM databaseto integrate data storage and to manage data safely．The establishment of the DOM database issignificant for the construction ofdigital city．

In the process of building DOM database，there arc two key technical problems．The first isto establish the spatial index to improve the efficiency ofdata query and management.The

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secondIs to establish the mechanism of data updating and historical retrospect in order to use the DOMdata maximum．This paper is contained with these problems．The main contents are as follows：

(I)After analyzing the characteristics of DOM data,this paper proposes a management model ofthe DOM database based Oll the cusituation ofactuai data and its management．

(2)With the DOM database management model，the paper studies the method ofbuilding the multi—level spatial index ofimages data．And with this method the u．scr can query data efficiendy．

(3)A temporal DOM databa．∞is designed，based on the relational spatio-temporal data model．Alsoeffective management method is introduced for the current and historical data by usingthis database．

(4)With the temporal characteristics of three spatio-temporal databases，the mechanism ofDOM dataupdatingisestablishedbasedonthemet,adammanagement．With this mechanism，theDOM data and its metadata can be updated simultaneously．The paper also introduces the methodof historic data query．In this method,the historical retrospect is implemented by the spatial andtemporal conditions．

Key words：DOM database；spatiai index；data updatinghistorical retrospect；metadata；

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目 录

绪 论 .................................................................................................................................................................. 1 1项目背景、研究目的 ....................................................................................................................................... 2 2数字正射影像技术的定义及特点 ................................................................................................................... 3 3数字正射影像的基本原理 ............................................................................................................................... 3

3.1数字微分纠正 ........................................................................................................................................ 3 3.2影像镶嵌及其关键技术 ........................................................................................................................ 4 4研究内容和技术难点 ....................................................................................................................................... 4 5试生产情况 ....................................................................................................................................................... 5 6产品分析 ........................................................................................................................................................... 6

6.1数据量的分析 ........................................................................................................................................ 6 6.2数字正射影像与一般航片资料的区别 ................................................................................................ 7 7数字正射影像图（DOM）产品检测与评价引用标准 .................................................................................. 7

7.1数字正射影像图(DOM)单位产品质量特性 ........................................................................................ 7 7.2数字正射影像图(DOM)单位产品的缺陷分类 .................................................................................... 8 7.3数字正射影像图(DOM)的检测内容和方法 ........................................................................................ 9 7.4数字正射影像图(DOM)单位产品的质量评判 .................................................................................. 11 8应用分析 ..........................................................................................................................................................11

8.1GIS三线图的采集与更新.................................................................................................................... 11 8.2修测1:2000数字线划图或更小比例尺的数字线划图 ..................................................................... 12 8.3应用于城市规划 .................................................................................................................................. 12 9效益分析 ......................................................................................................................................................... 12 10结论 ............................................................................................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................................................................ 13 致 谢 ................................................................................................................................................................ 14

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