CN111912391A - 一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，该方法利用工程地质勘察初测阶段获取的框幅式数码航空摄影数据,进行数据的空三加密处理，利用加密成果制作数字高程模型产品，并基于加密后的相机参数、精确影像外方位元素生产大场景模型数据，导入模型数据并与绘图系统互连，建立地质遥感解译标志，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。本发明方法大场景立体模型产品突破了传统航片数据单个像对立体范围的限制，形成了连续无缝的真三维立体模型，表达效果更逼真，信息更丰富，能准确反映地形地貌及地质体的细节特征，同时保留了高精度的空三加密数学精度信息，可进行多尺度动态连续信息提取。

Description

一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法

技术领域

本发明属于工程勘察技术领域，尤其涉及一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法。

背景技术

遥感地质解译是从航空、航天影像中获取地学现象的过程，多通过影像资料建立地质体或地质现象的遥感解译标志，以人工目视解译或人机交互式解译的方法进行各种地质信息的提取，此技术方法已广泛应用于区域地质调查和各类工程地质勘察中。

在地质遥感调查中，卫星遥感影像主要用于区域地质背景的调查，多使用影像光谱信息，一般分辨率不高；航空摄影数据影像分辨率一般高于卫星影像，多以影像纹理、形态等细节特征判释地质信息。对于不同类型的数据，目前地质解译多以二维平面正射影像为主，但由于正射影像制作过程中数字高程精度不够高易引起影像扭曲、地貌变形，而正射影像与数字高程相结合的2.5维浏览场景也无法真实呈现地表景观特征，一些技术人员也会搭建基于航空摄影测量的单像对立体环境，但由于专业的限制、数据处理复杂、转绘繁琐等原因，不具备大规模推广的空间。

发明内容

本发明提供一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，解决现有技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，利用工程地质勘察初测阶段获取的框幅式数码航空摄影数据,进行数据的空三加密处理，利用加密成果制作数字高程模型产品，并基于加密后的相机参数、精确影像外方位元素生产大场景模型数据，导入模型数据并与绘图系统互连，建立地质遥感解译标志，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

进一步的，具体包括以下步骤：

S1,数据的预处理；

S2,航片数据的空三加密处理，输出加密后的影像外方位元素文件，并根据加密成果生产数字高程模型要素。

S3,大场景模型的生产，基于影像文件、相机文件、精确影像外方位元素文件、数字高程模型数据在大场景生产系统中生成模型产品；

S4,地质解译环境的搭建，利用大场景浏览系统导入模型产品，并在绘图系统中打开正射影像文件或其它参考数据，关联两者，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

进一步的，步骤S1具体包括：

S1a,对数码影像数据格式的转换，把数码航摄相机自有的影像格式转换为TIFF影像格式；

S1b,影像的调色处理，对所有影像进行调色处理，以保证影像反差适中，层次丰富，并可一步进行匀色处理；

S1c,对影像POS的数据的解算，获取影像摄影时刻的外方位元素信息，为空三加密提供初始定向数据。

8.根据权利要求2或3所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

S2a,利用基础影像数据、初始影像外方位元素文件及像控成果，在数字摄影测量工作站中进行空三加密；

S2b,输出加密后的精确影像外方位元素文件；

S2c,在数字摄影测量工作站上生产并编辑数字高程模型成果。

进一步的，步骤S3具体包括：

S3a,在大场景生产系统中新建模型生产工程；根据大场景数据生产基本要素设置，依次导入相机文件，加密后精确影像外方位元素文件，数字高程模型数据，匀色后的影像数据；

S3b,基于以上数据进行航片的单片纠正；

S3c,基于纠正后的正射单片进行影像的镶嵌，生成镶嵌拼接线并进行镶嵌拼接线的编辑；

S3e,基于以上文件最终生成大场景模型产品。

进一步的，步骤S4具体包括：

S4a,在大场景浏览系统中打开大场景模型数据；

S4b,在绘图系统中加载二维平面正射影像数据及其它相关勘测资料数据；

S4c,在大场景浏览系统中关联绘图系统，实现三维大场景环境与二维绘图系统的互连；利用航片数据构建的大场景三维立体环境，参考野外调查成果或辅助资料建立不同地质现象的解译标志，对工程沿线的地质信息进行解译。

进一步的，步骤S4b中的其它相关勘测资料数据包括参考地质图，线划地形图，二维正射影像等矢量或栅格数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明方法大场景立体模型产品突破了传统航片数据单个像对立体范围的限制，形成了连续无缝的真三维立体模型，表达效果更逼真，信息更丰富，能准确反映地形地貌及地质体的细节特征，同时保留了高精度的空三加密数学精度信息，可进行多尺度动态连续信息提取。

2、本发明方法平台系统独立，数据结构简单，易于专业人员根据自己的需求提取感兴趣信息，与CAD软件平台互动，转绘简单，易于与工程勘察其它数据结合。

3、本发明方法拓展了基础航空摄影成果的表达方式，在4D基础航测产品外，为工程勘察提供了一种全新的勘测基础资料。

附图说明

图1是本发明方法的总流程图。

图2是本发明方法的具体步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附和实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于框幅式数码航摄相机获取的影像数据，利用大场景数据生产及浏览系统，研讨了一套大场景的工程地质遥感解译技术，该技术突破了单像对立体模型的范围限制，形成了连续无缝真三维立体模型，其表达的效果更逼真，信息更丰富，并延续了航空摄影测量的空三加密数学精度。软件平台独立，数据结构简单，易于专业人员根据自己的需求提取感兴趣信息，与绘图系统互动，能实现不同矢量数据或其它辅助数据与三维大场景数据的参考分析，在大场景环境中解译的矢量信息具有三维特征，转绘简单，易于上手，作为一种全新的三维遥感表达方式，该技术方法有效地提高了工程勘察的效率和质量。

本发明的基本思路是：利用工程地质勘察初测阶段获取的框幅式数码航空摄影数据,进行数据的空三加密处理，利用加密成果制作数字高程模型产品，并基于加密后的相机参数、精确影像外方位元素生产大场景模型数据，导入模型数据并与绘图系统互连，建立地质遥感解译标志，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

参见图1和图2，本发明的具体步骤具体如下：

S1,数据的预处理。

具体的：

S1a,对数码影像数据格式的转换，主要是把数码航摄相机自有的影像格式转换为TIFF通用影像格式。

S1b,影像的匀色、调色处理，因航摄影像受获取时间、外部光照、地面景观特征等其它内外部因素的影响，影像色彩、明亮度等会有一定的差异，为保证大场景模型显示效果，需对所有影像进行调色、匀色处理，以保证影像反差适中，层次丰富，色调均一。

S1c,对影像POS的数据的解算，利用精密星历解算方式或GNSS地面基站差分解算方式获取影像数据摄影时刻的外方位元素信息，为空三加密提供初始定向数据。

S2,航片数据的空三加密处理，输出加密后的影像外方位元素文件，并根据空三加密成果生产数字高程模型要素。

具体的：

S2a,利用基础影像数据、初始影像外方位元素文件及像控成果，在数字摄影测量工作站中进行空三加密。

S2b,输出加密后的精确影像外方位元素文件和经畸变差纠正的影像。低空无人机航摄系统所搭载的数码相机多为非量测相机，影像需进行畸变差纠正处理，传统数码航摄仪不存在此项处理。

S2c,在数字摄影测量工作站上生产数字高程模型成果，并对数字高程模型进行编辑，输出格式为ASCII的数字高程模型产品。数字高程模型对大场景模型精度的影响首先表现为对模型精度的影响，另一方面表现为对影像视觉效果的影像。根据大场景模型坐标量算的原理，模型采取粗略的像元采样精度对产品的精度影响较小，根据实际生产经验，构造大场景模型产品的数字高程模型分辨率宜为原始影像分辨率的50倍为适。另外，为保证大场景的立体视觉效果，在构筑物密集区域，需保证地面点的高程精度，避免地面点处于构筑物的顶部，造成因纠正投影差而地物变形。

S3,大场景模型的生产。基于影像文件、相机文件，精确影像外方位元素文件，数字高程模型数据等在大场景生产系统中生成大场景模型产品。

具体的：

S3a,在大场景生产系统中新建生产工程；根据大场景数据生产基本要素，依次导入相机文件，加密后的影像外方位元素文件，数字高程模型数据，畸变纠正后的影像数据等。

S3b,基于以上数据进行航片的单片纠正。

S3c,基于纠正后的正射单片进行影像的镶嵌，生成镶嵌拼接线。根据影像地物特征，进行镶嵌拼接线的编辑。镶嵌接边线是影响模型显示效果的另一重要因素，镶嵌线需避免建筑、树木等具有高度的对象，宜选择如道路中央、平地等平坦地区。

S3d,生产大场景模型产品并进行质量检查。检查模型产品的显示效果，如若存在地物变形或错位，应修正数字高程及镶嵌拼接线再进行成果的重生产。

S4,地质解译环境的搭建。利用大场景浏览系统导入大场景模型产品，并在绘图系统中打开正射影像文件或其它参考数据，关联两者，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

具体的：

S4a,在大场景浏览系统中打开大场景模型数据；

S4b,在绘图系统中加载二维平面正射影像数据及其它相关辅助资料数据(如参考地质图，线划地形图、二维正射影像等矢量或栅格数据)；

S4c,在大场景浏览系统中关联绘图系统，实现三维大场景环境与二维绘图系统的互连，二维窗口内的矢量数据可在三维窗口内实现与大场景模型的叠加。利用航片数据构建的大场景三维立体环境，依托航片数据高分辨率的数据特点及丰富的光谱、纹理特征，参考野外调查成果或辅助资料建立不同地质现象的解译标志，对工程沿线的地质信息进行解译。大场景三维立体环境能够较好地表征摄区地形、地貌及地质体的细节特征，特别对滑坡、崩塌、高陡边坡、岩溶漏斗等不良地质体的判释较为有利，并可直接在三维环境中进行圈绘，提取出的地质体信息具有三维信息，能进行地质体坐标、岩层结构面产状、不良地质体体积、面积等信息的量算，为工程勘察提供高精度的调查成果。

在本发明的一个具体的实施例中，大场景生产系统可选用StereoMaker大场景生产系统；大场景浏览系统可选用ImageStereoSuit大场景浏览系统；绘图系统可选用AutoCAD绘图系统。以上系统依托的计算机硬件包括NVIDIA Quadro显卡，Quadro 3DVision立体眼镜及刷新率大于120Hz以上的3D显示器。

本发明基于框幅式数码影像数据，实现了一种真实感大场景模型的制作方法，为地质遥感调查提供了一种全新的遥感技术手段。相比于传统地质遥感调查的4D基础测绘产品，大场景模型将影像数据全部无损地保留在立体影像中，其蕴含的信息量超过传统4D产品。技术人员在大场景模型下能方便地观察和量测所需信息，借助三维立体显示设备可在真三维环境下浏览地表景观特征，并可进行多尺度三维浏览，根据地质解译内容提取感兴趣的信息，并实现对目标对象的空间量测，突破了传统意义上的4D航测产品的功能。

本发明方法已广泛应用于我单位线路勘察设计工作中，已在黔张常铁路、西安至铜川铁路、西宁至成都铁路、西安至十堰铁路、和田至若羌铁路等几十条线路得到推广应用，在喀斯特地貌地区、黄土高原地区、沙漠地区、西部复杂艰险山区的地质遥感调查中发挥了重要的作用，特别适用于影响工程选线的不良地质体的调查，为专业设计人员提供了一种全新的勘测调查手段，对加快勘察设计进度、降低成本、提高勘察准确性起到了重要作用。

本发明延伸了传统4D基础测绘产品的成果表达方式，突破了传统航片数据单个像对立体范围的限制，实现了大范围、无缝的真实感大场景环境，呈现了研究区域真实的三维立体景观特征，在较好地保留影像纹理、色彩信息的同时，提供了与相应比例尺4D航测产品同水平的数学精度。自主开发的软件平台系统独立，数据结构简单，易于专业人员根据自己的需求提取感兴趣的信息，与CAD绘图系统平台互动，能实现不同矢量和栅格参考数据的参考、互通，可进行多尺度动态连续信息的提取，提取出的信息转绘简单，易于与工程勘察其它数据结合，极大地降低了工程项目野外地质勘察工作量，提高了勘察成果的效率和质量。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，利用工程地质勘察初测阶段获取的框幅式数码航空摄影数据,进行数据的空三加密处理，利用加密成果制作数字高程模型产品，并基于加密后的相机参数、精确影像外方位元素生产大场景模型数据，导入模型数据并与绘图系统互连，建立地质遥感解译标志，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

2.根据权利要求1所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1,数据的预处理；

S2,航片数据的空三加密处理，输出加密后的影像外方位元素文件，并根据加密成果生产数字高程模型要素。

S3,大场景模型的生产，基于影像文件、相机文件、精确影像外方位元素文件、数字高程模型数据在大场景生产系统中生成模型产品；

S4,地质解译环境的搭建，利用大场景浏览系统导入模型产品，并在绘图系统中打开正射影像文件或其它参考数据，关联两者，通过二维、三维环境互动关联的方式进行地质遥感解译。

3.根据权利要求2所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

S1a,对数码影像数据格式的转换，把数码航摄相机自有的影像格式转换为TIFF影像格式；

S1b,影像的调色处理，对所有影像进行调色处理，以保证影像反差适中，层次丰富，并可一步进行匀色处理；

S1c,对影像POS的数据的解算，获取影像摄影时刻的外方位元素信息，为空三加密提供初始定向数据。

4.根据权利要求2或3所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

S2a,利用基础影像数据、初始影像外方位元素文件及像控成果，在数字摄影测量工作站中进行空三加密；

S2b,输出加密后的精确影像外方位元素文件；

S2c,在数字摄影测量工作站上生产并编辑数字高程模型成果。

5.根据权利要求4所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

S3a,在大场景生产系统中新建模型生产工程；根据大场景数据生产基本要素设置，依次导入相机文件，加密后精确影像外方位元素文件，数字高程模型数据，匀色后的影像数据；

S3b,基于以上数据进行航片的单片纠正；

S3c,基于纠正后的正射单片进行影像的镶嵌，生成镶嵌拼接线并进行镶嵌拼接线的编辑；

S3e,基于以上文件最终生成大场景模型产品。

6.根据权利要求5所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

S4a,在大场景浏览系统中打开大场景模型数据；

S4b,在绘图系统中加载二维平面正射影像数据及其它相关勘测资料数据；

S4c,在大场景浏览系统中关联绘图系统，实现三维大场景环境与二维绘图系统的互连；利用航片数据构建的大场景三维立体环境，参考野外调查成果或辅助资料建立不同地质现象的解译标志，对工程沿线的地质信息进行解译。

7.根据权利要求6所述基于框幅式数码影像的大场景工程地质遥感解译方法，其特征在于，步骤S4b中的其它相关勘测资料数据包括参考地质图，线划地形图，二维正射影像等矢量或栅格数据。

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