基于DMC影像的1∶1000数字成图野外像控点布设方案探讨

基于DMC影像的1∶1000数字成图野外像控点布设方案探讨

周利利

(安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥230601)

摘要：目前航测成图所使用的航摄资料多数是数码航片，数码航片相比传统的经扫描数字化的胶片有很多优点。利用DMC影像进行1∶1000航测数字化成图进行野外像控点布设时,可考虑采用区域网法，但跨越几条基线最为合适，没有规范和相关文献给出明确的说明。本文利用安徽省数字城市建设北方平原的航摄资料，对野外像控点布设选取四种不同的方案进行试验分析，总结出最适用于DMC影像的像控点布设方案，以提高生产效率，节约生产成本。

关键词：摄影测量；空三加密；像控点；中误差

收稿日期：2014-09-17

作者简介：周利利(1977-)，女，硕士，讲师，研究方向为大地测量学与测量工程。

中图分类号：P231.5

Field Control Points Setting for DMC-based Digital

Mapping on the Scale of 1∶1000

ZHOU Li-li

(School of civil engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, 230601)

Abstract:Having a range of advantages over traditional film scanning, digital aerophotos are being widely used in photogrammeric mapping. Strip method is recommended when arranging field control-points for DMC-based digital mapping on the scale of 1:1000. However, there is no specification on the number of baselines in the existing literature. Traditional control-points setting for digital mapping on the scale of 1:1000 requires a large number of points covering the whole area, which is both time-consuming and energy-consuming. In this paper, we discuss different designs of control points using the aerophotos for the project of Building a Digital Anhui as the data, which will be applied to DMC-based images to increase productivity and reduce cost.

Key words:photogrammetry; aerial triangulation; control points; root mean square error

0引言

按规范要求，1∶1000航测数字化成图像控点布设采用全野外布设，传统的胶片影像均使用该法，并且在生产中已经得到验证。但是在数字化航测成图前，传统胶片必须通过分辨率和精度均较高的扫描仪扫描，以获得数字影像。此道工序受胶片冲洗影像损失、压平质量等原因直接影响影像质量[1]。数码影像与传统扫描影像相比，DMC像机镜头畸变小，其影像具有多源性、稳定性好、解译能力强和精度高的特点，这样的影像能大大地提高空三加密对相关模型和影像自动匹配的成功率，进而提高了作业效率，缩短了成图周期[2]。针对数字航摄，《CH/T 3006-2011 数字航空摄影测量 控制测量规范》中要求：数字航摄采用常规光束法区域网平差时，根据航摄仪的具体情况可参照胶片航摄的规定，区域网的大小(航线数和像对数)以及像控点间航向和旁向间距可适当放宽，具体要求应经过试验验证成图精度后，在设计书中明确[4]。利用数字航摄资料进行1∶1000航摄成图，在满足成图精度的前提下，区域网中像控点布设应该跨越几条基线是最为合适的，没有相关的规范明确说明。应该综合考虑外业的工作量以及内业空三加密精度的可靠性，从而选择合适的基线跨度。

1区域网平差

计算机技术的迅速发展及数字摄影测量工作站的出现，光束法区域网平差作为理论上最为严密、精度最高的空中三角测量的平差法已取代了独立模型法和航带法区域网平差[3]。采用光束法进行平差的区域网的图形宜布设成矩形，其大小和像控点之间的跨度主要依据成图精度、航摄资料参数及对系统误差的处理等因素确定。理论上区域网内部精度均匀，精度最弱点位于区域四周；密周布点时，光束法区域网平差的理论精度不随区域大小改变；控制点稀疏布点时，区域网的理论精度随区域增大而降低；增大旁向重叠，可提高区域网平面坐标的理论精度[3]。区域网平差的高程精度取决于控制点的跨度，与区域大小无关。

对于平面区域网平差而言，只要有周边控制就够了。区域内部的控制点可以局部改善精度，但不能代替周边控制。由于最大的高程误差总是出现在区域的上下两条边缘航带、相邻两排高程控制点的中间部位，所以，在这些地方增补一个高程控制点，可以有效地提高区域网的高程精度，并改善精度分布的均匀性。

2不同像控点布设方案试验分析

2.1试验区概况及精度要求

本次试验选用安徽省数字城市建设航摄资料，该试验区位于安徽省北部，地形以平原为主，地势平坦。航摄季节为春季，航线东西向布设，设计航向重叠为65%，旁向重叠为30%。航摄仪为DMC,其焦距为120mm，像元尺寸为12μ，像幅大小为9.cm×16.6cm，地面分辨率GSD为0.1m，相对航高960米。测区像片分布如图1所示。

根据国家相关规范要求，1：1000航测数字化成图相关精度要求如下：空三加密精度要求：像点量测时左右视差p和上下视差q不大于0.03mm(30 )；相对定向时残余上下视差中误差 q不应大于1/3像素，最大不应大于2/3像素；绝对定向后参照规范及技术设计执行[6]。

平面位置中误差：内业加密点和地物点，对最近野外控制点的图上点位中误差不得超出大于表1规定。

表1　平面位置中误差

高程中误差：内业加密点、高程注记点和等高线对最近野外控制点的高程中误差不得超出大于表2规定。

2.2不同像控点布设方案区域网平差结果比较分析

本试验区外业像控点与外业检测点均采用AH-CORS进行测量，其高程采用安徽省大地水准面精化成果进行插值计算获得，共实地测量像控点227个，外业共检测高程点190个(其中全野外加密法检测105个高程点，区域网加密法检测85个高程点)。加密软件采用中国测绘科学院研发的自动空中三角测量软件Geolord-AT进行加密平差计算。外业像控点应选在内业易判读且高程无歧义的标准点位上，外业检测点应均匀分布且在高程平缓处，具体要求按航测外业规范执行。

本次试验方案设计时首先分析了DMC相机与传统相机的差异：(1)DMC相机是基于CCD技术的面阵相机，其获得的影像是经过系统校正和软件处理后的，可认为无畸变，在空三加密时内定向的残差为0，每个像元均可作为相机的内方位元素。(2)传统的胶片需经扫描后变为数字化影像，其扫描分辨率多为21μ，而DMC相机获得的影像其像元大小为12μ，因此其影像分辨率高于传统相机；同时DMC镜头系统由8个镜头组合而成，其中4个全色镜头，4个多光谱镜头(红、绿、蓝以及近红外)，因此其影像纹理层次丰富，易于判读，在立体模型的环境下切准地面获得更准确的高程信息[5]。(3)传统相机和DMC相机的像移补偿方式不同。传统相机是采用机械方式，这样补偿过程中可能存在补偿不足或过多的现象，造成其他的影像像移过大。DMC相机是采用时间延迟电子方式，在航摄时，逐行曝光，这样可忽略不计其他影像的像移。考虑以上原因，在相同航摄条件下DMC获得的影像优于传统像片，因此试验区在外业像控时采用全野外布点方式，在空三加密时采用不同的基线间隔进行平差计算，其基线间隔分别为2、4、6、9条，加密计算时把部分加密点选在外业像控点上，选择时根据刺点像片调整准确，在不同方案平差计算时不再对相应的点位进行修改调整，平差完成后对加密成果与全野外的加密成果进行比较分析，在此对所有加密获得的点及外业像控点分别进行了比较分析，具体分析参见表3。

表3　不同布设方案加密结果比对分析表　单位：米

为了更直观的揭示误差分布规律，可通过在X、Y、Z三个方向坐标差值绘制成差值曲线图，具体详见图2、图3。

从比较分析可知，几种方案均满足精度要求，且随着基线跨度的增加，检查点的平面与高程中误差均在增大，其中平面影响较小，高程误差随跨度增大而增大。

2.3外业检测结果

空三成果比对分析后，综合考虑以下因素：(1)航测资料可能存在局部的航偏角过大等因素；(2)外业作业人员自身技术水平造成的粗差等原因导致极少数像控点内业空三加密时不可使用；(3)航测后实地发生变化导致像控点无法选择等因素；鉴于以上因素综合考虑，通过生产实践，使用每条航线间隔4条基线进行区域网布点最为合适，这样的布点方案能够适当减少外业工作量，同时在内业空三加密时，可以提供更多的像控点选择使用的余地，以提高加密的成功率。在工作全面展开前，作业人员在数字摄影测量工作站上对全野外法加密成果和间隔4条基线加密成果分别建立立体像对进行内业地形地物采集，获得的数据进行外业高程检测，通过比对分析后确认每条航线间隔4条基线的布点方案是否能够满足该项测绘项目生产精度要求。具体如下：

表4　外业检测精度统计表

由此可知，区域网每条航线间隔4条基线的布点方案能够满足利用DMC影像1：1000航测数字化成图的精度要求。

3结论

DMC影像自身精度较高，影像纹理层次丰富，能较好的进行影像的相关匹配，因此利用该影像进行航测数字化生产时可以采用区域网间隔一定的基线数进行布设外业像控点，这样能减少外业工作量，缩短成图周期，减少成本开支，但考虑到航摄环境及人为存在的各种因素，同时为保证加密成果的可靠性，在进行像控点布设时采用间隔多少条基线是合适的，需根据测区情况及项目要求进行生产前必要的试验，逐步总结经验指导实际生产。经过不同测区的生产实践，区域网每条航线间隔4条基线的布点方案不是外业工作量最少的方案，但是最为稳妥可靠的布点方案，该方案适当的减少了外业工作量及作业周期，同时也很大程度上避免了像控二次外业的可能性。

参考文献

1齐心,礼盛东,王果隆,等.基于数字航摄影像成大比例尺地形图技术方法研究[J].测绘与空间地理信息,2007,6,30(3):6-11.

2宋大明.DMC影像在数字摄影测量中的应用[J].测绘与空间地理信息,2006,6,29(3):91-97.

3栾学科,姚喜,王志博,等.航空数码影像像控布点方案的研究[J]. 城市勘测,2010.8,(4):103-106.

4朱士才,羌树华,邹学忠,等.数码航摄(DMC) 像控布设方案研究[J].现代测绘,2008.11,31(6):9-10.

5宫照,几种常见数字航摄仪的分析与比较[J].测绘工程 ,2010.2,19(1):46-49.

6中华人民共和国国家标准.GB/T 7931-2008 1:500 1:1000 1:2000地形图航空摄影测量外业规范[S].北京：中国标准出版社,2008.6.