淺談像控點(diǎn)在攝影測量中對空三解算的重要性

王軍林

（廣東有色工程勘察設(shè)計(jì)院，廣州 510080）

航空攝影的對象是地球表面，而地球表面是有起伏的，攝影時(shí)像片上的物體也會因像片傾斜而產(chǎn)生變形或像點(diǎn)位移，因此，多數(shù)情況下，航空攝影所獲取的像片是傾斜的，為了確?？刂泣c(diǎn)的測定、立體測圖以及其他測繪成果的落實(shí)，以達(dá)到相應(yīng)的測量效果。野外像片控制測量是必不可缺的重要步驟，是航空攝影測量解析空三加密和測圖的基礎(chǔ)，其位置的選擇和高程的測定直接影響到待求點(diǎn)的平面位置、高程和像片外方位元素及內(nèi)業(yè)成圖的精度。鑒于此，深入探討和分析地形圖測繪中像控點(diǎn)的布設(shè)方法和數(shù)量在攝影測量中的重要性。

1 無人機(jī)野外像控點(diǎn)的布設(shè)特征和原則

1.1 像控點(diǎn)的布設(shè)特征說明

鑒于無人機(jī)進(jìn)行航拍時(shí)擁有自身的特征，與從前的測量方法存在著一定的差異性，具體而言：第一，相片的數(shù)量較多、框幅較小，讓野外航測時(shí)需要布設(shè)的像控點(diǎn)數(shù)量增多，使工作人員的任務(wù)量加?。坏诙?，航測無人機(jī)不僅質(zhì)量較輕，而且體積較小，航測時(shí)形成的改變較大，導(dǎo)致航空攝影測量中相片的航向傾斜度和其旋轉(zhuǎn)角變化隨之增大。而野外像控點(diǎn)的布設(shè)部位、數(shù)量以及方案將對空三解算的精度產(chǎn)生很大的影響，通過科學(xué)布設(shè)與制定方案，才能順利完成地形圖測繪的工作任務(wù)[1]。將有關(guān)地形圖測繪規(guī)范作為主要依據(jù)，針對1∶2000的地形圖，進(jìn)行野外像控點(diǎn)的布設(shè)過程中運(yùn)用全野外測量方法，其中每2～3條航線數(shù)相應(yīng)的平高控制點(diǎn)之間的基線數(shù)量是2～5條，而相應(yīng)高程控制點(diǎn)之間的基線數(shù)量則是4～7個。不夠基于對野外區(qū)域常擁有復(fù)雜地理環(huán)境、易于形成破壞以及信號穩(wěn)定性不足等因素的考慮，無法完全根據(jù)相關(guān)規(guī)定實(shí)施像控點(diǎn)的布設(shè)，使無人機(jī)進(jìn)行地形圖航測過程當(dāng)中的像控點(diǎn)布設(shè)的難度得以增加。

1.2 像控點(diǎn)的布設(shè)原則說明

通過將無人機(jī)進(jìn)行野外地形圖航空攝影測量相關(guān)規(guī)范當(dāng)作有效的依據(jù)，要求像控點(diǎn)的布設(shè)工作開展需要遵守下述幾點(diǎn)原則：第一，進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)的時(shí)候，需要對相應(yīng)點(diǎn)位的清晰度、周邊的環(huán)境條件等因素考慮，盡可能保證周邊的地形較為平穩(wěn)且容易區(qū)分；第二，像控點(diǎn)的布設(shè)過程當(dāng)中應(yīng)該保持一定的均勻性，針對像控點(diǎn)的布設(shè)方式航向與周邊的方向情況，要求其處于6片重疊的航測區(qū)間當(dāng)中；第三，相應(yīng)的點(diǎn)位處于自由的圖邊和其他方式形成圖的控制點(diǎn)位置，確保布設(shè)像控點(diǎn)位于研究區(qū)域之外[2]。

2 基于不同地貌1∶2000地形圖下的無人機(jī)航測像控點(diǎn)布設(shè)方案的比較

2.1 研究區(qū)域的說明

對于有所差異的地貌種類而言，無人機(jī)進(jìn)行野外地形圖航測過程當(dāng)中，相應(yīng)的地面控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的時(shí)候，尚未確定相應(yīng)的參數(shù)，致使初期很多航測工作開展之前應(yīng)掌握有關(guān)的參數(shù)，方可以符合大比例圖在精度方面的航測規(guī)定。對此，此次研究以不同的地區(qū)為分析目標(biāo)，區(qū)域1是平原地形，區(qū)域2則是山地丘陵地形，將兩個區(qū)域的方案予以比較，明確地貌下的像控點(diǎn)布設(shè)形式。

區(qū)域1：該區(qū)域隸屬沿海平原地區(qū)，東北部區(qū)域擁有很多的山嶺，西南地區(qū)則呈現(xiàn)出傾斜的梯形狀態(tài)，表現(xiàn)出較為寬闊的狀態(tài)，在這當(dāng)中最小的高程是13m，最大的高程是37m，相應(yīng)的平均坡度是2%～4%。

區(qū)域2：該區(qū)域隸屬丘陵地區(qū)，地勢表現(xiàn)為，從東到西逐漸降低，在這當(dāng)中的最小高程是37m，最大的高程是410m，相應(yīng)的平均破度是9%。

此次無人機(jī)航空攝影測量的過程當(dāng)中，其中涉及到的重要構(gòu)成部分包括：無人機(jī)的類型：大疆M600 Pro；航測的高度是：420m；使用的相機(jī)：哈蘇A6D-100c；相應(yīng)的重疊度：65%（旁向）72%（航向）；具體的航測時(shí)間：2018年4月9日中午的12：30；2018年6月25日下午的13：24。

2.2 差異化像控點(diǎn)的布設(shè)方案設(shè)計(jì)說明

2.2.1 針對像控點(diǎn)布設(shè)數(shù)量和空三精度統(tǒng)計(jì)的分析

本次研究通過將有關(guān)地形圖測繪規(guī)范作為主要依據(jù)，針對1∶2000的地形圖，進(jìn)行無人機(jī)野外像控點(diǎn)的布設(shè)方案與數(shù)量對于空三解算的精度影響分析，把像控點(diǎn)的布設(shè)方案、數(shù)量和空三解算精度作為研究的切入點(diǎn)，科學(xué)計(jì)算與分析所在區(qū)域的數(shù)據(jù)結(jié)果，相關(guān)的分析數(shù)據(jù)運(yùn)用區(qū)域1和區(qū)域2當(dāng)中的信息，詳情見下表1。

表1 像控點(diǎn)布設(shè)對空三解算精度的統(tǒng)計(jì)

根據(jù)相應(yīng)的擬合結(jié)果分析可知，像控點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量和空三解算相應(yīng)的中誤差精度表現(xiàn)出冪函數(shù)的變化狀態(tài)。當(dāng)像控點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量逐漸增多的時(shí)候，相應(yīng)的空三解算精度也不斷得以提升，不過地面的控制點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)量較為固定的情況下，相應(yīng)的空三解算精度則同樣處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1 像控點(diǎn)布設(shè)對空三解算精度的統(tǒng)計(jì)圖

2.2.2 像控點(diǎn)的布設(shè)方案設(shè)計(jì)說明

此次研究依據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用野外無人機(jī)航空攝影測量像控點(diǎn)布設(shè)方式，同時(shí)參考相關(guān)大比例尺地形圖情況，針對野外像控點(diǎn)的布設(shè)方案予以不斷改進(jìn)和優(yōu)化。通過分別結(jié)合平原與丘陵等不同種類的地形情況予以考慮，制定出科學(xué)的像控點(diǎn)布設(shè)方案，如下表2所示。

表2 像控點(diǎn)的布設(shè)方案信息表

根據(jù)上圖研究發(fā)現(xiàn)：

方案1：根據(jù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)布設(shè)，使其在區(qū)間內(nèi)均有所包括，相應(yīng)的布設(shè)距離分別以1000～1100m、1000～1200適合，通視效果顯著。

方案2：根據(jù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)布設(shè)，使其在區(qū)間內(nèi)均有所包括，相應(yīng)的布設(shè)距離分別以500～600m、600～800m適合，通視效果顯著。

方案3：根據(jù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)布設(shè)，使其在區(qū)間內(nèi)均有所包括，相應(yīng)的布設(shè)距離分別以350～400m、200～300m適合，通視效果顯著。

2.2.3 精度分析說明

通過運(yùn)用Pix4軟件完成數(shù)據(jù)解算的處理，獲得最終計(jì)算結(jié)果，如表3所示。

表3 三種不同方案的統(tǒng)計(jì)情況（m）

通過表3結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

采用2倍中誤差為極限誤差，方案1至方案2均不滿足要求，方案3平面和高程計(jì)算結(jié)果滿足空三解算精度要求。其全部檢查點(diǎn)的平面和高程誤差滿足航拍無人機(jī)外業(yè)控制點(diǎn)精度要求。

3 結(jié)束語

本文探討了地面像控點(diǎn)與空三解算精度的關(guān)系，對比了無人機(jī)航測像控點(diǎn)布設(shè)方案和研究區(qū)域說明及相應(yīng)的精度分析說明：平原地區(qū)地勢平坦，像控點(diǎn)高程變化幅度小，檢查點(diǎn)解算的高程精度提高緩慢，像控點(diǎn)布設(shè)距離采用350～400m；山地丘陵地區(qū)地勢起伏大，地勢相對較陡，像控點(diǎn)高程變化幅度大，檢查點(diǎn)解算的高程精度提高較快，點(diǎn)位距離采用200～300m，空三解算點(diǎn)位誤差滿足地形圖規(guī)范要求。望此次研究的結(jié)果，能夠帶給相關(guān)人員相應(yīng)的借鑒，以便推動無人機(jī)航空攝影測量法在地形圖測繪中的應(yīng)用進(jìn)程，為無人機(jī)航空測繪的提供技術(shù)支持。