大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像控布點(diǎn)方案探討

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摘要：本文通過(guò)分析光束法區(qū)域平差理論，對(duì)理論的分析以及具體實(shí)驗(yàn)，旨在研究出合理實(shí)用的大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像控布點(diǎn)方案。

關(guān)鍵詞：大比例尺，航測(cè)像控布點(diǎn)，方案

在航空攝影測(cè)量中常用的加密室內(nèi)控制點(diǎn)的方法有航帶法、獨(dú)立模型法以及光束法，其中光束法在理論上最為嚴(yán)密，不過(guò)由于像點(diǎn)系統(tǒng)誤差的存在，影響了其加密精度。但是隨著數(shù)字測(cè)量工作站的出現(xiàn)，以及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，都極大的提升了光束法區(qū)域網(wǎng)平差應(yīng)用在攝影測(cè)量中的可能性。近年來(lái)，光束法區(qū)域網(wǎng)平差逐步取代了航帶法區(qū)域網(wǎng)平差和獨(dú)立模型法，成為了空中三角測(cè)量的主力軍，并被用于大比例尺的數(shù)碼影像空中三角測(cè)量，但是由于數(shù)碼影像在像符、像素方面的地面分辨率與常規(guī)膠片存在差異，以及在大比例尺空中三角測(cè)量區(qū)域的布點(diǎn)中有一定不足，所以大比例尺光束法區(qū)域網(wǎng)平差像控布點(diǎn)仍然需要不斷研究，找出合適的像片控制點(diǎn)布點(diǎn)方案。

1、光束法平面精度與高程精度

1.1光束法依據(jù)其理論基礎(chǔ)——共線方程式，以每一張相片為單元來(lái)構(gòu)建誤差方程和法方程，并通過(guò)誤差方程的構(gòu)建，利用最小二乘原理，在全區(qū)域內(nèi)解算出相片外的物方坐標(biāo)、方位元素的值。

1.2區(qū)域網(wǎng)平差的平面精度分析：

四角控制、八點(diǎn)法和密周邊布點(diǎn)法是平面控制方案中常見(jiàn)的三種，在布點(diǎn)密度上有所不同，將這三種布點(diǎn)方法在旁向重疊20%的情況下，利用光束法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，得出四角控制法平面精度為，八點(diǎn)法平面精度為，密周布點(diǎn)法平面精度為，其中 用以衡量區(qū)域網(wǎng)平常的平面精度， 是像點(diǎn)觀測(cè)誤差，m是區(qū)域中的航帶數(shù)。

由這三個(gè)結(jié)果可以看出，平面控制密度及航帶數(shù)對(duì)區(qū)域網(wǎng)平差的平面精度有影響，在區(qū)域網(wǎng)周邊有較為密集的平面控制的情況下，其平面精度與區(qū)域網(wǎng)內(nèi)部平面控制、區(qū)域網(wǎng)的大小的關(guān)系極小。

1.3區(qū)域網(wǎng)平差的高程精度分析：

為了克服誤差傳播的不利影響，區(qū)域網(wǎng)對(duì)于高程控制網(wǎng)的要求，比對(duì)于平面控制網(wǎng)的要求要高，這就導(dǎo)致了區(qū)域網(wǎng)之內(nèi)一定要有高程控制。鎖型高程控制會(huì)布設(shè)三排高程控制，分別位于中部隔航線以及垂直航向的首尾；方格型高程控制的極限跨度與航線間隔相等。

當(dāng)使用方格型高程布控方案時(shí)，旁向重疊為60%，區(qū)域網(wǎng)平差高程精度為，采用鎖型高程布控方案，旁向重疊為20%，區(qū)域網(wǎng)平差高程精度為，其中i為高程控制中的航向跨度。

由這兩個(gè)數(shù)據(jù)的比較可以看出，區(qū)域網(wǎng)平差高程精度和高程控制的跨度是有直接關(guān)系的。

1.4光束法區(qū)域網(wǎng)平差的平面、高程的平差解算可以分別進(jìn)行，這樣既可以降低對(duì)于計(jì)算機(jī)性能的要求，又可以利于控制點(diǎn)稀疏導(dǎo)致最小二乘迭代收斂性不滿(mǎn)意的情況，對(duì)實(shí)際工作幫助很大。

1.5高程控制對(duì)于高程跨度的要求

UCD數(shù)碼設(shè)備、DMC數(shù)碼設(shè)備、SWDC4以及德國(guó)祿萊6008AF等眾多數(shù)碼設(shè)備獲取的影像都可以用于大比例尺成圖，其中以UCD和DMC為主導(dǎo)，這些影像源的共同特點(diǎn)是像素物理尺寸較小，所以影像清晰度和地面實(shí)際的分辨率都比較高。在進(jìn)行航空攝影時(shí)，由于不同的數(shù)碼影像設(shè)備在實(shí)際地面覆蓋范圍方面有區(qū)別，所以采用不同的航攝儀器進(jìn)行大比例尺成圖高程布設(shè)的時(shí)候，其高程控制帶之間所跨的基數(shù)線也有所不同，在高程控制中無(wú)法按照傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)規(guī)范來(lái)計(jì)算跨度；同時(shí)根據(jù)以往的數(shù)碼影像航測(cè)的調(diào)查，認(rèn)為1：500～1：2000的比例尺范圍，高程控制帶之間的跨度不應(yīng)該以跨越了多少條基數(shù)線來(lái)衡量，而是以實(shí)際地面地面跨度為準(zhǔn)。

面對(duì)這種情況，在大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)外控布點(diǎn)的時(shí)候，我們可以選擇一小塊測(cè)區(qū)，采用全野外高程布設(shè)來(lái)做實(shí)驗(yàn)，首先進(jìn)行內(nèi)業(yè)加密，然后在進(jìn)行高程控制帶抽稀后，通過(guò)控制點(diǎn)余差之中的誤差來(lái)確定高程控制帶之間的實(shí)際跨度。

2、數(shù)碼影像航測(cè)的特點(diǎn)和缺陷

2.2特點(diǎn)：

⑴不論是進(jìn)行攝影還是后期補(bǔ)飛，航空攝影的靈活度和可操作性都比較高，如果采用輕型飛機(jī)作為飛行平臺(tái)，可以有效提升工作效率，并且降低航攝成本。

⑵傳統(tǒng)的膠片攝影實(shí)際分辨率普遍不高，一是因?yàn)槭艿侥z片化學(xué)乳膠顆粒的碾磨粗細(xì)程度影響，二是在掃描過(guò)程中，存在因?yàn)槎尾蓸赢a(chǎn)生的影像噪聲；而數(shù)碼攝影避免了這種情況，一次成像，有效提升了影像的量測(cè)精度。

⑶航測(cè)由于其靈活性，可以較快的開(kāi)展工作，這樣就避免了客觀條件的限制，可以縮短工期，提升效率。

⑷數(shù)碼影像航飛成圖完全符合大比例成圖在精度方面的要求，滿(mǎn)足大比例尺地形測(cè)繪、大比例尺城市規(guī)劃建設(shè)的用圖要求。

2.2缺陷

可能會(huì)受到天氣、氣流等方面自然因素的影響，同時(shí)因?yàn)槠矫媾c高程控制點(diǎn)的原因也可能會(huì)出現(xiàn)一定的粗化現(xiàn)象。

3、像控中的誤區(qū)與改進(jìn)

2.1高程控制也具有密周邊性

像片控制是由平面控制和高程控制兩方面組成的，由上文內(nèi)容可以得知，平面控制布點(diǎn)和高程控制布點(diǎn)，因?yàn)閰^(qū)域網(wǎng)平差的存在，在布控方案的設(shè)計(jì)上也應(yīng)該是各有側(cè)重點(diǎn)的。整體區(qū)域網(wǎng)平差精度受高程控制帶航向跨度的影響，但是如果增加控制帶之間的跨度，在頂部、底部航線之間適當(dāng)?shù)脑黾恿鶄€(gè)高程控制，平差精度也不會(huì)有明顯的降低，也就說(shuō)明了高程控制也具有密周邊性。

2.2平面控制與高程控制分開(kāi)更具有優(yōu)勢(shì)

平高控制點(diǎn)因?yàn)槠浯蟠鬁p少了控制點(diǎn)的數(shù)量，減少了野外觀測(cè)工作量的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)攝影測(cè)量界一直廣受歡迎，但是隨著GPS和RTK技術(shù)在測(cè)量中使用率的增加，控制點(diǎn)的數(shù)量對(duì)野外觀測(cè)工作的工作量已經(jīng)失去了明顯影響，允許平高分開(kāi)往往使野外選點(diǎn)工作更容易進(jìn)行；并且，由于一味的注重平高控制點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，在許多需要大比例尺航測(cè)成圖的區(qū)域內(nèi)，反而無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)于平面和高程的要求，影響了選點(diǎn)的精細(xì)程度。

因此，在在大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像片控制測(cè)量中，可以采用分別布設(shè)平面控制網(wǎng)與高層控制網(wǎng)的方法，來(lái)滿(mǎn)足平面和高程在區(qū)域網(wǎng)平差中不同的要求。

4、平面布點(diǎn)方案實(shí)例

我們實(shí)地進(jìn)行了大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像控布點(diǎn)方案實(shí)驗(yàn)，地點(diǎn)選取了東莞市謝崗鎮(zhèn)的粵海裝配技術(shù)工業(yè)園區(qū)，此處為丘陵地帶，雜草叢生，對(duì)于航測(cè)存在一定影響。實(shí)驗(yàn)采用焦距100.5毫米的UCX數(shù)碼航攝儀，其航攝比例尺為1：5000，像符為103.896mm×67.824mm，像元分辨率為7.2微米。我們采用四角法（a）、八點(diǎn)法（b）、密周邊布點(diǎn)法（c）和密周邊布點(diǎn)法后在區(qū)域中添加平面法（d）四種方法進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)四種方法分別采用國(guó)內(nèi)使用較多的克萊恩教授的PATB進(jìn)行空中三角測(cè)量平差解算，用內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)和地物點(diǎn)對(duì)野外實(shí)地打點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，得到如下平面中誤差統(tǒng)計(jì)（表一）和和誤差比較（圖一）：

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出增加周邊平面控制，對(duì)改善區(qū)域網(wǎng)平差后的平面中誤差的有效作用，在采用密周邊布點(diǎn)后可以有效改善誤差情況，達(dá)到國(guó)家對(duì)于比例尺的規(guī)范要求，而采用在密周邊布點(diǎn)后又在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)增加平面控制的方法，既增加了工作效率，對(duì)區(qū)域網(wǎng)平面精度也沒(méi)有提升作用，不具有可用性。所以我們可以得出結(jié)論，在大比例尺數(shù)碼攝影航測(cè)成圖的平面控制進(jìn)行布點(diǎn)時(shí)，采用密周邊布點(diǎn)效果較好，區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的平、平面控制則不需要做更多操作。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)文中的實(shí)例和數(shù)據(jù)可以看出，密周邊布點(diǎn)法在大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像控布點(diǎn)的眾多方案中是比較理想的，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以后也許會(huì)出現(xiàn)更為合理、便捷的大比例尺數(shù)碼影像航測(cè)像控布點(diǎn)方案，這需要大家的共同努力。

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