航空摄影测量技术应用于输电线路工程的关键在于能否得到高精度的数字高程模型（Digital El⁃evation Model，简称DEM）和数字正射影像图（Digi⁃tal Orthophoto Map，简称DOM）。鉴于目前许多输电线路所处区域较特殊（比如山区、水域、戈壁等特征不明显区域），采用传统的航测影像匹配方法（以下简称传统方法）自动生成的DEM精度很难达到理想结果，因此需要研究高效率、高精度、高可靠性的匹配算法。基于核线约束的物方密集匹配方法由中国测绘科学研究院张力最早提出^[1]，应用于Spot-5高分辨率遥感影像的DEM自动提取。该方法可以进行高精度地貌细节精化匹配，得到比较理想的DEM和DOM^[2]（DEM+DOM简称2D）。武汉适普软件有限公司技术人员将基于核线约束的物方密集匹配方法扩展应用于生成数字航空影像的高精度2D，并将该方法编写成程序模块，加入该公司近年发布的EAT软件中。本文即采用该方法生成输电线路工程的2D，并对其精度进行检验。

影像匹配是利用计算机视觉技术和数字影像处理技术在左右影像上自动、高效地找出大量同名点，并根据匹配结果经后方交会后内插出DEM^[3]。影像匹配方法可以分为基于像方的匹配方法和基于物方的匹配方法^[4]。传统航空影像匹配采用基于像方的匹配方法，基本为单立体影像匹配。采用影像匹配方法处理航空影像的数字摄影测量软件广泛应用于输电线路工程2D生成，其中比较典型的是全数字摄影测量系统VirtuoZo。在该软件多年的实际应用中，发现自动生成的DEM和DOM存在飞点、精度差、接边效果差等不足，为此该软件提供2种人工编辑方式，以消除不足。一种方式是在立体观察方式下通过显示等视差曲线和匹配点的方式对错误同名点进行编辑；另一种方式则是将DEM内插出等高线叠加于立体影像上，对有错误的地区进行编辑，同时也可对DEM的精度进行检查。但是人工编辑也有其局限性，对于地形复杂地区自动生成的DEM，编辑工作量和难度均较大，不适合电力行业输电线路工程2D生成。

基于核线约束的物方密集匹配方法放弃传统的基于像方空间的匹配策略和基于立体影像对的双像匹配算法，采用基于像—物空间关系的匹配策略，由物方几何条件约束引导的多影像同时匹配，通过同时匹配多景影像来直接获取地形和地貌要素的特征信息，使得算法的可靠性和精度得以提高^[1]。同时匹配多景影像能够提供大量冗余信息。利用多景影像的冗余信息可解决匹配中由于重复纹理、断裂特征等引起的错误匹配，提高匹配的可靠性；最大限度地减少信息盲区，有利于解决影像匹配中的遮挡问题^[5]。

图 1为基于核线约束的物方密集匹配方法生成的数字地表模型（Digital Surface Model，简称DSM）流程图。该方法采用多影像（至少3幅重叠影像）进行金字塔影像匹配预处理，从金字塔顶级至低级（即由粗到细）逐级提取和匹配，采集3类匹配基元，即特征点、特征线和格网点，然后利用概率松弛法将匹配基元形成TIN结构DSM数据；采用基于几何约束的多影像最小二乘匹配算法^[1]进行精化配准，目的在于消除粗差；最后在融合所有匹配基元的基础上内插形成DSM。

图 1

图 1 基于核线约束的物方密集匹配方法生成DSM流程图

DSM数据为后续DEM和DOM数据生成提供基础数据，DSM数据经过处理后可得到DEM数据，通过DEM数据处理则能获取DOM数据。

应用于输电线路工程2D生成的基于核线约束的物方密集匹配方法首先生成单张影像范围的DSM。DSM数据量庞大，包含了地面点、房屋点、树木、交通工具等地形、地貌方面的众多数据，一般点数都在50万点左右，保证了地形和地貌要素均能提取。

利用武汉适普软件有限公司提供的EAT软件提取内蒙古西部地区某500 kV输电线路工程1个航带的DSM数据，该地区地物、植被特征比较典型。采用基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DSM数据包含了地物数据，对于后续的DEM生成不利，必须采取滤波方法提取地面点而剔除地物等非地形数据。图 2为包含所有地表数据的DSM及经过滤波处理后的DSM。经滤波处理后的非地形数据基本被剔除，保留的地形数据经过一定比例抽稀即可用于后续2D 生成。经过滤波、抽稀处理后的DSM可以生成任意分辨率的DEM数据（一般生成10 m×10 m网格）。

图 2

图 2 DSM数据滤波前后对比

传统方法生成DEM数据，一般只进行单个立体影像对左右片影像的基于像方的高程点数据提取。由于是两度像方匹配，无法剔除大量错点、飞点，而且是先生成单个模型的DEM，然后进行拼接，因此存在模型接边差。基于核线约束的物方密集匹配方法的约束条件较多，高程点数据提取基于物方密集匹配，精度明显提高，几乎不存在模型接边差。对2种方法进行对比可知，基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DEM数据精度明显优于前者。如图 3所示，图 3a是传统方法生成DEM，存在飞点，DEM范围不正确；图 3b是基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DEM；图 3c是基于核线约束的物方密集匹配方法滤波后生成的DEM。图 3b和图 3c显示的DEM均匀光滑、基本没有接边差。

图 3

图 3 传统方法、基于核线约束的物方密集匹配方法 生成的DEM对比

根据DEM数据可以在EAT软件下生成任意分辨率的DOM（分辨率一般设为1 m）。如图 4所示，图 4a是传统方法生成的DOM，图 4b是基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DOM，图 4c是基于核线约束的物方密集匹配方法滤波后生成的DOM。图 4a中的DOM存在明显的锯齿状，显示很明显的接边差；图 4b和图 4c显示的DOM均匀光滑，航带接边效果很好。

图 4

图 4 传统方法、基于核线约束的物方密集匹配方法 生成的DOM对比

为了检验基于核线约束的物方密集匹配方法和传统方法生成的2D的精度，分别运用2种方法生成内蒙古自治区鄂尔多斯市芒哈图变电站至乌海市乌海变电站500 kV线路工程（于2015年5月完成野外终勘定位工作）某航带DEM和DOM。

在生成的DEM中各采集一段断面与GPS-RTK测量的断面进行对比，本文截取其中的一部分，如图 5所示。从图 5可以看出，基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DEM 采集断面数据与GPS-RTK测量的断面数据较吻合，地形波动能够反映出来；传统方法生成的DEM采集断面数据曲线的波动状态不明显，与实际地形严重不符。

图 5

图 5 2种方法生成的DEM自动采集断面数据 与GPS-RTK测量的断面叠加结果

在各自生成的DOM中，分别选取10个明显地物点并采集坐标，同时在野外对照纸质DOM，进行GPS-RTK测量相应地物点坐标。将3种数据进行对比分析，其结果如表 1所示。在表 1中，基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DOM采集地物坐标与GPS-RTK测量结果较差Δx、Δy一般小于0.5 m，平面中误差计算为0.42 m，完全满足电力工程航测制图规范精度要求^[6]；传统方法生成的DOM采集地物坐标与GPS-RTK测量较差Δx、Δy一般大于0.5 m，计算平面中误差为1.37 m，是前者中误差的3倍。

表 1

表 1 2种方法生成的DOM采集地物点坐标 与GPS-RTK测量坐标比较

表 1 2种方法生成的DOM采集地物点坐标 与GPS-RTK测量坐标比较

通过上述对DEM和DOM的对比表明，基于核线约束的物方密集匹配方法生成2D能够有效提高DEM和DOM的精度。

采用基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DEM和DOM精度较传统方法有很大提高，显著减少了传统方法自动生成的DEM中存在的粗差，并降低了人工处理的工作量；可以快速准确地获取断面，用于线路设计；可部分替代人工采集，提高工作效率。但是由于目前滤波技术的局限性，采用基于核线约束的物方密集匹配方法生成的DEM必然还包含一些粗差，为了消除粗差必须进行一定的人工编辑。

另外，通过核线约束的物方密集匹配方法处理得到的DOM 还不是文献^[3]中提出的真正摄影像（TureOrtho），因此未从根本上解决DOM存在的投影差、影像遮蔽等问题。