基于FANS FES的IMU/DGPS輔助航空攝影快速質(zhì)量檢查方法

陳燕燕++崔迎迎

摘 要：該文以IMU/DGPS輔助航空攝影成果快速質(zhì)量檢查為研究?jī)?nèi)容，以承德市城鄉(xiāng)規(guī)劃局三維數(shù)字規(guī)劃項(xiàng)目0.05米分辨率IMU/DGPS（即POS）輔助航空攝影快速質(zhì)量檢查為例，將傳統(tǒng)的人工質(zhì)檢方式和基于FANS FES質(zhì)檢的效率和精度進(jìn)行了對(duì)比分析，得出結(jié)論：使用FANS -FES人工工作量少、速度快、準(zhǔn)確度高，能夠降低飛行成本，縮短航攝工期，并形成了快速質(zhì)檢驗(yàn)收的整套工作流程和實(shí)施方案。最后，結(jié)合多年的航攝質(zhì)檢工作經(jīng)驗(yàn)，分析了基于軟件質(zhì)檢的優(yōu)勢(shì)和不足，提出了使用該技術(shù)的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：IMU/DGPS FANS FES POS數(shù)據(jù) 航空攝影 質(zhì)量檢查

中圖分類(lèi)號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（c）-0031-03

隨著航空攝影技術(shù)的發(fā)展，航空攝影質(zhì)檢軟件系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用也迅速崛起，推動(dòng)了質(zhì)檢方式由全人工向人機(jī)交互或者計(jì)算機(jī)為主、人工為輔的方向發(fā)展。

目前測(cè)繪行業(yè)航空攝影成果質(zhì)檢軟件有兩種類(lèi)型：一種是基于航攝影像和像片中心點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查；另一種是基于IMU/DGPS數(shù)據(jù)（即POS數(shù)據(jù)）進(jìn)行質(zhì)量檢查，兩者各有優(yōu)勢(shì)?；谟跋竦娘w行質(zhì)量檢查軟件系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)像片中心點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度要求不高，缺點(diǎn)是基于影像同名點(diǎn)匹配，運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)，且地形高差變化較大時(shí)旁向重疊度計(jì)算準(zhǔn)確度低、不同時(shí)間獲取的影像差異較大時(shí)匹配計(jì)算精度低；基于POS數(shù)據(jù)的質(zhì)檢，即該文選用的FANS FES軟件，數(shù)據(jù)導(dǎo)入速度快，解算效率高、精度高，比較適合用于IMU/DGPS輔助航空攝影項(xiàng)目的質(zhì)量檢查，自動(dòng)化程度達(dá)80%左右，是人工檢查速度的5～6倍，且能夠大幅減少人工工作量。

1 FANS FES簡(jiǎn)介

FANS FES是中科院地球物理研究所研發(fā)的一款飛行評(píng)估和質(zhì)量檢查軟件，主要是基于POS EO數(shù)據(jù)文件和DEM，對(duì)面陣相機(jī)獲取的影像數(shù)據(jù)情況，進(jìn)行快速的飛行質(zhì)量檢查（根據(jù)數(shù)據(jù)量一般需要5～30 min），檢查項(xiàng)包括像片重疊度、旋偏角、傾斜角、航高保持、航線彎曲度，該軟件可用于外業(yè)飛行時(shí)的快速飛行質(zhì)量檢查，即飛機(jī)落地后基于解算出的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的飛行質(zhì)量評(píng)估，以便于根據(jù)質(zhì)量結(jié)果快速制定補(bǔ)飛計(jì)劃；也可用于質(zhì)檢驗(yàn)收時(shí)飛行質(zhì)量的檢查，能夠大幅減少人工工作量，實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢驗(yàn)收全部在計(jì)算機(jī)上快速有效進(jìn)行。

2 基于FANS FES快速質(zhì)量檢查技術(shù)路線

2.1 質(zhì)量檢查內(nèi)容

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，IMU/DGPS輔助航空攝影成果質(zhì)量檢查元素包括：飛行質(zhì)量、影像質(zhì)量、數(shù)據(jù)質(zhì)量、附件質(zhì)量。其中飛行質(zhì)量檢查項(xiàng)包括：像片重疊度、覆蓋完整性、像片傾斜角、航線彎曲度、旋偏角、航高保持；影像質(zhì)量檢查項(xiàng)包括：外觀、幾何精度、影像完整性；數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)包括：偏心分量、觀測(cè)數(shù)據(jù)、解算數(shù)據(jù)精度；附件質(zhì)量檢查項(xiàng)包括：技術(shù)文檔、檢定資料、整飾包裝、附圖和附表。在航空攝影項(xiàng)目飛行階段，主要檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量、飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量。

2.2 基于FANS FES快速質(zhì)量檢查流程

基于FANS FES快速質(zhì)量檢測(cè)流程圖如圖1所示。

2.3 快速質(zhì)量檢查技術(shù)路線

2.3.1 機(jī)載POS數(shù)據(jù)解算

航攝飛行獲取成果后，對(duì)機(jī)載POS數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢查，用IMU/DGPS輔助設(shè)備配套軟件POS Pac進(jìn)行解算，解算完成輸出pos eo（像片外方位元素）。根據(jù)飛行記錄和飛行軌跡線，剔除pos eo數(shù)據(jù)中不在航線上的廢點(diǎn)，以減少干擾。為方便后期對(duì)照相應(yīng)影像進(jìn)行核查，可以在數(shù)據(jù)第一列添加對(duì)應(yīng)影像編號(hào)，也可不加，后期需要時(shí)在質(zhì)檢報(bào)告中添加影像編號(hào)，此階段一般用時(shí)20 min左右。

2.3.2 FANS FES快速飛行質(zhì)量檢查

打開(kāi)FANS FES，首先設(shè)置攝區(qū)中央子午線經(jīng)度和Geoid Height（水準(zhǔn)面高程），導(dǎo)入POS EO數(shù)據(jù)，設(shè)置影像路徑（可省略）、DEM路徑，選擇使用相機(jī)類(lèi)型，設(shè)置測(cè)區(qū)參數(shù)、輸出報(bào)告路徑和警告容限值，即可開(kāi)始運(yùn)算，此過(guò)程根據(jù)數(shù)據(jù)量不同一般需要幾十秒到十幾分鐘，操作界面如圖2所示。

2.3.3 輸出飛行質(zhì)量報(bào)告

運(yùn)算結(jié)束可根據(jù)需要輸出重疊度評(píng)估報(bào)告、KML矢量報(bào)告、飛行質(zhì)量超限報(bào)告、飛行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)告。重疊度評(píng)估報(bào)告內(nèi)容詳細(xì)全面，有每張影像的航向、旁向重疊度、旋偏角、傾斜角、三度重疊信息；KML矢量報(bào)告能夠用Google Earth打開(kāi)，可直觀顯示出每張影像的覆蓋情況、重疊情況、點(diǎn)位置、航跡；飛行質(zhì)量超限報(bào)告只輸出超限影像信息及超限情況；飛行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)告輸出每條航線重疊度的最大值、最小值、相鄰像片最大高差、每條航線高差最大值、傾斜角最大值、航線彎曲度、旋偏角最大值信息。

2.3.4 人工交互檢查

待影像預(yù)處理完畢，檢查影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，查看影像分辨率、層次的豐富性，色彩反差和色調(diào)情況，存在云、煙、霧、雪、陰影等區(qū)域是否可用航向、旁向影像進(jìn)行彌補(bǔ)。結(jié)合影像數(shù)據(jù)對(duì)軟件質(zhì)檢報(bào)告中報(bào)警的數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)交互檢查，判斷是否合格。

2.3.5 質(zhì)量結(jié)果反饋

在質(zhì)量檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)記錄，若有不合格影像編制航攝補(bǔ)飛單，將質(zhì)量結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)飛行人員，以便于現(xiàn)場(chǎng)合理安排飛行計(jì)劃。

2.3.6 成果整理

經(jīng)質(zhì)檢合格的成果，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行成果整理，整理影像成果、制作相關(guān)文檔、圖、表，如航攝鑒定表、中心點(diǎn)結(jié)合圖、航線像片結(jié)合圖、完成情況圖、資料移交書(shū)等。

3 基于FANS FES的承德市IMU/DGPS輔助航空攝影快速質(zhì)檢實(shí)例

承德市城鄉(xiāng)規(guī)劃局三維數(shù)字規(guī)劃項(xiàng)目作業(yè)區(qū)介于北緯40°50`～41°8`，東經(jīng)117°37`～118°7`之間。東西跨度41 km，南北跨度32 km。在航攝階段采用IMU/DGPS輔助航空攝影技術(shù)，進(jìn)行0.05 m分辨率的彩色數(shù)碼航空攝影，面積約650 km2，共7個(gè)分區(qū)，設(shè)計(jì)航線138條，航片10 041張。攝區(qū)分區(qū)及航線示意圖如圖3所示。

該項(xiàng)目航攝歷時(shí)一個(gè)月，共計(jì)8個(gè)架次，航攝時(shí)間30.41 h，包含補(bǔ)飛航線在內(nèi)共計(jì)飛行150條航線，獲取航片數(shù)據(jù)11 803張，有效航片總數(shù)11 157張。飛行詳情如表1所示。

在航攝飛行階段，收到每架次數(shù)據(jù)均先使用FANS FES進(jìn)行飛行質(zhì)量檢查，尤其是在飛行比較密集的3-4，5-8架次，航攝當(dāng)天檢查飛行質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)當(dāng)日天氣情況預(yù)判影像質(zhì)量，安排第二天的飛行、補(bǔ)飛計(jì)劃，不再受制于接送數(shù)據(jù)、影像預(yù)處理、質(zhì)檢的時(shí)間限制，提高了航攝效率，縮短了工期，減少了人工工作量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

為檢驗(yàn)軟件結(jié)果的可靠性，項(xiàng)目每架次成果影像處理完畢均進(jìn)行了人工質(zhì)檢，并將人工質(zhì)檢結(jié)果與軟件結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，部分結(jié)果如表2所示。

結(jié)果表明，軟件質(zhì)檢結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，與人工檢查結(jié)果基本一致，具有較高的可靠性。目前已應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)中，如開(kāi)魯航空攝影、科爾沁航空攝影、浙江基礎(chǔ)航攝（湖嘉）項(xiàng)目、慶元縣基礎(chǔ)航空攝影、新昌傾斜攝影等。

4 結(jié)論及建議

該文基于FANS FES軟件使用POS數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)檢查IMU/DGPS輔助航空攝影成果，每架次成果從解算POS數(shù)據(jù)到輸出飛行質(zhì)量報(bào)告一般需要30 min～1 h左右，優(yōu)點(diǎn)是：效率高、速度快、準(zhǔn)確度高；軟件具有可編輯性，能夠根據(jù)需要增減相機(jī)、修改程序參數(shù)；具有可擴(kuò)展性，支持Roll、Pictch、Heading旋角系統(tǒng)的外方位元素飛行質(zhì)量檢查，例如：能夠用于無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)的飛行質(zhì)量檢查。但也存在一些不足，若pos或DEM數(shù)據(jù)精度較低或航攝傾斜角過(guò)大時(shí)，質(zhì)檢結(jié)果可靠性會(huì)降低，需要人工進(jìn)一步確認(rèn)。

將多個(gè)項(xiàng)目軟件質(zhì)檢結(jié)果與人工結(jié)果比對(duì)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)使用建議：導(dǎo)入軟件前刪除不在航線上的無(wú)用POS數(shù)據(jù)，以提高航線自動(dòng)識(shí)別的正確性；若一條航線存在2次飛行時(shí)，將2次飛行分別進(jìn)行評(píng)估，以提高航線臨近關(guān)系識(shí)別的正確性；軟件質(zhì)檢時(shí)預(yù)警值的設(shè)置適當(dāng)增加容差值，以減少錯(cuò)檢漏檢率。

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