周　軍，龍　盈，王發(fā)艷(.江蘇省地質(zhì)測繪院，江蘇南京　000; .湖南省地質(zhì)測繪院，湖南衡陽　400; .湖北省國土測繪院，湖北武漢　4000)

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低空數(shù)碼航空攝影測量像控點的布設(shè)及構(gòu)網(wǎng)*

周軍1，龍盈2，王發(fā)艷3
(1.江蘇省地質(zhì)測繪院，江蘇南京210001; 2.湖南省地質(zhì)測繪院，湖南衡陽421001; 3.湖北省國土測繪院，湖北武漢430010)

摘要:結(jié)合永州1∶1 000數(shù)字航測項目介紹了區(qū)域網(wǎng)像控點的布設(shè)原則和要求，并對特殊情況下像控點的布設(shè)和自動空三構(gòu)網(wǎng)生成加密點的過程及技術(shù)要點進行了介紹。

關(guān)鍵詞:數(shù)碼航攝;平高點;高程點;區(qū)域網(wǎng)

0　引言

隨著數(shù)字化測繪技術(shù)的日益發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字影像(以機載GPS或慣導(dǎo)技術(shù)實現(xiàn))姿態(tài)數(shù)據(jù)的直接獲取等技術(shù)正在迅速發(fā)展，具有加快測量成圖周期、減少野外工作量等優(yōu)勢。數(shù)碼航攝是直接獲取高精度數(shù)字影像的重要手段之一，傳統(tǒng)的航空攝影逐步被數(shù)碼航空攝影所取代。全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站已經(jīng)取代傳統(tǒng)的模擬及解析測圖儀。高分辨率的遙感影像、以及其定位參數(shù)文件的應(yīng)用，只需要極少量的外業(yè)控制點，就能迅速生成正射影像圖，它已在城市的發(fā)展、國土監(jiān)測及規(guī)劃中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

像控點的布設(shè)通常要根據(jù)不同比例尺，不同地形類別而定。常規(guī)測量方法中，1∶500，1∶1 000盡量采用全野外布點，山地及高山地可適當(dāng)采用局域網(wǎng)。數(shù)碼影像多為小像幅(13.8 cm× 7.8 cm)，像對作業(yè)范圍最大只有常規(guī)影像(23 cm×23 cm)的一半或者更小(重疊過大的)，因此單位面積內(nèi)的像對數(shù)增加，即相同的測圖范圍內(nèi)的基線增多。如果采用全野外布點會給外業(yè)帶來巨大的工作量，生產(chǎn)成本大幅提高，生產(chǎn)周期延長，因此可采用區(qū)域網(wǎng)布點，適當(dāng)增加周邊平高點的密度控制精度[1－3]。

1　測區(qū)概況

永州項目是永州市規(guī)劃建設(shè)局為加強土地管理，合理開發(fā)和利用土地資源，規(guī)劃城鎮(zhèn)建設(shè)，對永州市中心城市主城區(qū)380 km2實施1∶1 000數(shù)字航空攝影測量。永州市位于東徑111°33'36.5″～111°42'46.2″，北緯26°20'16″～26°36'14.6″。測區(qū)為丘陵地貌，較為復(fù)雜、破碎。測區(qū)航攝范圍約400 km2，航高500 m，焦距50 mm，采用低空數(shù)字航空攝影測量。低空攝影受氣流風(fēng)向等氣候因數(shù)影響較大，加上湘江自南向北貫穿整個測區(qū)，水面氣流變化大易造成飛機波動，航攝儀的姿態(tài)角(旋偏角和傾斜角)出現(xiàn)異常。

本測區(qū)由于測區(qū)大，像幅小，因此像片多達5 000多張。對于這種大測區(qū)，進行空中三角構(gòu)網(wǎng)時，如果將所有像片都放在一個測區(qū)進行自動轉(zhuǎn)點，效率非常低。因此將測區(qū)分割成4個子測區(qū):零陵、嵐角山、冷水灘、黃陽司。每個區(qū)約1 000多個像對。每個區(qū)內(nèi)航線的基線數(shù)都超過50，航線數(shù)也在10條以上，仍不能滿足構(gòu)網(wǎng)的精度要求，基線過長(超過30條基線)，航線過多(超過6條)都容易在構(gòu)網(wǎng)時造成扭曲變形，精度難以控制，尤其是高程精度。因此每個子區(qū)再分為4個區(qū)域網(wǎng)進行布控最合理，每個子區(qū)像對在250個左右。

2　像控點的布點原則和方案

像片控制點分為平面點、高程點、平高點3類，平高點按周邊6點和8點法，適當(dāng)增加周邊平高點，航向方向兩相鄰像片控制點的跨度按式(1)進行估算;旁向像片控制點之間的跨度不大于3條航線，高程點采用網(wǎng)狀布點航線兩端上下有一對高程點，航向方向相鄰兩排高程控制點的跨度按式(2)進行估算[4]:

式中:MS為加密點平面中誤差，單位為mm; Mh為加密點高程中誤差，單位為m; K為像片放大成圖倍數(shù); H為相對航高，單位為m; b為像片基線長度，單位為mm; mq為視差量測的單位權(quán)中誤差; n為相鄰控制點的像片基線數(shù)。

2.1正常情況下像控點的布設(shè)

正常情況下，像控點按圖1所示布設(shè)。

圖1　正常情況下像控點的布設(shè)圖Fig.1　Layout of regular image control points

2.2特殊情況下像控點的布設(shè)

受地形等條件限制和測區(qū)范圍等因素影響幾種特殊情況的像控點布設(shè)[4]如下:

2.2.1航線網(wǎng)中間控制點偏離航線中線過大

航線網(wǎng)中間一對(或一個)像控點應(yīng)分布在航線兩端像控點的中線附近，偏離中線不能超過半條基線。產(chǎn)生航線網(wǎng)中間控制點偏離航線中線過大問題的主要原因是作業(yè)人員不了解航線網(wǎng)中間點布設(shè)的位置對內(nèi)業(yè)加密精度有直接影響，這種方法有別于物理因素改正，如:地球曲率、鏡頭畸變差、大氣折光差、影像不均勻變形等產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，對中部像控點在航線上的位置也有一定的要求。

2.2.2像主點或標(biāo)準(zhǔn)點落水

像片主點或標(biāo)準(zhǔn)點位處于水域內(nèi)，或被云影、陰影、雪影等覆蓋，或無明顯地物時，均視為點位落水。當(dāng)落水范圍的大小和位置不影響立體模型連接時，可按正常航線布點，當(dāng)像主點或標(biāo)準(zhǔn)點位2 cm范圍內(nèi)選不出明顯目標(biāo)，或航向三片重疊范圍內(nèi)選不出連接點時必須分別進行平高全野外布點。

2.2.3不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)的布設(shè)

本測區(qū)分區(qū)較多，受測區(qū)范圍限制，劃分的區(qū)域網(wǎng)存在四周凹凸不齊問題，布點比較困難。因此需要采用不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)布點，在凸出處布設(shè)平高點，凹進處布設(shè)高程點。當(dāng)凹角點與凸角點之間距離超過兩條基線時，在凹角處也應(yīng)布設(shè)平高點。不規(guī)則情況下像控點的布設(shè)，見圖2。

圖2　不規(guī)則情況下像控點布設(shè)圖Fig.2　Layout of irregular image control points

3　構(gòu)網(wǎng)解決方案

構(gòu)網(wǎng)方案如下:

1)按規(guī)范要求布設(shè)的外業(yè)控制點能夠滿足地形圖成圖的精度要求，但是要在全數(shù)字?jǐn)z影工作站上進行測圖，每張像片上3個標(biāo)準(zhǔn)點位上必須布點(圖3所示)，即每個像對至少需要6個基本定向點，因此按區(qū)域網(wǎng)布設(shè)的外業(yè)控制點的密度不能滿足測圖的要求，每個像對沒有6個基本定向點就不能建立模型，所以要對外控點進行空三加密(使用空中三角測量軟件平差解算出像點坐標(biāo)及大地坐標(biāo))，以滿足每個像對至少6個基本定向點的要求。

圖3　標(biāo)準(zhǔn)點位布設(shè)分布圖Fig.3　Position layout of standard points

2)空三加密選點原則:由于飛行姿態(tài)異常造成航向或旁向重疊不夠，或是標(biāo)準(zhǔn)位置落水，標(biāo)準(zhǔn)點位上無法選出連接點，可以在離開方位線4 cm范圍內(nèi)選擇航向三片重疊的連接點。

3)空三自動轉(zhuǎn)點:用自動空中三角測量軟件適普軟件VirtuoZoAAT可以在選取航向偏移點(航帶間連接點)后激活全自動空三連接點自動提取模塊，能完成自動相對定向、自動選點、自動轉(zhuǎn)點和自動量測。但是測區(qū)大、影像或是飛行質(zhì)量異常等多種因素都會造成自動轉(zhuǎn)點失敗，無法實現(xiàn)模型連接。本測區(qū)使用小像幅數(shù)碼航飛，測區(qū)大，像對多，加上姿態(tài)角有異常的情況，自動轉(zhuǎn)點很難順利完成，只能采用人工干預(yù)的方法。對相對定向失敗的像對，一般情況只需人工輸入一對點再進行自動匹配，刪除超限點即可。相對定向失敗會造成模型連接失敗，排除了相對定向問題后繼續(xù)做轉(zhuǎn)點，系統(tǒng)會自動重新相關(guān)模型連接，若此時再發(fā)生模型連接錯誤即是真正發(fā)生了模型連接錯誤，這種情況首先要檢查連接點匹配是否正確，其次檢查上中下3個標(biāo)準(zhǔn)點位是否缺點，如果不夠，需要人工加點進行模型連接。在確保每個模型標(biāo)準(zhǔn)點位上都有點，模型連接完整，區(qū)域網(wǎng)基本構(gòu)成，即可調(diào)用PATB平差程序進行平差。根據(jù)平差結(jié)果剔除自動轉(zhuǎn)點中的粗差點，按指定的連接點分布方式挑選出精度最高的點保留下來作為加密點。

4)特殊情況的構(gòu)網(wǎng):由于測區(qū)內(nèi)湘江貫穿南北，飛行方向又為南北飛行，因此有小部分航線大面積落水，航線方向三片重疊的位置或旁向重疊處無同名地物，無法進行模型連接，此時要將航線分段或是航線分區(qū)進行構(gòu)網(wǎng)平差，確保航線兩端或者區(qū)域四個角點有影像清晰的平高點。測區(qū)內(nèi)高山上植被覆蓋無明顯地物的像對盡量分區(qū)在區(qū)域網(wǎng)中間只布設(shè)高程點。

4　精度統(tǒng)計

經(jīng)過構(gòu)網(wǎng)平差計算解算的加密點精度統(tǒng)計，如表1所示。

表1　加密點精度統(tǒng)計表Tab.1　Accuracy statistics of pass points

由表1可以看出采用此方法布點及構(gòu)網(wǎng)平差精度完全能夠滿足規(guī)范要求。比較常規(guī)的大比例尺需全野外布點要節(jié)省大量的人力和物力。

5　結(jié)束語

由于數(shù)字?jǐn)z影測量的不斷發(fā)展和完善，這不僅是一個技術(shù)的進步，更重要的是對生產(chǎn)、實踐及其他學(xué)科都產(chǎn)生著深刻的影響和巨大的變化。新技術(shù)代替和淘汰舊方案的趨勢是必然的，實際工作中采用低空數(shù)碼航空攝影測量技術(shù)和數(shù)字化測圖技術(shù)不僅能提高生產(chǎn)率，還能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[參考文獻]

[1]張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量[M].武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，1996.

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[3]王佩賢.像控點布設(shè)中常見問題的解決辦法[J].遼寧省高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2005，7(2):46－47.

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Layout of Image Control Points in Low Altitude Digital Aerial Photography

ZHOU Jun1，LONG Ying2，WANG Fa-yan3
(1.Jiangsu Institute of Surveying and Mapping of Geology，Nanjing Jiangsu 210001，China; 2.Hunan Institute of Surveying and Mapping of Geology，Hengyang Hunan 421001，China; 3.Hubei Institute of Land Surveying and Mapping，Wuhan Hubei 430010，China)

Abstract:The principles and requirements of image control points for regional networks are introduced in combination with the project of 1∶1 000 digital aerial photography in Yongzhou city.The process and main technical point of laying image control points for special circumstances，and generating pass points by creating networks with automatic aerial triangulation are also briefly scribed.

Key words:digital aerial photography; horizontal and vertical control point; elevation point; regional network

作者簡介:周軍(1969～)，女，江蘇南京人，工程師，現(xiàn)主要從事測繪管理和應(yīng)用方面的工作。

*收稿日期:2015－04－13

文章編號:1007－9394(2015)02－0035－02

文獻標(biāo)識碼:B

中圖分類號:P 231