SWDC數(shù)碼相機在大比例尺成圖中的應(yīng)用研究

王雅萍，王慶林

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南昆明650093;2.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作454000)

SWDC數(shù)碼相機在大比例尺成圖中的應(yīng)用研究

王雅萍1，2，王慶林2

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南昆明650093;2.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作454000)

以河南省焦作市城區(qū)1∶1 000地籍圖測繪為例，以SWCD數(shù)碼航空影像為數(shù)據(jù)源，基于JX-4C DPS全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，探討并總結(jié)大比例尺數(shù)碼航空測圖的方法與技術(shù)流程。試驗結(jié)果表明，該方法符合國家地籍測量的規(guī)范要求。

SWDC相機;JX-4C DPS;大比例尺測圖

一、引 言

數(shù)字?jǐn)z影測量具有成本低、成圖周期短、精度高、產(chǎn)品多樣化等優(yōu)勢，已成為生產(chǎn)大比例尺4D產(chǎn)品的主要方法和手段。目前，用于大比例尺成圖的數(shù)碼相機主要為進口產(chǎn)品，如Z/I公司的DMC、奧地利的UCD等，這類相機由于像元角小、基高比小、高程精度低，因此無法滿足1∶2000以上大比例尺測圖對高程精度的要求。2007年，劉先林院士與河南理工大學(xué)合作研制的、具有自主創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)的SWDC系列數(shù)碼航攝儀正式推向市場，該產(chǎn)品鏡頭可更換(三組)，幅面大、視場角大、基高比大、高程精度高(達1/10000);能實現(xiàn)空中攝影自動定點曝光，通過精密GPS輔助空中三角測量(簡稱空三)飛行中不使用IMU就可以達到很高的精度，大大減少了外業(yè)工作量。本文基于SWDC-2型數(shù)碼航空影像和JX-4C DPS全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，進行了大比例尺航攝成圖方法及技術(shù)流程的探討，并對成果進行了精度評定。

二、工作流程及關(guān)鍵技術(shù)

1.測區(qū)概況及任務(wù)

焦作市位于河南省西北部，太行山南麓，區(qū)內(nèi)地勢北高南低，地形變化較大。本次測圖是為全國第二次城鎮(zhèn)地籍更新調(diào)查提供110 km2范圍的1∶1 000和1∶500的工作底圖，以及301 km2面積的彩色DOM。航空攝影采用蜜蜂-3超輕型飛機搭載SWDC-2型數(shù)碼航攝儀實施，并利用了PPP精密單點定位技術(shù)。設(shè)計航高為480 m，地面分辨率為13～18 cm;像幅大小為5 440像素×8 000像素，像素尺寸為9 μm。

航線沿東西向布設(shè)，航向與旁向重疊度為60%～65%和30%～40%，攝影比例尺為1∶13 700。共布設(shè)了4條航線，每條航線24張像片，測區(qū)內(nèi)布設(shè)有加密地標(biāo)點與空三控制地標(biāo)點共77個。實際空三布設(shè)與航線設(shè)計如圖1所示。

圖1 試驗區(qū)空三點位與航線設(shè)計圖

2.工作流程

采用基于GPS輔助空三測量的作業(yè)方案，工作流程包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩個步驟。

內(nèi)業(yè)工作流程：①導(dǎo)入野外像控點成果，同時配合數(shù)碼影像文件，基于PBBA自動空中三角測量系統(tǒng)，利用光束法平差完成空三加密(如圖2所示);②將空三加密成果導(dǎo)入JX-4C全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，生成數(shù)字線化圖(DLG)和數(shù)字正射影像圖(DOM)(如圖3所示)。

圖2 空三加密過程

圖3 基于JX-4C制作3D產(chǎn)品流程圖

外業(yè)工作流程：先采用外業(yè)像片控制，再依據(jù)內(nèi)業(yè)描繪的線化圖進行實地外業(yè)調(diào)繪。

3.SWDC相機的檢校

SWDC屬非量測相機，必須首先進行相機檢校以獲得影像內(nèi)方位元素和各項畸變改正參數(shù)。相機檢校采用基于空間后方交會的數(shù)學(xué)模型，以像點坐標(biāo)作為觀測值，顧及改正項的共線方程式為

誤差方程式為

式(2)中，XN、XW表示影像的內(nèi)方位元素和外方位元素;XF表示一些附加參數(shù)，主要是光學(xué)畸變改正數(shù)。

數(shù)碼相機檢校的數(shù)學(xué)模型解算采用了墨爾本大學(xué)的Australis軟件，像點定位和檢校數(shù)學(xué)解算都由該軟件完成。利用檢校所得的各項參數(shù)對原始數(shù)字影像進行重采樣，后經(jīng)二次檢校所獲取的各項參數(shù)值為零或在小值范圍內(nèi)時，恢復(fù)影像光束的正確形狀。畸變改正計算公式如下

4.GPS輔助空三測量

利用機載GPS接收機與地面基準(zhǔn)站的GPS接收機同時、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS信號，通過相對定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)處理可獲得攝影中心相對于地面坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，并將其作為輔助數(shù)據(jù)用于區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差。該技術(shù)可大幅度減少野外控制點，降低測圖成本、加快成圖速度。GPS輔助空三解算軟件是采用JX-PBBA自動空三測量軟件處理系統(tǒng)在JX-4C DPS上完成的。

三、成圖精度評定

1.空三精度分析

選取測區(qū)四周4個地面控制點作為定向點，權(quán)設(shè)為10，其余為檢查點;GPS動態(tài)定位內(nèi)插的攝站點平面坐標(biāo)權(quán)為5，高程權(quán)為1。定向點4個，檢查點24個，用光束法進行嚴(yán)密平差得出用GPS輔助空三測量的平差精度，如表1所示。

表1 4個控制點光束法平差精度統(tǒng)計 m

由表1可以看出，加密結(jié)果完全能夠滿足測制1∶1 000地形圖和正射影像圖的規(guī)范要求。

2.碎部點精度分析

內(nèi)業(yè)工作結(jié)束之后對成果質(zhì)量進行了抽查，在每個行政區(qū)隨機抽取兩幅圖，利用GPS或全站儀到野外實測，驗證結(jié)果如表2所示。

從表2計算可得出，平面點位中誤差 mP=，任意兩點間的距離中誤差為mD=■2mP=±0.164 m。

按照《河南省城鎮(zhèn)地籍更新調(diào)查成果檢查驗收辦法》和《地籍測量規(guī)范》的要求，根據(jù)實地抽查結(jié)果表明，采用SWDC數(shù)碼相機進行大比例尺航攝成圖的精度，完全能滿足地籍測量的精度要求(見表3)。

表2 實地驗證結(jié)果m

表3 地籍圖平面位置精度指標(biāo) m

四、結(jié) 論

首次采用SWDC-2型數(shù)碼相機在焦作市進行大比例尺航測成圖，得出以下結(jié)論：

1)輕型飛機可進行低空飛行，航高是國外航空數(shù)碼相機的1/3～1/2，因此可以在云下和輕霧氣象條件下進行拍攝。SWDC-2型數(shù)碼航攝儀拍攝的影像清晰，機角分辨率大，能完全滿足測制1∶1 000大比例尺地籍調(diào)查更新工作底圖的要求，測繪成果可靠。

2)大比例尺航測成圖的工序流程最好采用先外業(yè)像片控制，再利用內(nèi)業(yè)描繪的線劃圖到實地進行調(diào)繪，最后進行內(nèi)業(yè)清繪，以保證成圖質(zhì)量。

3)采用GPS輔助空三測量技術(shù)將攝站點坐標(biāo)參與到空三加密的平差解算中，可提高加密點的高程精度和擴大加密區(qū)域的作業(yè)面積，從而可提高空三加密的作業(yè)效率，大大減少野外工作。

致謝：本文在寫作過程中得到了河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國家測繪局重點實驗室盧小平副主任的無私幫助，特此致謝。

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On Application of Digital Camera SWDC to Large-scale Mapping

WANG Yaping，WANG Qinglin

0494-0911(2010)11-0033-03

P231.5

B

2010-03-23

王雅萍(1986—)，女，河南焦作人，碩士生，主要研究方向為GIS與遙感應(yīng)用。