陸康

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.024

摘 要：本文對(duì)傳統(tǒng)攝影測(cè)量到新數(shù)字時(shí)代下技術(shù)更新?lián)Q代對(duì)比總結(jié)，通過(guò)基于新型傳感器下的空三加密研究及其精度分析，討論了POS數(shù)據(jù)輔助下Inpho軟件的空三加密基本流程，并展開(kāi)多組生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) POS數(shù)據(jù)輔助下新攝影測(cè)量系統(tǒng)下，在減少了外控點(diǎn)數(shù)量的同時(shí)，誤差變化平穩(wěn)，仍能保持很高的精度，說(shuō)明均勻布設(shè)外業(yè)控制點(diǎn)適用于傳統(tǒng)模式的相機(jī)拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機(jī)的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測(cè)量，可以有效地減少地面控制點(diǎn)的數(shù)量，從而縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：攝影測(cè)量 空中三角測(cè)量 POS 誤差

中圖分類(lèi)號(hào)：P231.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（c）-0024-02

隨著測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，攝影測(cè)量已由解析攝影測(cè)量發(fā)展到全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段。傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量主要以膠卷式影像應(yīng)用為主，以其周期短，成本低，精度高等優(yōu)點(diǎn)成為地形圖成圖的重要手段之一。近些年，在工程生產(chǎn)中引進(jìn)了機(jī)載激光雷達(dá)等技術(shù)，進(jìn)而可克服航攝中天氣的影響，結(jié)合GPS/IMU系統(tǒng)下高精度POS數(shù)據(jù)，減少了中間環(huán)節(jié)，保證精度的同時(shí)還可以同步得到正射影像等多種相關(guān)地圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品，目前不僅在地形測(cè)圖，在城市規(guī)劃、電力系統(tǒng)、國(guó)土資源整治、林業(yè)管理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 全自動(dòng)空中三角測(cè)量

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量生產(chǎn)作業(yè)中，空中三角測(cè)量（簡(jiǎn)稱空三加密）是關(guān)鍵工序之一，影響著是航測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率?？杖用苁谴_定整個(gè)測(cè)區(qū)的定位和定姿，從而獲得測(cè)區(qū)內(nèi)任意點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，依據(jù)提供的定向控制點(diǎn)和像片定向參數(shù)，確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素，從而求出該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物方空間三維坐標(biāo)。如果將影像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值與地面控制點(diǎn)坐標(biāo)一道進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的解析空中三角測(cè)量方法；如果將該觀測(cè)值與GPS/POS數(shù)據(jù)（必要時(shí)可加入少量的地面控制點(diǎn)）一并進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，即形成了GPS/POS輔助空中三角測(cè)量。

自動(dòng)空中三角測(cè)量作業(yè)過(guò)程，對(duì)于模型連接點(diǎn)，利用多像影像匹配算法可高效、準(zhǔn)確、自動(dòng)地量測(cè)其影像坐標(biāo)，完全取代了常規(guī)航空攝影測(cè)量中由人工逐點(diǎn)量測(cè)像點(diǎn)坐標(biāo)的作業(yè)模式。對(duì)于區(qū)域網(wǎng)中的地面控制點(diǎn)，目前還缺乏行之有效的算法來(lái)自動(dòng)定位其影像，只能將數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站當(dāng)作光機(jī)坐標(biāo)量測(cè)儀由作業(yè)員手工量測(cè)。從攝影測(cè)量軟件角度講，當(dāng)前的自動(dòng)空中三角測(cè)量，已是高效率、自動(dòng)化程度很高的工序之一，如果能利用上GPS/POS數(shù)據(jù)，進(jìn)行GPS/POS輔助空中三角測(cè)量，則其效率可望進(jìn)一步提高，在有些情況下，即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化空中三角測(cè)量。對(duì)GPS/POS輔助空中三角測(cè)量而言，若要進(jìn)行高精度點(diǎn)位測(cè)定，至少在區(qū)域網(wǎng)的四角需要量測(cè)4個(gè)地面控制點(diǎn)；如果是進(jìn)行高山區(qū)中小比例尺的航空攝影測(cè)量測(cè)圖，則可考慮采用無(wú)地面控制的空中三角測(cè)量方法，此時(shí)可完全用GPS/POS攝站坐標(biāo)取代地面控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)空中三角測(cè)量。

2 POS定義

所謂機(jī)載定位定向系統(tǒng)POS（Position and Orientation System）是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測(cè)量裝置（IMU）的直接測(cè)定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于在無(wú)地面控制或僅有少量地面控制點(diǎn)情況下的航空遙感對(duì)地定位和影像獲取。該技術(shù)的引進(jìn)，使得生產(chǎn)工藝中數(shù)據(jù)獲取和處理也隨之發(fā)生改變。而工程生產(chǎn)中空三軟件效率的高低直接影響著項(xiàng)目進(jìn)度。

3 POS數(shù)據(jù)輔助下的空三處理

技術(shù)流程如圖1所示。

更新?lián)Q代之際，該單位生產(chǎn)也處于過(guò)渡，在實(shí)際工作中常常會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)的膠卷式影像和數(shù)碼影像同時(shí)作業(yè)的情況。那么引入POS數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)工藝相比，空三加密流程工藝以及精度都會(huì)有哪些變化和影像呢，這里大家可對(duì)Inpho軟件和傳統(tǒng)HELAVA數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站做數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)，比較專門(mén)處理數(shù)碼影像的空三加密軟件和傳統(tǒng)的空三加密軟件處理數(shù)碼影像之間是否通用性，探討下其對(duì)空三加密精度的影響，以及Inpho軟件的在新工藝下的優(yōu)缺點(diǎn)。

4 數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)及其精度分析

該次試驗(yàn)選用工程中某段外控點(diǎn)比較密集的地區(qū)，位于東經(jīng)117°15′～119°20′，北緯34°10′～34°50′，地勢(shì)平坦。采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系為平面坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)為高程系統(tǒng)。所收集測(cè)區(qū)成果資料，平面點(diǎn)為國(guó)家四等（GPS點(diǎn)為C級(jí)）及以上點(diǎn)，高程點(diǎn)為國(guó)家四等及以上水準(zhǔn)點(diǎn)。航攝資料為收集的DMC2001數(shù)碼相機(jī)拍攝的像片，焦距f=120 mm的鏡頭，攝影比例尺約1∶20 000左右，航向南北飛行，航向重疊為60%～65%，像元尺寸為12 μm，影像尺寸為14 000×8 000像素，地面分辨率GSD為0.24 m，像幅大小為96mm×168 mm。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下要求外控點(diǎn)足夠多且分布均勻，如圖所示。該實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)可獲得均勻分布的20個(gè)外控點(diǎn)?？稍趦蓚€(gè)軟件下，考察20個(gè)外控點(diǎn)全控制下，以及均勻抽取僅邊界6個(gè)控制點(diǎn)控制下（其他控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)）得到的檢查點(diǎn)和加密點(diǎn)精度變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表如表1。

從表1可以看出，20個(gè)外控點(diǎn)全控制下，HELAVA和Inpho兩個(gè)系統(tǒng)處理得到的加密點(diǎn)的平面、高程的相對(duì)誤差都在0.26以內(nèi)，對(duì)于制作1∶2 000地形圖而言精度都已足夠。也即說(shuō)明在外控點(diǎn)足夠多情況下，各軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定的，精度可靠。當(dāng)控制點(diǎn)相對(duì)較少時(shí)，參考表2，HELAVA系統(tǒng)誤差值較前面控制點(diǎn)比價(jià)多的情況下變化比較大，而導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)的Inpho系統(tǒng)下誤差變化較平穩(wěn)，仍能保持很高的精度。

同時(shí)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)區(qū)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，尤其是區(qū)域邊界控制點(diǎn)數(shù)據(jù)做平、高的選擇實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，平、高點(diǎn)的控制精度高于全控制點(diǎn)的精度，也即說(shuō)明，多增加外業(yè)控制點(diǎn)并不能提高整個(gè)區(qū)域的加密精度。

5 結(jié)語(yǔ)

很明顯，隨著外業(yè)控制點(diǎn)的減少，Inpho系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯強(qiáng)于HELAVA系統(tǒng)。這些結(jié)果也說(shuō)明，外業(yè)控制點(diǎn)的分布對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的影響是相同的，均勻布設(shè)外業(yè)控制點(diǎn)適用于傳統(tǒng)模式的相機(jī)拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機(jī)的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測(cè)量，可以有效地減少地面控制點(diǎn)的數(shù)量。同時(shí)在實(shí)際工作中，應(yīng)該讓有限的外業(yè)控制點(diǎn)盡可能均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū)，這樣有助于提高測(cè)區(qū)成果精度。

參考文獻(xiàn)

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