云南航空攝影像控點(diǎn)布設(shè)方案研究與精度驗(yàn)證

匡秀梅

摘 要：該文選取云南地區(qū)2015年UCXp WA航攝影像作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行六種不同外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)方案，通過(guò)空中三角測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究及對(duì)比分析，制定出符合云南1∶2 000航空攝影數(shù)字正射影像制作精度要求的基于UCXp WA數(shù)碼航空影像的控制點(diǎn)布設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：UCXp WA 像控點(diǎn)布設(shè) 空三加密 像控測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（a）-0001-03

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，航測(cè)數(shù)字化成圖已成為我國(guó)城市測(cè)繪的一種主要手段，而隨著航空攝影測(cè)量在各個(gè)測(cè)繪應(yīng)用領(lǐng)域的普及，關(guān)于影像控點(diǎn)的測(cè)量任務(wù)也日趨增多?？刂泣c(diǎn)布設(shè)方案的優(yōu)劣關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展和質(zhì)量。

隨著IMU/GNSS技術(shù)和數(shù)碼航空攝影技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)于區(qū)域網(wǎng)像控點(diǎn)的布設(shè)要求，原有航空攝影測(cè)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已不能滿(mǎn)足當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需要。該文通過(guò)UCXp WA航攝儀獲取的影像，選取有代表性的區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)局部驗(yàn)證區(qū)測(cè)試的方法，對(duì)同一區(qū)域網(wǎng)采用不同外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)方案，進(jìn)行IMU/GNSS空中三角測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究及精度評(píng)定。為云南省約6萬(wàn)km21∶2 000數(shù)字航空攝影和DOM制作項(xiàng)目控制點(diǎn)布設(shè)方案的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。最后制定出在保證精度的前提下，能減少外業(yè)像控測(cè)量工作量、降低生產(chǎn)成本、縮短項(xiàng)目生產(chǎn)周期的像片控制點(diǎn)布設(shè)方案。

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 測(cè)區(qū)自然地理概況

測(cè)區(qū)范圍位于云南省西北部區(qū)域，主要覆蓋楚雄市、大理市、麗江市、迪慶藏族自治州南部、怒江傈僳族自治州東部、玉溪市西北部、普洱市東北部共7個(gè)市，36個(gè)縣北部。西北部麗江與大理交界處最高點(diǎn)高程為4295.3 m，南部最低點(diǎn)楚雄市雙柏縣南端的三江口，海拔556 m左右。獨(dú)特的地理位置、奇特的地形地貌，孕育出個(gè)性鮮明的高山峽谷、河流湖泊、原始森林、溶洞溫泉等奇特景觀(guān)。整體地形情況如圖1所示。

1.2 數(shù)碼航攝儀

該項(xiàng)目航空攝影采用一臺(tái)UCXp WA數(shù)碼航攝儀、一臺(tái)DMC-230數(shù)碼航攝儀、二套POS VA510。該文只針對(duì)UCXp WA數(shù)碼航攝儀影像進(jìn)行像控測(cè)量方案布設(shè)研究與精度驗(yàn)證。

UCXp WA外形與UCXp大體相同，主要是縮短了焦距（100 mm變?yōu)?0 mm），在同等地面分辨率的情況下，大大降低了飛行高度，增加了可飛行天氣的數(shù)量。適用于大范圍（旁向覆蓋大）的項(xiàng)目（低分辨率時(shí)飛行高度與UCXp降低30%），且受低云影響小，可充分利用云下攝影。此外，對(duì)于空域高度的飛行限制又多了一個(gè)選擇（見(jiàn)表1、表2）。

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

精度驗(yàn)證區(qū)選擇是整個(gè)航攝區(qū)域的具有代表性典型地形區(qū)，位于楚雄市牟定縣和祿豐縣交界處（位置如圖2所示），試驗(yàn)區(qū)地形平均海拔約為2 050 m，最高與最低處高差約為950 m，屬山地地形該區(qū)，森林茂密。

實(shí)驗(yàn)區(qū)域航線(xiàn)數(shù)為4條，每條航線(xiàn)約32張影像，像片總數(shù)為125張。攝影參數(shù)如表3所示。

2 像控點(diǎn)布設(shè)

2.1 布設(shè)依據(jù)

試驗(yàn)區(qū)精度驗(yàn)證時(shí)像控點(diǎn)布設(shè)方案參照《數(shù)字航空攝影測(cè)量控制測(cè)量規(guī)范》（CH/T 3006-2011）。規(guī)范中對(duì)IMU/GNSS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的布點(diǎn)要求比較模糊，規(guī)定：“在區(qū)域網(wǎng)四個(gè)角點(diǎn)處布設(shè)平高控制點(diǎn)，平坦地區(qū)區(qū)域網(wǎng)中根據(jù)需要加布高程控制點(diǎn)”。具體如果加布高程控制點(diǎn)沒(méi)有明確說(shuō)明。因此，需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成圖精度后，確定IMU/GNSS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的布點(diǎn)方案。

2.2 像控點(diǎn)布設(shè)方案

該次實(shí)驗(yàn)根據(jù)光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差原理，利用TOPGRID進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)的空三加密計(jì)算，采用了6種像控點(diǎn)布設(shè)方案進(jìn)行測(cè)試。

（1）像控點(diǎn)布設(shè)方案一。

采用常規(guī)像控?cái)z影技術(shù)制作地形圖時(shí)的控制點(diǎn)布設(shè)方案，航向跨度4條基線(xiàn)，旁向跨度每2條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)。該方案共布設(shè)21個(gè)定向點(diǎn)，4個(gè)檢查點(diǎn)。

（2）像控點(diǎn)布設(shè)方案二。

該方案在規(guī)范明確要求的條件基礎(chǔ)上適量放寬航向基線(xiàn)跨度，航向跨度8條基線(xiàn)，旁向跨度每2條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)，共布設(shè)12個(gè)定向點(diǎn)，13個(gè)檢查點(diǎn)。

（3）像控點(diǎn)布設(shè)方案三。

該方案在規(guī)范明確要求的條件基礎(chǔ)上進(jìn)一步放寬航向基線(xiàn)跨度，航向跨度12條基線(xiàn)，旁向跨度每2條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)，共布設(shè)9個(gè)定向點(diǎn)，16個(gè)檢查點(diǎn)。

（4）像控點(diǎn)布設(shè)方案四。

該方案航向跨度4條基線(xiàn)，旁向跨度每4條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)，共布設(shè)14個(gè)定向點(diǎn)，11個(gè)檢查點(diǎn)。

（5）像控點(diǎn)布設(shè)方案五。

該方案航向跨度8條基線(xiàn)，旁向跨度每4條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)，共布設(shè)8個(gè)定向點(diǎn)，17個(gè)檢查點(diǎn)。

（6）像控點(diǎn)布設(shè)方案六。

該方案航向跨度12條基線(xiàn)，旁向跨度每4條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)，共布設(shè)6個(gè)定向點(diǎn)，19個(gè)檢查點(diǎn)。

2.3 像控測(cè)量

像片控制測(cè)量（photo control survey）是在實(shí)地測(cè)定像片控制點(diǎn)平面位置和高程的測(cè)量工作，通常采用RTK測(cè)量和精密單點(diǎn)定位（PPP）的方式，RTK測(cè)量分為單基準(zhǔn)站RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)（單基站CORS、多基站CORS、網(wǎng)絡(luò)CORS）。由于云南測(cè)區(qū)為高山區(qū)，且無(wú)CORS系統(tǒng)，考慮幾種測(cè)量方式的優(yōu)劣及測(cè)區(qū)特點(diǎn)，像片控制測(cè)量主要采用單基準(zhǔn)站RTK模式進(jìn)行測(cè)量，無(wú)信號(hào)區(qū)域采用單點(diǎn)精密定位方式。

2.4 高程轉(zhuǎn)換

利用中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)研究所的高階重力場(chǎng)模型，實(shí)現(xiàn)大地高程到1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)均加入附近的已知點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證檢核，確保成果精度。

3 精度驗(yàn)證

3.1 精度要求

《數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范》（GB/T 23236-2009）中1∶2 000空三精度要求如表4所示。

3.2 精度檢測(cè)方法

該次精度檢測(cè)采用區(qū)域網(wǎng)平差，用平差后的定向點(diǎn)、檢查點(diǎn)的中誤差來(lái)評(píng)估各方案所能達(dá)到的理論精度。此次空三加密主要使用TOPGRID軟件進(jìn)行連接點(diǎn)匹配及光束法區(qū)域網(wǎng)平差解算，獲取空三加密最終解算成果。定向點(diǎn)中誤差按空三區(qū)域網(wǎng)平差報(bào)告中相關(guān)項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估；檢查點(diǎn)的中誤差具體計(jì)算公式按《數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范》（GB/T 23236-2009）7.2執(zhí)行。檢查點(diǎn)平面中誤差、高程中誤差分別按公式（1）計(jì)算。

（1）

式中：為檢查點(diǎn)中誤差，單位為米（m）；為檢查點(diǎn)野外實(shí)測(cè)值與結(jié)算值的誤差，單位為米（m）；為參與評(píng)定精度的檢查點(diǎn)數(shù)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)6種不同像控點(diǎn)布設(shè)方案，空三加密解算精度見(jiàn)表5。

3.4 加密后精度分析

以上6種控制點(diǎn)布設(shè)方案，空三精度均高于國(guó)標(biāo)1∶2 000比例尺空三精度要求。根據(jù)精度驗(yàn)證結(jié)果，綜合分析6種方案的誤差統(tǒng)計(jì)，可以明顯看出6種像控布設(shè)方案得出的精度誤差基本屬于同一個(gè)級(jí)別的精度，均可以滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)范要求中山地的定向點(diǎn)、檢查點(diǎn)的平面和高程的精度要求，可用于后期數(shù)字正射影像（DOM）生產(chǎn)需要。為確保項(xiàng)目特殊地區(qū)精度符合要求，該項(xiàng)目采用在方案五4×8和方案六4×12之間選取4×10的像控布設(shè)方案完全可以滿(mǎn)足后期DOM生產(chǎn)精度要求，又兼顧了外業(yè)像控測(cè)量工作量。

4 結(jié)語(yǔ)

該文利用6種不同像控點(diǎn)布設(shè)方案，進(jìn)行空三加密，對(duì)空三加密后的定向點(diǎn)，檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)與分析，在保證精度情況下，考慮到外業(yè)像控工作量、工期以及像控測(cè)量難度，選擇了航向跨度12條基線(xiàn)，旁向跨度每4條航線(xiàn)布設(shè)一排平高點(diǎn)（4×10）的布點(diǎn)方案作為該項(xiàng)目UCXp WA航攝影像的像控點(diǎn)布設(shè)方案。

現(xiàn)行航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范對(duì)像控點(diǎn)數(shù)量的要求偏嚴(yán)，實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)采用的航攝設(shè)備和像控測(cè)量技術(shù)適當(dāng)?shù)販p少像控點(diǎn)數(shù)據(jù)量，既能保證成圖精度，又能減少外業(yè)工作量，降低項(xiàng)目成本，縮短項(xiàng)目生產(chǎn)周期。隨著數(shù)碼航空攝影設(shè)備及技術(shù)以及航空數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，航空攝影數(shù)據(jù)處理將日益自動(dòng)化和智能化。

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