李正军 邱兆洁
山东理工大学建筑工程学院 淄博市规划信息中心
摘要：本研究的主要目的是开发一种有效的方法,使用图像分析和地理信息系统进行生成、编译、运行和更新数字制图，建立空间地理数据库为规划研究、土地组织和可持续农村发展提供定量和定性资料。
关键词：地理信息系统;农村规划和发展;数字摄影测量
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A
1.引言
分析制图法能够人们能够利用这些系统所提供的地理参考数据，并获得人们极感兴趣的定量和定性资料。
地理信息系统的产生、维护和开发需要一个矢量格式的空间数据库，必须及时更新制图,以满足描述动态的区域环境。地图学中的常规更新周期每隔5年或10年进行一次，这并不能充分维持一个有效的地理信息系统。正射影像是一种栅格地图，由航空照片或卫星图像生成的。正射影像和DEM为更新空间信息提供了一种快速和经济有效的方法，允许更短的常规制图更新周期。
本研究的主要目的是发展一个有效的和具有成本效益的方法将允许使用最新技术的数字图像分析和GIS领域的生产、编译、大规模开发和更新数字制图的农村环境。
2.数字制图应用方法
实现上述目标，需发展三个阶段：生产大比例尺优质基础制图；将GIS中获取的制图信息进行整合，用于后续的开发；定期更新GIS制图数据库。
2.1数字制图的发展
基础地图学的框架由三个互补的核心组成:数字高程模型、正射影像和矢量地图学。
2.1.1 摄影测量飞行
制作基本制图需要一架1:5000比例的彩色摄影测量飞机，使用的公制相机进行曝拍摄。运用全球定位系统(GPS)机载控制技术的应用，确定每张照片相机投影中心的位置。
2.1.2 黑影照片扫描
使用韦克塞尔超声波扫描5000摄影测量精度扫描仪底片进行扫描,使用20m的几何分辨率和辐射分辨率的24位(8位/ RGB通道)。
2.1.3 航空摄影测量的地面控制
地面控制包括测量运动，以确定摄影测量控制点和检查点的平面坐标和高程坐标。这些检查点是用来估计工作的准确性的。控制点和检查点的坐标参考2000国家大地坐标系，使用UTM投影。垂向基准面以大地水准面为参考面，采用黄海平静海面的中水准面为零正高度点。以大地测量网络(低阶网络)为支撑，通过三角剖分增加网络密度，实现网络的验证、补偿和调整；利用空间技术获得的国家大地测量网的三个监测点，支持基地网。
2.1.4 数字摄影测量工作流程
图像定位是三维坐标计算的先决条件，如数字地形模型的生成、正射影像的计算和GIS数据的获取。提出了发展基础数字地图学方法的方案流程图。信息的数字处理是通过四个数字摄影测量工作站进行。
数字摄影测量过程的第一步是将数字图像导入DPW中，即加载数字图像并批量生成图像金字塔级进行测量、显示和缩放。每个图像的GPS照片中心坐标也会自动导入，以提供图像之间重叠的初始值。同时在项目中加入GPS地面控制点数据、地图投影基准和摄像机标定报告。第二步是通过二维变换确定像素与图像坐标系之间的关系。这个过程通常被称为“内部定位”。我们应用了六个参数仿射变换将数字图像基准标记的测量与其对应的照片坐标联系起来。一旦测量了第一张照片上的基准，就可以使用图像相关技术自动测量后续照片上的所有基准，因为这些基准在图像上的大致位置、它们的大小、形状和亮度都是已知的。最后一步是描述图像和对象坐标系之间的变换。这就是所谓的“外部定位”，包括计算每张照片的投影中心和相机的角度定位。在现代数字摄影测量和涉及两张以上图像的测绘项目中，对点加密进行空中三角测量，然后对每个模型分别进行外部定位。事实上，数字航空三角测量是一种摄影测量技术，从最少的几个地面控制点，通过在照片中进行测量，来确定飞机的空间坐标摄影测量块中所有照片的未知通、联络点和外部定位参数。
数字航空三角测量目前分为三个步骤，包括图像坐标的自动和交互式点测量(通过数字匹配程序)，同时解决每个摄影参数块的束调整，最后，错误检测。匹配算法采用分层的方法来减少模糊度问题，扩大拉入范围。通过这种方式，不同分辨率的图像金字塔被用于从粗到精的策略。在每一个金字塔级别，执行以下步骤：
(1)联络点区域的自动初始化(联络点模式优选选择在格鲁伯位置处，该位置是最佳的多图像联络点所在)。
(2)基于特征匹配和最小二乘匹配相结合的初步图像匹配，得到在整个块上均匀分布的联络点。
(3)稳健的束块调整，用于自动选择联络点和下一个金字塔层次的初始化。
(4)在最后一个金字塔层，内部块调整提供最终的调整结果。在较弱的块区或连接不良的条带上，可以采用半自动方式进行交互式测点。手动添加点后，可以再次启动内部块调整，无需重复匹配过程。
自动错误检测可以驱动后，每次运行束调整，以删除所有的残差超过一个指定的阈值(如超过1像素)的图像点。
因此，在外部定位过程中，使用了前一节中获得的地面控制点，以及航空三角测量过程中产生的大量的通过点和联络点。这些自动确定的外部或方向的参数比解析解中的参数更可靠，因为由于高冗余，错误很容易被发现。
2.1.5 数字地形模型
数字地形模型中微地形和植被被移除(建筑物、基础设施、温室等)。数字地形模型是通过对数字图像的立体匹配技术进行排序，然后由操作员进行修订和编辑。它基本上是将一个图像的部分与另一个图像的部分进行匹配，从二维投影中重建三维物体信息的过程。允许的立体叠加特性对修订和编辑任务有很大的帮助。
2.1.6 正射影像
应用差分校正方法可以提供研究乡村区域的非常高分辨率正射影像。正交投影过程中使用的采样方法是双线性的，并带有自动辐射调整。数字地形模型通过比较它们的平均值和方差来产生近似具有相似纹理的直方图。
4.结论
从整理和规划农村环境的角度来看，高分辨率正射影像的照片解译及其在地理信息系统(GIS)中的集成可以设计土地覆盖和利用的专题地图。对地面覆盖和利用的知识及其随时间的演变，是编制环境质量指数的基本帮助。在应用程序针对农村环境,这些专题地图,连同高精度数字地形模型,一方面促进合理安排的领土,而另一方面他们协助农业环境的准备和跟踪指标,将使我们能够重视我们的农业系统的“健康”。