汪建峰，韓 濤，周 勃

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054；2.地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安710054）

大面陣影像在帶狀測區(qū)中的控制點需求分析

汪建峰1,2，韓 濤1,2，周 勃1

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054；2.地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安710054）

介紹了大面陣數(shù)碼影像的優(yōu)勢，結合實驗，對不同控制點分布狀態(tài)下的精度進行統(tǒng)計和分析，總結了大面陣影像在帶狀不規(guī)則區(qū)域的控制點布設規(guī)律，為相關測繪工程應用提供了技術依據(jù)。

大面陣影像；帶狀區(qū)域；控制點

1 大面陣數(shù)碼影像特點

UCXp WA數(shù)碼航攝儀是Microsoft Vexcel公司新推出的一款短焦距廣角數(shù)字航攝儀。采用特制的全新高性能、高分辨率、專業(yè)測量級廣角短焦鏡頭，是目前影像幅面最大、效率最高、分辨率最高、基高比最高的主流專業(yè)數(shù)字航攝儀[1]。其全色波段鏡頭焦距縮短至70 mm；全色波段影像尺寸17 310像素×11 310像素；全色波段像素大小為6 μm；實際物理幅面104 mm×68 mm。彩色（多光譜）4個通道，R、G、B和近紅外，彩色波段影像尺寸 5 770像素×3 770像素，彩色影像像素大小6 μm。相同飛行條件下可以覆蓋更大的范圍，有效減少航線數(shù)，節(jié)約大量飛行時間，顯著提高飛行效率。同等航高條件下，UCXP影像與目前主流航攝影像覆蓋面積關系如圖1所示。

圖1 同樣航高攝影條件下不同相機航攝覆蓋面積對比

2 帶狀測區(qū)選擇

2.1 航攝資料

測區(qū)全段采用UCXP WA數(shù)碼航攝儀，每張影像均獲取相應的POS數(shù)據(jù)，利用POS數(shù)據(jù)恢復立體模型，部分模型在放大至作業(yè)環(huán)境下（1∶1）有1～2個像素。用控制點檢核其精度，較差在0～4 m之間；相鄰模型公共點較差在-5～5 m之間。從指標來看，利用原始POS數(shù)據(jù)恢復立體模型并不能滿足1∶10 000比例尺成圖精度要求[2]。

該項目飛行航高為6 500～7 250 m，地面分辨率為0.55 m，1∶10 000比例尺是該規(guī)格分辨率成圖的最高要求[3]；航線總長度266 km，共計16條航線，359景影像。測區(qū)航線分布見圖2。

圖2 測區(qū)概況圖

2.2 像控點布設

測區(qū)實測外業(yè)點28個，在交叉航線的拐點、航線內(nèi)部、航線之間均布設一定數(shù)量控制點，沿測區(qū)走向基本均勻分布。為使成果具有可比性，在各方案平差情況下，使用相同的9個外業(yè)點作為檢查點進行精度統(tǒng)計（P4、P5、P8、P12、P15、P16、P21、P25、P26），其他19個點作為控制點進行組合，按各方案制定的不同控制分布進行定向。測區(qū)控制點布設情況見圖2。

3 區(qū)域劃分及實驗方案設計

將測區(qū)分成3個區(qū)域進行空中三角測量，區(qū)域一是將16條航線作為整個區(qū)域進行實驗，以區(qū)域一較長平行航線東側分割，西側為區(qū)域二，東側為區(qū)域三（圖 2）。重點實驗不同控制點布設情況下的成果精度及定位能力[4,5]，探索大面陣影像在帶狀測區(qū)測繪中控制點布設的最佳方案。

采用以下6種方案進行實驗：

方案1：將除檢查點外的19個外業(yè)點位全部作為定向點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度。檢查這些點位是否滿足基本實驗要求。

方案2：將所有交叉航線處14個外業(yè)點（P1、P2、P3、P7、P9、P10、P11、P18、P19、P22、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度，檢查航線內(nèi)部不布設控制點情況下成果精度的變化規(guī)律。

方案3：利用航帶中間6個外業(yè)點（P6、P13、P14、P17、P20、P27）作為定向點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度，檢查航線交叉不布設控制點情況下成果精度的變化規(guī)律。

方案4：將測區(qū)外接多邊形上的10個外業(yè)點（P1、P2、P9、P11、P18、P19、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度，檢查控制點構網(wǎng)對成果精度影響的規(guī)律。

方案5：將交叉航線的內(nèi)外拐角及航線中間16個外業(yè)點（P1、P2、P6、P7、P9、P10、P11、P14、P18、P19、P20、P22、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度。

方案6：在方案5基礎上，將P14分別替換為P13、P17，其他點位不變，進行區(qū)域網(wǎng)平差，統(tǒng)計分析檢查點精度，檢查定向點有效控制范圍的變化規(guī)律。

4 數(shù)據(jù)準備與處理

4.1 數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備主要包括建立測區(qū)目錄；建立測區(qū)信息、像機信息、控制信息數(shù)據(jù)（含POS數(shù)據(jù)）文件；影像數(shù)據(jù)準備；POS數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)一致性檢查，數(shù)據(jù)格式準備；測區(qū)航線略圖繪制等。其中POS數(shù)據(jù)應注意：①Kappa角必須是以正東方向為起算角，即正東為0°，正北為90°；②轉角系統(tǒng)必須是“Omega、Phi、Kappa”；③角度必須以°為單位。

在全數(shù)字攝影測量工作站中建立工程，選擇正確的坐標系統(tǒng)，加載原始影像文件、內(nèi)方位元素參數(shù)、POS數(shù)據(jù)等，進行數(shù)據(jù)導入，同時制作金字塔影像。

4.2 內(nèi)業(yè)點選取及相對定向

將單條航線影像按3×3選點策略進行自動選點，得到每張像片的標準點位及其所包含的多度重疊影像號，對所選點位進行全人工量測和編輯，確保點位量測準確。對已量測好的相鄰平行航線影像合區(qū)，進行人工轉點。對轉好點的區(qū)域數(shù)據(jù)進行粗差探測及自由網(wǎng)平差解算，完成相對定向。

4.3 控制點判刺及絕對定向

將相鄰平行航線組成的小區(qū)判刺控制點，并進行初步平差解算，剔除并改正粗差點位，進行初步絕對定向。

對平行航線組成的各區(qū)在航線交叉處轉判連接點和控制點，進行平差解算，分析點位精度，對不合理點位進行修改和檢核，再次進行平差解算，完成各區(qū)絕對定向。

5 精度統(tǒng)計與分析

在立體環(huán)境下讀取檢查點模型坐標值，并與外業(yè)值進行比較，求得檢查點余差并統(tǒng)計中誤差，檢查空三成果的整體精度。各方案檢查點余差中誤差情況如表1所示。

表1 3個區(qū)域在不同控制分布狀態(tài)下檢查點中誤差/m

從表1可看出，控制點在不同分布情況下對成果精度有一定影響，在19個點全部參與定向情況下整體精度最高；在有航線交叉和平行航線內(nèi)部控制點參與的定向平差成果中，成果精度相當；航線內(nèi)部點位不參與定向情況下精度降低，僅用航線中部點位參與定向成果整體精度明顯偏低。

不同方案下的平面、高程中誤差變化規(guī)律如圖3、4所示。從圖3、4可以看出，高程方面，各區(qū)的方案1、方案2、方案6整體精度基本一致，方案3精度明顯偏低，表明交叉航線、平行航線中部點位比較關鍵；在有關鍵點位參與定向情況下，其他點位參與定向雖能提高整體精度，但提高幅度較小。

利用交叉航線點位和航線中部點位組合定向對整體精度影響明顯。

平面方面，在航線交叉處的點位不參與定向情況下，精度最差，但其他方案精度接近，規(guī)律性不明顯。

在立體環(huán)境下讀取檢查點模型坐標值，并與外業(yè)值比較，求得檢查點余差最大值，檢查3個區(qū)域在控制點不同分布狀態(tài)下平差成果是否滿足1∶10 000比例尺成圖精度要求，各區(qū)精度情況如表2所示。

圖3 3個區(qū)域在不同控制點布設方案下平面精度變化規(guī)律

圖4 3個區(qū)域在不同控制點布設方案下高程精度變化規(guī)律

表2 3個區(qū)域在不同控制分布狀態(tài)下檢查點余差最大值/m

由表2可知，在航線交叉的公共控制點定向作用明顯，在交叉航線控制點和在航線內(nèi)部選擇部分控制參與定向條件下，整體精度較好。

方案5中的P14位于航線中部，方案6中的P13、P17分別位于航線一側，其中的1區(qū)、2區(qū)余差明顯偏大，表2中的方案6僅列出了P13參與定向情況下的精度情況，P17定向時精度基本一致。通過P13、P14、P17分布情況及精度表現(xiàn)看，20條基線應是控制點布設的最長間隔。

在有POS輔助空三條件下[6,7]，平面精度普遍較好，在各方案下均能達到限差要求。通過3個實驗區(qū)不同方案試驗可知：

1）在有POS輔助空三條件下，平面精度普遍較好，在各方案下均能達到限差要求。

2）航線交叉、航線中部等關鍵點位置一般必須布設控制點。

3）航線交叉位置布設點位一般應盡量考慮控制點公用，盡量減少控制點數(shù)量。

4）航線交叉內(nèi)外拐角均應布設控制點。

5）有POS輔助空三情況下，航線方向一般控制點間距最多為20條基線。

6 結 語

大面陣數(shù)字航空影像應用逐步普及，在帶狀等非規(guī)則區(qū)域工程應用也較為廣泛，但在有POS輔助空三條件下的特殊區(qū)域控制點布設需要在工程應用方面逐步探索和完善。本文僅對帶狀測區(qū)下的中等比例尺控制點需求進行了有限度的實驗，在大比例尺測繪等情況下的控制點需求，有待進一步實驗及分析。

[1] GB/T 13977-92.1∶5 000、1∶10 000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].

[2] GB/T 13990-92.1∶5 000、1∶10 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[3] GB/T 27920.1-2011.數(shù)字航空攝影規(guī)范[S].

[4] 張劍清,潘勵,王樹根.攝影測量學[M].武漢:武漢大學出版社,2009

[5] 寧津生,陳俊勇,李德仁,等.測繪學概論[M].武漢:武漢大學出版社,2008

[6] 王鐵軍,鄭福海,王俊杰.IMU/DGPS輔助空中三角測量精度分析[J].地理信息世界,2009,6(4):47-50

[7] 蔡文惠,梁國華.IMU/DGPS輔助航空攝影測量應用探討[J].測繪通報,2009,54(4):41-43

P231.5

B

1672-4623（2015）04-0127-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.045

汪建峰，工程師，主要從事攝影測量工作。

2014-08-11。

項目來源：地理信息工程國家重點實驗室開放研究基金資助項目（SKLGIE2013-M-3-3）。