POS辅助DMCII230在铁路勘察设计应用中的精度分析

高文峰，刘 楠

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142；2.徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

徕卡测量新技术应用专栏

POS辅助DMCII230在铁路勘察设计应用中的精度分析

高文峰1，刘 楠2

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142；2.徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

针对DMCII230大幅面数码航摄仪的工程应用精度进行试验分析，通过对同一试验区域获取的不同地面分辨率(GSD)的航片进行空三加密和精度对比分析，并对POS辅助DMCII230数码航摄相机的像控点布设方式及精度进行对比试验，在满足工程需求的情况下选择最优化的GSD和像控点选择方案。

DMCII230；航空摄影测量；像控点布设；精度分析

一、引 言

近年来，数码航摄相机逐步替代了传统胶片式航摄相机，航空摄影测量的效率和质量得到了提高。国内许多科研和生产单位对POS辅助航空摄影测量进行试验研究。李学友等于2006年对POS辅助航测技术流程进行了深入的研究[1]；赵海涛等对POS辅助UCD航空摄影测量直接地理定位误差进行了分析，将POS直接获取的外方位元素经偏心角改正和相机内方位元素自检校改正后，通过直接安置可以满足1∶1000地形图的成图精度要求，但考虑大比例尺地形图应用的稳定性，仍需布设少量的像控点[2]。在铁路工程中，考虑勘察设计中工程应用风险，一般还要布设一定数量的像控点。在一些特殊工点，可能需要超出常规比例尺地形图精度的测绘成果。本文从工程应用的角度出发，从GSD大小和像控点布设两个方面来研究在POS辅助下DMCII230数码航摄仪在铁路勘察设计中的应用精度。

二、试验及分析

1.DMCII230数码航摄相机

DMCII230是徕卡公司新一代大幅面数码航空摄影测量相机，其全色CCD像素数达到15 552像素×14 144像素，CCD大小为5.6 um，焦距为92 mm，相幅大小近似于传统的框幅式相机，具有较大的基高比。相对于其他数码航摄相机来说，它可以无缝地与传统航测生产流程衔接，大大减少了工程应用的风险。另外，与传统胶片式航摄相机相比，其航片处理自动化程度高，且具有更高的空间和光谱分辨率。

2.试验区概况

选择某铁路的一个测段进行试验，在该区域内采用POS辅助DMCII230数码航摄仪分别获取5 cm和10 cm两种不同分辨率的航片，航向重叠度65%，旁向重叠度30%，在试验区内均匀布设了43个平高点作为空三加密像控点和质量检查点，平面采用GPS快速静态测量，高程采用四等水准测量，刺点精度优于5 cm。控制点的分布如图1所示。

图1 10 cm航片及像控点分布情况

3.试验方案

为了对比相同地面分辨率(GSD)、不同像控点分布情况下，利用立体模型采集的平面和高程精度，试验针对5 cm和10 cm两种分辨率的GSD分别采用多种像控点布设方案进行空三加密，利用质量检查点进行精度对比分析，获取实际工程应用精度。

4.精度分析

(1)10 cm航片空三加密方案及精度分析

根据像控点的分布情况，分别采用多种控制点均匀分布(采用POS数据)方案进行空三加密，并对不同方案的精度进行对比分析。各种像控点布设方案如图2所示。

图2 10 cm航片空三加密各种像控点分布方案示意图(部分)

10 cm航片试验区域内的43个有效控制点，除去空三加密所用控制点之外，其余作为质量检查点对不同空三加密方案的精度进行分析，精度统计结果见表1。

表1 10 cm航片不同空三加密精度分析对比表

从上述试验结果可以看出：①按照《铁路工程摄影测量规范》(TB 10050—2010)[4]规定，各种方案均能满足1∶500地形图的精度要求；②在采用4个像控点的情况下，平面和高程误差均控制在一个像元之内，且平面精度达到了0.5个像元；③当像控点数量达到8个时(均匀分布)，其平面和高程精度有明显的提高，当继续提高像控点数量时，其精度已经没有明显的变化，说明此时像控点对精度的贡献已经被像控点本身误差、人员分辨误差等所掩盖。

(2)5 cm航片空三加密方案及精度分析

与10 cm航片的试验一样，根据像控点的分布情况，分别采用多种控制点均匀分布(采用POS数据)方案进行空三加密，并对不同方案的精度进行对比分析。各种像控点布设方案如图3所示。

图3 5 cm航片空三加密各种像控点分布方案示意图(部分)

在5 cm航片试验范围内一共有24个有效像控点，利用质量检查点对各种像控点布设方案下的精度进行分析，精度统计结果见表2。

从上述试验结果可以看出：①在像控点多于5个的情况下，根据《铁路工程摄影测量规范》，其平面和高程精度均远远超过1∶500地形图精度的要求，能够满足《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308—2008)[5]中的地形图精度需要；②平面和高程精度基本上控制在1个像元之内，这与10 cm航片试验的类似，当像控点提高到8个时，其平面和高程有明显的提高，随着像控点继续增加，平面和高程精度提高不明显；③随着GSD的提高，高程精度提高明显，说明GSD对高程精度的影响更加明显。

表2 5 cm航片不同空三加密精度分析对比表

三、结束语

POS辅助数码航空摄影测量技术提高了铁路勘察设计的效率和质量。通过本文试验可以看出，POS辅助DMCII230数码航摄相机获得高分辨率的数码影像，高程精度随着GSD的提高有明显的提高，平面和高程精度随着像控点数量的增加，精度也有明显提高，但当达到一定数量时，其精度被其他误差(控制点测量误差、人员分辨误差等)所掩盖，精度呈现随机变化特征。随着GSD的提高，利用航空摄影测量方法获取的平面和高程精度均得到明显的提高，为航空摄影测量在铁路工程中的应用拓展提供了技术支撑。

[1] 李学友，赵荣军，李英成，等.IMU/DGPS辅助航测技术在大比例尺航测成图中的应用[J].测绘科学，2006，31(1)：60-61.

[2] 赵海涛，左正立，房成法，等.POS辅助UCD航空摄影测量直接地理定位误差分析[J].测绘信息与工程，2008，33(3)：45-46.

[3] 刘力荣，左建章，关艳玲.POS辅助航空摄影测量精度分析[J].测绘科学，2012，37(4)：197-201.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB 10050—2010铁路工程摄影测量规范[S].北京：[s.n.]，2010.

[5] 中华人民共和国建设部.GB 50308—2008城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[6] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用[M].北京：测绘出版社，2001.

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)

2014-12-02

铁道第三勘察设计院集团有限公司重点课题(721141)

高文峰(1976—)，男，河南漯河人，高级工程师，从事铁路航空摄影测量与遥感技术应用研究。