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为大城区自动生产真正的正弦

用美观来平衡经济成本

2021年6月3日

在密集城市区域的正射影像项目中，真实正射影像优于传统正射影像，因为它们将建筑物屋顶置于正确的水平位置。然而，人们仍然普遍认为，制作真正的正射影像既昂贵又苛刻。作者根据对斯洛文尼亚卢布尔雅那市真实正射影像制作的研究，着手探讨这一情况是否属实。

在为斯洛文尼亚的卢布尔雅那市制作真实正射影像之前，作者首先在一个较小的区域测试了各种方法，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表面模型。然后将得到的正射影像与传统正射影像进行美学外观和所需的手工操作方面的比较。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实正射影像。案例研究和最终项目概述如下。

传统正射影像与真实正射影像的区别

正芯片是校正投影失真的照片或图像。它具有定义的比例，可以与平面图相似使用。Orthophoto项目旨在提供由单整类图像生产的无缝的耳芯片马赛克。为了产生正交，需要地理学的航空图像和数字参考表面模型。传统的原始镜头在全球范围内生产了30多年，是许多GIS应用中的不可或缺的数据层。在传统的正原子生产中，参考表面是数字地形模型。因此，在正确的水平位置上，地形（例如建筑物，植被）上方的物体（例如，建筑物，植被）（图1）。在真正的正透镜制作中，建造区域中考虑数字建筑模型，或者使用包括植被覆盖的数字表面模型。在真正的邻芯片生产中，该算法必须解决两个主要问题：检测由原始图像中的地形上方的物体引起的隐藏区域，并防止这些区域的双重映射。要填写隐藏区域中的缺失内容，两个方向必须至少为50％的图像重叠。

研究区域和输入数据

研究区域由卢布尔雅那市中心的密集建筑区（700m x 500m）和郊区居民点（500m x 400m）组成，因此涵盖了两种典型的城市化类型。10cm地面采样距离（GSD）和70%/50%重叠的地理参考航空图像，以及密度为18点/m的激光雷达点云²是主要的输入数据。这两个数据集均在2019年4月的同一次航测中收集。根据分类的点云，生成了数字地形模型和数字建筑模型（使用TerraSolid的TerraScan和TerraModeler）。矢量数字建筑模型最初是自动创建的，但由于旧城中心复杂的建筑围护结构，需要大量额外的人工工作来改进模型。如果未准确定义屋顶的边缘，则正射影像中会出现双重贴图（图2）。

图3:(a)、(c)和(e)所示的真正射影像与(b)和(d)所示的传统正射影像的对比。(a)中的黑色多边形定义了传统正射影像中的隐藏区域。在(a)的左上角可以看到卢布尔雅那中心的三座桥。

结果

一个传统正射影像(TerraPhoto)和两个版本的真实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，结合了数字地形模型和前面描述的矢量数字建筑模型(在TerraPhoto中)。第二个版本是在nFrames SURE软件的一个几乎完全自动化的过程中产生的。利用图像匹配算法生成的摄影点云，生成不规则三角网形式的数字曲面模型。图3清楚地显示了真正射影比传统正射影的优势。

图4：真实正射影像的视觉比较：（a）和（c）来自矢量化建筑模型，而（b）和（d）来自数字表面模型。

此外，两个版本的真实正射影像的视觉对比显示，屋顶边缘只有很小的差异。在版本的基础上自动生成数字曲面模型，屋顶边缘有轻微的锯齿，这是一个可以忽略不计的缺点，否则整体审美质量很好(图4)。从数字表面模型生成的真实正射照片的一个优点是，树木被描绘在水平正确的位置(图5)。

基于每种正交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。这需要比传统的正原耳的生产更多的手工工作大约两倍。另一方面，自动产生的真正的矫正器比传统的正原耳的时间少25％。在考虑所有这些方面之后，作者决定在运营项目中应用自动真正的矫形器生产线。

图5:一棵树的水平位置:(a)从点云向量化的，(b)从向量化的建筑模型生成的正射影像，(c)从数字曲面模型生成的正射影像。

卢布尔雅那的正射影像

卢布尔雅那是斯洛文尼亚的首都，约有29万居民，面积约275公里²．与任何面临快速城市化变化的大城市一样，市政当局需要最新的地理数据以作决策。在斯洛文尼亚的国家一级，每三年可提供一幅25厘米格雷斯丁的传统正射影像。然而，该产品不适合卢布尔雅那市的需要。因此，在2020年，市政府资助了Flycom技术公司的真实正射影照片马赛克的生产。2020年4月进行航拍数据采集，图像重叠80%/60%(城市中心重叠80%/80%)，GSD为5cm。在完成图像的空中三角剖分(在Trimble Inpho的Match-AT中)后，基于数字表面模型(在SURE中)生成了一个真实的正射影像(图6)。根据地面检查点计算出的水平精度，在X和Y方向上均为0.04m。作为数据可视化的一个例子，城市中心的照片渲染3D网格是从最低点的图像创建的(图7)。基于这些良好的结果，卢布尔雅那市政府决定从现在开始每年资助真实正射影像的生产。

结论

这个大型项目的成功表明，真正的矫正器的自动生产在现实生活中已经完全运行。由此产生的真正的矫正器马赛克具有良好的质量，并且需要比其他方法更少的手动工作，从而实现了最终的最终项目成本的大部分。不用说，这样的方法需要适当的软件，强大的计算机和员工教育的投资。但是，可以在随后的项目中快速收回这些初始投资。作者热衷于指出真正的矫正器需要比传统的耳镜的空中图像重叠。然而，这种成本仅代表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，没有理由在城市地区几乎完全自动化的方式产生真正的正射科。