DMC航摄影像空三加密的实验研究

赵蕊　郭晓晴　魏浩然

【摘 要】航空摄影测量一直是我国大比例尺基础地理信息数据获取的手段。一般地，从航空摄影到基础地理信息数据产品的获取包括航空摄影、地面控制、空三加密、内业测图等几个阶段。传统航空摄影测量需要进行大量的地面像控测量工作，并通过空三加密获得内业测图所需的外方位元素数据。随着DMC等数字航摄仪开始应用到航测生产领域当中，DMC影像数据在全数字摄影测量中发挥了越来越重要的作用。本文利用DMC数码航空影像，通过实验对DMC数字航摄资料的外业像控的布点方案、基线数量、点位位置采取不同方案进行内业加密问题进行研究、分析和总结，探讨DMC在全数字摄影测量中的应用前景。

【关键词】DMC；自动空中三角测量；基线；光束法平差

0 引言

航空摄影测量技术在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量阶段，发展到今天的全数字摄影测量，其技术日益完善，成图周期短、费用低、精度高的优点得到充分体现，使得航测成为快速测绘大面积地形图的重要手段。目前广泛采用传统的胶片航摄仪的航摄资料，进行大比例尺数字航测成图，其胶片影像必须经过扫描得到TIF数据，使得几何精度不仅受胶片片基变形、胶片冲洗变形的影响，还受到扫描仪畸变等因素的影响，分辨率只能达到21～28。数码航摄像机的出现无疑成为航空摄影测量的又一个里程碑。DMC数据与胶片数据相比，主要优越性在于：辐射分辨率高、航摄成果多元化、量测精度提高、导致误差积累的中间环节不复存在、影像层次和信息更加丰富、数据获取周期变短等诸多方面。从2000年ISPRS阿姆斯特丹大会推出较成熟的数码航空相机至今，经过几年的发展，数码航空相机技术已经成熟并开始广泛应用于各部门的航空摄影。

1 试验内容

在济源市新一轮土地利用更新调查项目中，一些地区为了获取现势性强、色彩丰富的航摄资料，决定选用目前最先进的数码航空相机（DMC）进行航空摄影，进行土地利用更新调查。由于DMC在像幅面大小及成像方式上有别于传统的航摄资料，没有什么现在经验可供借鉴，为了最大限度地降低外业作业工作量，我们决定通过实验总结出既可达到成图精度要求，又可大大减少外业像控布点数量的布点方案。我们选取近100km2作为实验区，实验区位于济源市，实验区内有平地、丘陵地或平地与丘陵地的结合部等地形，地形特征有一定的代表性。本次试验在其内部选取7条航线，每条航线50个连续像对无补飞的区域作为试验区域。通过一系列的研究和试验，对各种空三加密方案及平差结果进行分析和研究，寻求最佳作业方案，从而达到进一步减少必须的像控点个数，降低外业工作强度，提高生产效率，节约生产成本。

2 空三加密技术方案的实施与精度分析

2.1 空三加密技术方案

从整个航测流程来看，空三加密对最终的地籍图精度影响，是航测中的一个十分关键的环节。方兴未艾的跨越式大发展的进程中，时间紧、任务量大，利用空三加密软件，能快速高效地完成加密任务。传统外业像控布点对控制点的点位位置有较严格的要求，如控制点要根据成图比例尺及航摄比例尺严格紧密相连，每5条基线布设一个平高点，3条航线的中间航线加布高程点，能否打破这种格局，尽量的减少控制点的数量，增大航线间的跨度，而不影响测区加密的精度，这成为本论文研究的主要课题。为了实验这种情况，在本论文研究范围内外业像控布点中，每隔4条基线选取一个平高点，进行不同空三组合的解算。首先利用所有的外业点进行空三解算，分析空三结果是否达到精度要求。然后间隔8条，16条，20条，25条基线进行空三解算，其余外业点作为检查点，利用解算结果分析其精度。从而找到最佳的外业布点方式，既能减少外业工作量，又能满足空三加密的精度要求。

2.2 内业加密方案的确定与精度分析

在该项试验中，我们分别采用了跨度为4条基线、8条基线、16条基线，20条基线和25条基线5种不同组合的周边布设平高像控点的区域网布点方案，在Geolord-AT系统平台上完成空三加密作业。

试验一：

按照空三加密规范要求，每隔4条基线取一列地面控制点参与平差计算，进行多项式法整体平差，并统计平差精度，经过统计分析，地面定向点中误差统计表见表1。

试验二：

将参与平差的面控制点减少，每隔8条基线取一列地控点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。地面定向点，检查点，有模型连接点的中误差统计表见表2。

试验三：

将参与平差的地面控制点减少，每隔16条基线取一列地控点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析，地面定向点，检查点，及模型连接点的中误差统计表见表3。

试验四：

将参与平差的地面控制点减少，每隔20条基线取一列地面控制点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析，地面定向点，检查点，及模型连续点的中误差统计表见表4。

试验五：

将参与平差的地面控制点减少，每隔25条基线取一列地面控制点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析，地面定向点，检查点，及模型连接点的中误差统计表见表5。

通过上述表格比较和分析，我们可以得出以下结论：

（1）随着像控点间航向跨度基线数的增加，定向点和检查点的点位中误差和高程中误差虽然呈增大的趋势，但增大并不明显；即使跨度基线数增加到8条，其平面精度和高程精度仍然远远高于现行规范要求，实践表明采用DMC数据进行区域网空三加密还有潜力可挖。

（2）光束法平差算法高程理论精度公式为Oz/Oo=0.93+0.19i，其中Oz为待定点高程中误差，Oo为像点高程中误差，i为基线条数。由上式可知，航向跨度基线数增加，高程理论精度将下降；另外高程量测精度的经验估算公式为：m△h=±1.21hm/2√2BR，其中为高程量测精度，H为航高，m为航摄比例尺，B为基线实地长度，R为地面分辨率。从上式可知在航摄比例尺，航高和地面分辨率同等的条件下，像幅为16cm×9cm的DMC数据由于基线长度变短，从而变程量测精度要低于23cm×23cm的传统胶片数据。但由于DMC的像元大小为12μm，这在很大程度上弥补了由于基线长度变短而损失的高程量测精度。

（3）数字空中三角测量的模型连结强度是很强的，不仅表现在加密点数量多，重叠度加密点的数量也很多，而且质量高，有利于模型的连结。加上DMC影像幅而较小，像对的基线较短基线长不到传统航摄资料的一半，因此，把基线长提高到与传统航摄资料接近的长度，空三加密也可达到精度要求。根据已有规范，外业影像而言，由于摄像是由四张影像拼接而成的加上相机的镜头较小，影像的连缘变形就很小，控制点布设在影像边缘不会影响空三加密成果。

利用DMC航报数据进行全数字航测，正如试验结果表明的那样，具有许多优越性，这是全数字摄影测量发展的必然，具有广阔的应用前景。就当前情况而言，在DMC的应用中仍有一些问题值得研究和探讨。

（1）DMC数据在航测生产中已逐步被接受和使用，但目前的影像处理软件和国内的全数字摄影测量软件大多基于辐射分辨率8bit开发，在处理DMC数据时，需要将12bit的DMC数据转为8bit，这样带来的问题是每张影像的数据量增加2/3，并且信息损失较大；加之目前国内的空三加密软件处理DMC数据的相关模块功能尚未完善，仅处在能用的阶段，人工干预的工作量较大，自动化程度不高，大大降低了生产效率。

（2）DMC影像大小为16cm×9cm，较之传统影像（23cm×23cm），基线长度只有原来的0.4倍；像幅窄小会增加定向、更找模型、接边处理等工作量；加之每张影像数据量大到300多兆，在海量影像数据的存储、传输和使用过程中，对计算机的软硬件配置提出了更高的要求。速度快、稳定性好、安全性高成为首要考虑的问题。

3 结论和展望

全数字摄影测量系统进行空三加密自动化程度高，大大提高了工效。但在全数字摄影测量领域，目前还没有一个正式的作业规范。全数字摄影测量工作部在各生产单位已开始了比较广泛的应用，因此制定出切合生产实际的作业规范迫在眉睫。

首先，基于数字摄影测量系统的自动空三加密，不必严格按照传统解析空三的区域布点要求，可大大提高控制点间的基线数和航线数。

其次，DMC数码影像在影像边缘变形不大，可不必考虑传统航空影像对影像边缘的一些严格规定，即外业像控点可布设在影像的边缘或靠近影像边缘的位置。

随着传统测绘被数字化、信息化测绘逐步高新技术和设备的不断融入，使测绘产品的科技含量越来越高，服务范围越来越广，传统的质量控制技术已明显落后。作业单位应建立与之相适应的质量管理体系，不断提高技术管理人员的业务水平，牢牢抓住各工序的质量监控点，把问题尽量消灭在萌芽状态。在作业规范的制定过程中，应参考规范的制定过程中，应参考原有的各种测量规范，加入全数字摄影测量的概念，结合生产实践，进行充分的调研，确保规范的合理性和适用性。工程技术的发展不断对测量工作提出新的要求，同时，现代科学技术和测绘新技术的发展，给直接为经济建设服务的工程测量带来了严峻的挑战和极好的机遇。航空摄影测量也不例外，DMC航空摄影能减少野外作业，减轻劳动强度，并且不受地理条件的限制，具有快速、精确、经济等优点，特别适合于城市密集地区的大面积成图，更是我们今后大比例尺数字成图的一个重要方向。

【参考文献】

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[责任编辑：汤静]