趙蕊　郭曉晴　魏浩然

【摘 要】航空攝影測量一直是我國大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取的手段。一般地，從航空攝影到基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品的獲取包括航空攝影、地面控制、空三加密、內(nèi)業(yè)測圖等幾個階段。傳統(tǒng)航空攝影測量需要進(jìn)行大量的地面像控測量工作，并通過空三加密獲得內(nèi)業(yè)測圖所需的外方位元素?cái)?shù)據(jù)。隨著DMC等數(shù)字航攝儀開始應(yīng)用到航測生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，DMC影像數(shù)據(jù)在全數(shù)字?jǐn)z影測量中發(fā)揮了越來越重要的作用。本文利用DMC數(shù)碼航空影像，通過實(shí)驗(yàn)對DMC數(shù)字航攝資料的外業(yè)像控的布點(diǎn)方案、基線數(shù)量、點(diǎn)位位置采取不同方案進(jìn)行內(nèi)業(yè)加密問題進(jìn)行研究、分析和總結(jié)，探討DMC在全數(shù)字?jǐn)z影測量中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】DMC；自動空中三角測量；基線；光束法平差

0 引言

航空攝影測量技術(shù)在經(jīng)歷了模擬攝影測量、解析攝影測量階段，發(fā)展到今天的全數(shù)字?jǐn)z影測量，其技術(shù)日益完善，成圖周期短、費(fèi)用低、精度高的優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn)，使得航測成為快速測繪大面積地形圖的重要手段。目前廣泛采用傳統(tǒng)的膠片航攝儀的航攝資料，進(jìn)行大比例尺數(shù)字航測成圖，其膠片影像必須經(jīng)過掃描得到TIF數(shù)據(jù)，使得幾何精度不僅受膠片片基變形、膠片沖洗變形的影響，還受到掃描儀畸變等因素的影響，分辨率只能達(dá)到21～28。數(shù)碼航攝像機(jī)的出現(xiàn)無疑成為航空攝影測量的又一個里程碑。DMC數(shù)據(jù)與膠片數(shù)據(jù)相比，主要優(yōu)越性在于：輻射分辨率高、航攝成果多元化、量測精度提高、導(dǎo)致誤差積累的中間環(huán)節(jié)不復(fù)存在、影像層次和信息更加豐富、數(shù)據(jù)獲取周期變短等諸多方面。從2000年ISPRS阿姆斯特丹大會推出較成熟的數(shù)碼航空相機(jī)至今，經(jīng)過幾年的發(fā)展，數(shù)碼航空相機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟并開始廣泛應(yīng)用于各部門的航空攝影。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

在濟(jì)源市新一輪土地利用更新調(diào)查項(xiàng)目中，一些地區(qū)為了獲取現(xiàn)勢性強(qiáng)、色彩豐富的航攝資料，決定選用目前最先進(jìn)的數(shù)碼航空相機(jī)（DMC）進(jìn)行航空攝影，進(jìn)行土地利用更新調(diào)查。由于DMC在像幅面大小及成像方式上有別于傳統(tǒng)的航攝資料，沒有什么現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，為了最大限度地降低外業(yè)作業(yè)工作量，我們決定通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出既可達(dá)到成圖精度要求，又可大大減少外業(yè)像控布點(diǎn)數(shù)量的布點(diǎn)方案。我們選取近100km2作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，實(shí)驗(yàn)區(qū)位于濟(jì)源市，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)有平地、丘陵地或平地與丘陵地的結(jié)合部等地形，地形特征有一定的代表性。本次試驗(yàn)在其內(nèi)部選取7條航線，每條航線50個連續(xù)像對無補(bǔ)飛的區(qū)域作為試驗(yàn)區(qū)域。通過一系列的研究和試驗(yàn)，對各種空三加密方案及平差結(jié)果進(jìn)行分析和研究，尋求最佳作業(yè)方案，從而達(dá)到進(jìn)一步減少必須的像控點(diǎn)個數(shù)，降低外業(yè)工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

2 空三加密技術(shù)方案的實(shí)施與精度分析

2.1 空三加密技術(shù)方案

從整個航測流程來看，空三加密對最終的地籍圖精度影響，是航測中的一個十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。方興未艾的跨越式大發(fā)展的進(jìn)程中，時間緊、任務(wù)量大，利用空三加密軟件，能快速高效地完成加密任務(wù)。傳統(tǒng)外業(yè)像控布點(diǎn)對控制點(diǎn)的點(diǎn)位位置有較嚴(yán)格的要求，如控制點(diǎn)要根據(jù)成圖比例尺及航攝比例尺嚴(yán)格緊密相連，每5條基線布設(shè)一個平高點(diǎn)，3條航線的中間航線加布高程點(diǎn)，能否打破這種格局，盡量的減少控制點(diǎn)的數(shù)量，增大航線間的跨度，而不影響測區(qū)加密的精度，這成為本論文研究的主要課題。為了實(shí)驗(yàn)這種情況，在本論文研究范圍內(nèi)外業(yè)像控布點(diǎn)中，每隔4條基線選取一個平高點(diǎn)，進(jìn)行不同空三組合的解算。首先利用所有的外業(yè)點(diǎn)進(jìn)行空三解算，分析空三結(jié)果是否達(dá)到精度要求。然后間隔8條，16條，20條，25條基線進(jìn)行空三解算，其余外業(yè)點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，利用解算結(jié)果分析其精度。從而找到最佳的外業(yè)布點(diǎn)方式，既能減少外業(yè)工作量，又能滿足空三加密的精度要求。

2.2 內(nèi)業(yè)加密方案的確定與精度分析

在該項(xiàng)試驗(yàn)中，我們分別采用了跨度為4條基線、8條基線、16條基線，20條基線和25條基線5種不同組合的周邊布設(shè)平高像控點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案，在Geolord-AT系統(tǒng)平臺上完成空三加密作業(yè)。

試驗(yàn)一：

按照空三加密規(guī)范要求，每隔4條基線取一列地面控制點(diǎn)參與平差計(jì)算，進(jìn)行多項(xiàng)式法整體平差，并統(tǒng)計(jì)平差精度，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，地面定向點(diǎn)中誤差統(tǒng)計(jì)表見表1。

試驗(yàn)二：

將參與平差的面控制點(diǎn)減少，每隔8條基線取一列地控點(diǎn)參與平差計(jì)算，其余地面控制點(diǎn)抽取部分作為檢查點(diǎn)。地面定向點(diǎn)，檢查點(diǎn)，有模型連接點(diǎn)的中誤差統(tǒng)計(jì)表見表2。

試驗(yàn)三：

將參與平差的地面控制點(diǎn)減少，每隔16條基線取一列地控點(diǎn)參與平差計(jì)算，其余地面控制點(diǎn)抽取部分作為檢查點(diǎn)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，地面定向點(diǎn)，檢查點(diǎn)，及模型連接點(diǎn)的中誤差統(tǒng)計(jì)表見表3。

試驗(yàn)四：

將參與平差的地面控制點(diǎn)減少，每隔20條基線取一列地面控制點(diǎn)參與平差計(jì)算，其余地面控制點(diǎn)抽取部分作為檢查點(diǎn)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，地面定向點(diǎn)，檢查點(diǎn)，及模型連續(xù)點(diǎn)的中誤差統(tǒng)計(jì)表見表4。

試驗(yàn)五：

將參與平差的地面控制點(diǎn)減少，每隔25條基線取一列地面控制點(diǎn)參與平差計(jì)算，其余地面控制點(diǎn)抽取部分作為檢查點(diǎn)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，地面定向點(diǎn)，檢查點(diǎn)，及模型連接點(diǎn)的中誤差統(tǒng)計(jì)表見表5。

通過上述表格比較和分析，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）隨著像控點(diǎn)間航向跨度基線數(shù)的增加，定向點(diǎn)和檢查點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差和高程中誤差雖然呈增大的趨勢，但增大并不明顯；即使跨度基線數(shù)增加到8條，其平面精度和高程精度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)行規(guī)范要求，實(shí)踐表明采用DMC數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)空三加密還有潛力可挖。

（2）光束法平差算法高程理論精度公式為Oz/Oo=0.93+0.19i，其中Oz為待定點(diǎn)高程中誤差，Oo為像點(diǎn)高程中誤差，i為基線條數(shù)。由上式可知，航向跨度基線數(shù)增加，高程理論精度將下降；另外高程量測精度的經(jīng)驗(yàn)估算公式為：m△h=±1.21hm/2√2BR，其中為高程量測精度，H為航高，m為航攝比例尺，B為基線實(shí)地長度，R為地面分辨率。從上式可知在航攝比例尺，航高和地面分辨率同等的條件下，像幅為16cm×9cm的DMC數(shù)據(jù)由于基線長度變短，從而變程量測精度要低于23cm×23cm的傳統(tǒng)膠片數(shù)據(jù)。但由于DMC的像元大小為12μm，這在很大程度上彌補(bǔ)了由于基線長度變短而損失的高程量測精度。

（3）數(shù)字空中三角測量的模型連結(jié)強(qiáng)度是很強(qiáng)的，不僅表現(xiàn)在加密點(diǎn)數(shù)量多，重疊度加密點(diǎn)的數(shù)量也很多，而且質(zhì)量高，有利于模型的連結(jié)。加上DMC影像幅而較小，像對的基線較短基線長不到傳統(tǒng)航攝資料的一半，因此，把基線長提高到與傳統(tǒng)航攝資料接近的長度，空三加密也可達(dá)到精度要求。根據(jù)已有規(guī)范，外業(yè)影像而言，由于攝像是由四張影像拼接而成的加上相機(jī)的鏡頭較小，影像的連緣變形就很小，控制點(diǎn)布設(shè)在影像邊緣不會影響空三加密成果。

利用DMC航報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行全數(shù)字航測，正如試驗(yàn)結(jié)果表明的那樣，具有許多優(yōu)越性，這是全數(shù)字?jǐn)z影測量發(fā)展的必然，具有廣闊的應(yīng)用前景。就當(dāng)前情況而言，在DMC的應(yīng)用中仍有一些問題值得研究和探討。

（1）DMC數(shù)據(jù)在航測生產(chǎn)中已逐步被接受和使用，但目前的影像處理軟件和國內(nèi)的全數(shù)字?jǐn)z影測量軟件大多基于輻射分辨率8bit開發(fā)，在處理DMC數(shù)據(jù)時，需要將12bit的DMC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為8bit，這樣帶來的問題是每張影像的數(shù)據(jù)量增加2/3，并且信息損失較大；加之目前國內(nèi)的空三加密軟件處理DMC數(shù)據(jù)的相關(guān)模塊功能尚未完善，僅處在能用的階段，人工干預(yù)的工作量較大，自動化程度不高，大大降低了生產(chǎn)效率。

（2）DMC影像大小為16cm×9cm，較之傳統(tǒng)影像（23cm×23cm），基線長度只有原來的0.4倍；像幅窄小會增加定向、更找模型、接邊處理等工作量；加之每張影像數(shù)據(jù)量大到300多兆，在海量影像數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和使用過程中，對計(jì)算機(jī)的軟硬件配置提出了更高的要求。速度快、穩(wěn)定性好、安全性高成為首要考慮的問題。

3 結(jié)論和展望

全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)進(jìn)行空三加密自動化程度高，大大提高了工效。但在全數(shù)字?jǐn)z影測量領(lǐng)域，目前還沒有一個正式的作業(yè)規(guī)范。全數(shù)字?jǐn)z影測量工作部在各生產(chǎn)單位已開始了比較廣泛的應(yīng)用，因此制定出切合生產(chǎn)實(shí)際的作業(yè)規(guī)范迫在眉睫。

首先，基于數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的自動空三加密，不必嚴(yán)格按照傳統(tǒng)解析空三的區(qū)域布點(diǎn)要求，可大大提高控制點(diǎn)間的基線數(shù)和航線數(shù)。

其次，DMC數(shù)碼影像在影像邊緣變形不大，可不必考慮傳統(tǒng)航空影像對影像邊緣的一些嚴(yán)格規(guī)定，即外業(yè)像控點(diǎn)可布設(shè)在影像的邊緣或靠近影像邊緣的位置。

隨著傳統(tǒng)測繪被數(shù)字化、信息化測繪逐步高新技術(shù)和設(shè)備的不斷融入，使測繪產(chǎn)品的科技含量越來越高，服務(wù)范圍越來越廣，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制技術(shù)已明顯落后。作業(yè)單位應(yīng)建立與之相適應(yīng)的質(zhì)量管理體系，不斷提高技術(shù)管理人員的業(yè)務(wù)水平，牢牢抓住各工序的質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)，把問題盡量消滅在萌芽狀態(tài)。在作業(yè)規(guī)范的制定過程中，應(yīng)參考規(guī)范的制定過程中，應(yīng)參考原有的各種測量規(guī)范，加入全數(shù)字?jǐn)z影測量的概念，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)行充分的調(diào)研，確保規(guī)范的合理性和適用性。工程技術(shù)的發(fā)展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和測繪新技術(shù)的發(fā)展，給直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的工程測量帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和極好的機(jī)遇。航空攝影測量也不例外，DMC航空攝影能減少野外作業(yè)，減輕勞動強(qiáng)度，并且不受地理?xiàng)l件的限制，具有快速、精確、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于城市密集地區(qū)的大面積成圖，更是我們今后大比例尺數(shù)字成圖的一個重要方向。

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[責(zé)任編輯：湯靜]