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自动产生的真实正射影像的大城市地区

平衡经济成本与美观外观

经过KatjaŠušteršič，AleksandarŠašićkežul.，Mojca Kosmatin远期 • 2021年6月3日

在人口密集的城市地区的正射影像项目中，真正的正射影像比传统的正射影像更受青睐，因为正射影像将建筑屋顶置于正确的水平位置。然而，仍然有一个普遍的信念，生产一个真正的正射影像是昂贵和要求。作者们通过对斯洛文尼亚卢布尔雅那市正射向像的制作进行研究，来探究这种情况是否属实。

在为斯洛文尼亚的整个卢布尔雅那市制作真正的正光照片之前，作者首先在一个较小的地区测试了各种方法，以找到最经济的工作流程。一种方法使用数字地形模型和矢量数字建筑模型的组合，另一种方法使用自动生成的数字地表模型。然后将得到的正射照片与传统正射照片进行比较，对比的是其美学外观和所需的手工工作。基于这些发现，该团队决定使用基于自动生成的数字表面模型的真正正射影像。案例研究和最终项目概述如下。

传统和真正的矫形器之间的差异

正射影像是经过投影畸变校正的照片或图像。它有明确的比例尺，可以类似地用作平面地图。正射影像项目旨在提供一个无缝正射影像马赛克产生的单一校正图像。为了制作正射影像，需要地理参考航空图像和数字参考表面模型。传统正射影像已经在世界范围内产生了30多年，是许多GIS应用中不可或缺的数据层。在传统的正射影像制作中，参考面是一种数字地形模型。因此，地形上方的物体(如建筑物、植被)没有在正确的水平位置进行描绘(图1)。在真正的正射影像制作中，在已建区域考虑数字建筑模型，或使用包括植被覆盖的数字地表模型。在真正的正射影像制作中，该算法需要解决两个主要问题:一是检测原始图像中地形上方物体引起的隐藏区域，二是防止这些区域出现双重映射。为了填补隐藏区域中缺失的内容，图像在两个方向上的重叠必须至少50%。

研究区和输入数据

研究区域由位于卢布尔雅那中心的密集建成区(700米× 500米)和带有住宅的郊区居民点(500米× 400米)组成，因此涵盖了两种典型的城市化类型。地面采样距离(GSD)为10cm，重叠率为70%/50%，激光雷达点云密度为18点/m²是主要的输入数据。两个数据集在2019年4月的同一空中调查中收集。从分类点云，生产数字地形模型和数字建筑模型（使用Terrascan和Terramodeler）。首先是自动创建的矢量数字化建筑模型，但由于旧城中心复杂的建筑信封，需要大量额外的手动工作来改善模型。如果没有准确地定义屋顶的边缘，则在耳芯片（图2）中发生双重映射。

图3：真正的正原子的比较，如（a），（c）和（e）中所示，具有传统的正原耳，如（b）和（d）所示。（a）中的黑色多边形定义了传统的原子芯片中的隐藏区域。卢布尔雅那市中心的三座桥梁在（a）的左上角可见。

结果

一个传统的正射影像(TerraPhoto)和两个版本的真正射影像是由航空图像和数字地形模型生成的。在第一个版本中，使用了数字地形模型和前面描述的矢量数字建筑模型(TerraPhoto)的组合。第二个版本是在nFrames SURE软件中几乎完全自动生成的。利用图像匹配算法，从摄影测量点云生成不规则三角网形式的数字表面模型。图3清楚地显示了真正的正射影像相对于传统正射影像的优点。

图4:真实正射影像的视觉比较:(a)和(c)由向量化的建筑模型生成，(b)和(d)由数字表面模型生成。

此外，两个版本的真实正射影像的视觉比较显示，只有细微的差别在屋顶边缘。在基于自动生成的数字曲面模型的版本中屋顶边缘有轻微的锯齿，这是一个可以忽略不计的缺点，否则良好的整体美感(图4)。从数字表面模型产生的真实正投射照片的一个优点是，树木被描绘在水平正确的位置(图5)。

基于每个正射科类型生产所需的手工工作的估计，该团队得出结论，最劳动密集型的方法是基于数字地形模型和矢量数字建筑模型的组合生产真正的正射科。这需要比传统矫形器的生产更多的手工工作大约两倍。另一方面，经过自动生产的真正的矫正器比传统的正原耳的时间更少约25％。在考虑所有这些方面之后，作者决定在运营项目中申请自动真正的矫形器生产线。

图5:树的水平位置:(a)从点云矢量化，(b)从矢量化建筑模型生成的正射影像图，(c)从数字表面模型生成的正射影像图。

卢布尔雅那真正的正射影像

卢布尔雅那是斯洛文尼亚的首都，拥有约29万居民，面积约275公里²．就像任何大城市一样暴露于城市化的快速变化，市政当局需要最新的地理数据以获取决策目的。在斯洛文尼亚的国家一级，25厘米GSD每三年都有传统的正原耳。但是，本产品不适合卢布尔雅那市的需求。因此，在2020年，市政府资助了由Flycom Technologies进行的真正的矫正器马赛克的生产。空中数据收集于4月2020年4月完成，图像重叠80％/ 60％（市中心80％/ 80％），拥有5厘米的GSD。在完成图像的空中三角测量之后（在Trimble Inpho匹配中），基于数字表面模型（图6）产生真正的邻粒子（确定）。从地面检查点计算的估计水平精度在x和y方向上的0.04米。作为数据可视化的示例，从Nadir图像创建了城市中心的照片呈现的3D网格（图7）。根据这些良好的结果，卢布尔雅那市政府已决定从现在开始为真正的矫正器的年生产。

结论

这个大型项目的成功表明，自动制作真正的正射影像在现实生活中已经完全投入使用。得到的真正的正射影像拼接具有良好的质量，并且比其他方法需要更少的手工工作，因此能够节省最终项目成本的很大一部分。不用说，这种方法需要适当的软件、功能强大的计算机和对员工教育的投资。然而，这些最初的投资可以在随后的项目中迅速收回。作者热衷于指出，真正的正射影像需要比传统正射影像更大的航拍图像重叠。然而，这一成本只占最终成本的一小部分。考虑到这里讨论的所有方面，作者得出结论，没有理由不在城市地区以几乎完全自动的方式产生真正的正射影像。