數(shù)碼航空相機(jī)DMC幾何精度探討

(廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510510)

目前廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn)的數(shù)碼航空相機(jī)主要有三種：瑞士徠卡公司的三線陣航空數(shù)碼相機(jī) ADS40，Z/I公司的DMC(Digital Mapping Camera，簡稱 DMC)，奧地利 Vexcel生產(chǎn)的大面陣航空數(shù)碼相機(jī)UCD（UltraCAM-D，簡稱UCD）。DMC相機(jī)幅面較UCD大，與線陣相機(jī)ADS40相比獲取的是框幅式影像，數(shù)據(jù)處理流程和傳統(tǒng)框幅式相機(jī)類似，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。然而，由于CCD制作工藝的限制等技術(shù)原因，數(shù)碼航空相機(jī)DMC為幾個小面陣CCD陣列，幾何關(guān)系要比常規(guī)的與膠片的航空相機(jī)復(fù)雜[1]，系統(tǒng)誤差影響存在不確定性，在實(shí)際生產(chǎn)中也沒有太多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

本文利用 2009年武漢大學(xué)河南嵩山攝影測量遙感定標(biāo)與綜合實(shí)驗(yàn)場600m、1000m、2500m三個航高航飛數(shù)據(jù)，研究DMC航空相機(jī)區(qū)域網(wǎng)平差中控制點(diǎn)布網(wǎng)的規(guī)律性。為DMC相機(jī)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)提供一定的建議及經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.1 地面定標(biāo)場

武漢大學(xué)河南嵩山攝影測量遙感定標(biāo)與綜合實(shí)驗(yàn)場位于河南登封市東南10公里處，是典型的中國北方農(nóng)村地區(qū)。整個區(qū)域?yàn)榍鹆甑?，南北和東西方向都為 8km，海拔高程最高為423m，最低為252m。定標(biāo)場中均勻分布217個永久性地面標(biāo)志點(diǎn)，平面利用GPS靜態(tài)測量，高程用三等水準(zhǔn)測量，精度均為1cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2009年12月在登封檢校場飛行了600m、1000m、3000m三個航高的數(shù)據(jù)。航高525m，東西8條平行航線，覆蓋3km×3km區(qū)域；航高1000m，東西10條平行航線，覆蓋5km×5km區(qū)域；航高2500m，東西7條平行航線，覆蓋8km×8km區(qū)域。其重疊度均為旁向60%重疊，航向80%重疊。

1.3 控制點(diǎn)量測精度

為了保證空三加密中量測誤差不會影響幾何精度，評估了控制點(diǎn)量測精度。在航高1000m影像中選取十個控制點(diǎn)，每個控制點(diǎn)分別量測十次，記錄每次測標(biāo)移動量測的誤差，計(jì)算十次誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，如圖1所示。

圖1

圖2 左邊為1號點(diǎn) 右邊為4號點(diǎn)

可見對于在影像上成像清晰控制點(diǎn)如控制點(diǎn)1、2、3、5、6、7、9、10，量測精度在1/3GSD以內(nèi)，對于成像不清晰控制點(diǎn)如點(diǎn)號4、10誤差則為1/2GSD，如圖2。因此在選取控制點(diǎn)時，保證盡量選擇成像清晰的點(diǎn)位。

2 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施及精度研究

對于傳統(tǒng)的航空影測量控制點(diǎn)布設(shè)有嚴(yán)格的要求，如控制點(diǎn)的選取要與成圖比例尺和航攝比例尺嚴(yán)密聯(lián)系，每隔五條航線布設(shè)一個平高點(diǎn)，三條航線中間加布高程點(diǎn)[2]。DMC相機(jī)影像質(zhì)量更清晰，影像重疊度更高，其在空中三角測量控制點(diǎn)布設(shè)上能否放寬要求，增大跨越基線數(shù)量，這是本文實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)。因此，實(shí)驗(yàn)利用航高500m、1000m、2500m三個航高數(shù)據(jù)，分別設(shè)計(jì)了間隔一定基線數(shù)量布設(shè)控制點(diǎn)以及中心加點(diǎn)與否兩種方案，探究幾何精度的變化。

為了便于描述，將航高500數(shù)據(jù)記為gsd05，以此類推航高1000m數(shù)據(jù)記為gsd10，航高2500m數(shù)據(jù)記為gsd25。

（1）間隔基線數(shù)量的研究

表1 檢查點(diǎn)中誤差統(tǒng)計(jì)1

可見，隨著選擇控制點(diǎn)間隔基線數(shù)量減少，三個航高數(shù)據(jù)平面精度幾乎無變化，高程精度有所提高。航高500m數(shù)據(jù)，基線數(shù)量由11個到4個，高程精度提高航高的0.078‰。航高1000m數(shù)據(jù)，基線有15條到6條，高程精度提高0.132‰。航高2500m數(shù)據(jù)基線由15條提高到6條，高程精度提高0.054‰。由于氣流的影響航高500m的數(shù)據(jù)結(jié)果相對精度較其他兩個航高差。三個航高數(shù)據(jù)基線間隔十條布控均可以達(dá)到制作1∶1000地形圖測圖規(guī)范要求。

（2）中心布點(diǎn)與否的研究

由表2數(shù)據(jù)結(jié)果可見，三個航高的數(shù)據(jù)，中心加點(diǎn)對提高平面精度都無作用，可以提高高程精度但提高幅度有區(qū)別。航高500m的數(shù)據(jù)，高程精度有明顯提高，周圍密集布設(shè)16個控制點(diǎn)的情況，中心加布2個點(diǎn)，高程精度提高0.386‰。航高1000m數(shù)據(jù)和航高2500m數(shù)據(jù)，中心加點(diǎn)也可以帶來高程方向精度的提高，但是影響不太明顯，周圍密集布設(shè) 16個點(diǎn)時，高程精度提高分別是0.03‰和0.0068‰。

表2 檢查點(diǎn)中誤差統(tǒng)計(jì)表2

3 結(jié)論

數(shù)碼航空相機(jī)DMC在實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)勢明顯，從武漢大學(xué)2009年底拍攝的三個航高DMC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們可以得出如下結(jié)論：

（1）隨著攝影測量全數(shù)字化的到來，航空攝影航向重疊度和旁向重疊度提高不再過多的增加成本，高航向和旁向重疊度，機(jī)載POS系統(tǒng)的引入[3、4]，使數(shù)碼航空相機(jī)DMC幾何精度更加穩(wěn)定。無論是間隔基線均勻布點(diǎn)還是周邊密集布點(diǎn)，平面精度都相對比較穩(wěn)定。間隔基線數(shù)量的變換，或者中心布點(diǎn)與否主要影響高程精度，但是提高幅度有限。不同航高的數(shù)據(jù)，一般基線數(shù)量間隔八個，平面精度和高程精度都已經(jīng)相對穩(wěn)定。

（2）由于受空氣氣流影響，三個航高的數(shù)據(jù)精度相比，航高500m的數(shù)據(jù)相對精度最差。相同控制點(diǎn)數(shù)量和分布的情況下，幾何精度航高1000m的優(yōu)于航高500m。因此對于數(shù)碼航空攝影，盡量不采取低空拍攝。

（3）通過不同控制點(diǎn)分布比較可見，間隔一定基線數(shù)量的均勻布點(diǎn)方式仍然優(yōu)于密集周邊布點(diǎn)中心加點(diǎn)的布點(diǎn)方式。一般情況下，三個航高的數(shù)據(jù)間隔十條基線布設(shè)控制點(diǎn)，幾何精度都可以滿足測圖要求。

[1]張祖勛.航空數(shù)碼相機(jī)及其有關(guān)問題[J].測繪工程, 2004,13(4):1-5.

[2]王樹文 關(guān)于數(shù)字航攝像機(jī)(DMC)若干問題的探討及研究[J].影像技術(shù),2007(05).

[3]Brown D.C.The Bundle Adjustment - Progress and Prospects[C].International Archive of Photogrammetry,Helsinki,Finland,1976.Vol.21 Part III:1-31.

[4]袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,2001:25-26.