倾斜摄影测量中像控点布设方案优化研究

刘敏敏

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项测绘新型作业技术，其搭载的多镜头航摄仪，可以获取信息更加丰富、分辨率更高的影像，然后利用专业的摄影测量软件，生产一系列的测绘产品[1-3]。对于倾斜摄影测量来说，其主要包括两部分，即外业和内业[4]。外业工作主要目的是获取影像数据和像控点数据，内业工作主要是进行空中三角测量，然后基于空中三角测量成果，进行实景三维模型及其他测绘产品的生产[5-6]。空中三角测量的精度主要取决于像控点的密度和布设方案，本文从像控点布设角度出发，以实际项目为例，对多种不同方式布设的像控点得到的实景三维模型精度进行验证，结果表明：在像控点分布均匀的前提下，随着像控点数量的增加，实景三维模型精度有一定的提升，但是当像控点密度达到一定数值时，其精度区域稳定，不会随着像控点的数量增加而提升；在同一方案下得到的实景三维模型成果，其平面精度普遍略低于高程精度。

1 像控点在空中三角测量中的作用

空中三角测量的解算主要包括特征点检测、特征点提取、图像相似度计算、平差调整等。正常的作业流程，是在新建工程后，导入POS 和影像文件，然后完善相机参数，再进行自由网解算，这样得到的成果坐标系，主要取决于所使用的POS 数据，成果相对精度较高，但是绝对精度很低，无法满足测绘工作对产品精度的需求[7-9]。为了提升空三成果的绝对精度，则需要引入像控点，通过像控点的约束平差，可以得到绝对精度符合要求的空三成果，即将POS 坐标系下的成果，通过像控点平差调整的方式，转到像控点对应的坐标系下。其作用就是得到精度可以符合项目要求的空三加密成果。空中三角测量的流程如图1 所示。

图1 空中三角测量解算流程

2 不同像控点布设方案

传统的垂直摄影测量，在布设像控点的时候，主要考虑的因素有像控点之间的距离和像控点的点位重叠度，即通常说的不能低于6 度重叠，测区边缘像控点的点位不能低于3 度重叠。在倾斜摄影测量中，由于其航摄的重叠度要求在80%左右，加上航摄影多，获取的影像数量多，这样就不存在像控点点位重叠度不够的问题，因此布设方案存在多样性。加上目前定位技术先进，尤其是实时差分和后差分技术，可以快速解算得到厘米级精度的POS 数据，在空三解算精度不变的情况下，可以在一定程度上有效减少像控点数量，使得像控点布设方式更加灵活。针对倾斜摄影像控点布设方案的多样性，本文提出以下几种布点方案（图2）：

图2

方案a 按照1000 米距离一个平高控制点的方式，在任务区四角各布设一个像控点；

方案b 在方案a 的基础上，在中心点上增加布设一个平高控制点；

方案c 在方案b 的基础上，在四边连线中心点上各增加布设一个平高控制点，其彼此之间的距离为500 米；

方案d 在方案c 的基础上，增加平高控制点的密度，使其每个平高控制点之间的距离为250 米。

3 精度验证分析

本次实验数据来源于我公司承接的农村房地一体登记确权项目，即通过外业采集数据，内业进行实景三维模型的重建，然后基于模型成果进行地籍图的采集。测区地势较为平坦，房屋分布较为密集。在作业时，按照1.5cm 的分辨率进行影像数据的获取，航向、旁向重叠度均设置为80%。在进行内业数据处理时，选择上海瞰景科技的Smart3D 软件，该软件算法先进，得到的空三成果精度可靠，且其生产的模型精细度良好，得到的模型质量高。

为了保证测试结果的准确性，在进行影像数据采集前，先按照上面的布点方案，在实地用红色油漆进行像控点靶标的喷涂，并利用GPS-RTK 采集实地三维坐标值。在采集的过程中，为了减小采集带来的误差，每个点均平滑采集3 次，并且采集时其状态都是固定解。在按照上述方案采集完像控点后，并均匀随机采集25 个平高检查点，用来对后期模型的精度进行检测。

在相同的环境下，在一台电脑上新建工程，然后加载影像数据和POS 数据，完善相机参数，然后提交空中三角测量解算任务。开启引擎，完成空中三角测量的解算，查看平差报告，加密点重投影中误差为0.548 个像素，三维误差为0.034 米，精度良好。在完成自由网空三解算后，对其成果进行复制克隆，以便完成四种方案的对比测试。在相同的环境下对四组数据进行分别刺点，设置同样的参数，然后提交平差任务。待平差完成后，对四种方案数据像控点平差精度进行统计，统计结果见表1。

表1 不同密度下的像控点平差精度统计表

通过表1 可以看出，四种方案最终的像控点平差精度均符合相关规范要求，且高程误差普遍小于水平误差，其空三加密成果是合格的，可以用于后续产品的生产。

按照相同的设置，对四种方案数据进行三维模型重建。模型重建完成后，将实景三维模型导入EPS 软件中，加载25 个平高检测点，通过人机交互的方式对四种方案得到的模型精度进行检测，按照平面误差和高程误差统计其精度（单位为米），可以得到图3 和图4 的精度折点图。

图3 平面误差精度折点图

图4 高程误差精度折点图

通过对图3 和图4 的4 种方案进行对比，可以得出如下结论：

（1）方案a 得到的模型精度，其平面误差和高程误差在4 种方案中都是最大的，其次是方案b 的精度，方案c和方案d 在平面和高程上，其在平面和高程上，误差基本上一致。

（2）随着平高控制点数量的增加，即像控点密度的增大，实景三维模型精度在平面和高程上均有提升。但当密度达到一定数值时，其精度不再随着像控点密度的增大而提高，而是趋于稳定。

（3）方案c 和方案d 的精度基本上一致，表明像控点之间的间距在500 米时，其精度不再随着像控点间距的缩短而提高，因此在同类型数据生产时，按照500 米的间距采集像控点，精度就可以达到最优。

（4）同一方案中，模型的平面精度普遍比高程精度低。

4 结论

倾斜摄影测量是一项新型测绘技术，本文通过布设不同密度的像控点，从多方面对像控点的布设对后期模型成果精度的影响进行了分析。通过对比分析可知，在倾斜摄影测量中，像控点数量增多，会使得后期的实景三维模型精度提升，但是当数量达到一定数值时，其精度不再随着像控点数量的增加而提高，因此在实际作业中，像控点数量合适就可以，并不是像控点的数量的多少代表成果精度的高低。对于同一方案下得到的实景三维模型，模型的平面精度普遍略低于高程精度。