構(gòu)架航線在大比例尺航空攝影測量中的應用探討

萬阿芳

摘 ?要 ?本文介紹了Imagination（暢想）空三加密軟件在有構(gòu)架航線情況下采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差進行空三加密在大比例尺測圖中應用和精度分析，以數(shù)字醴陵地理信息基礎工程建設生產(chǎn)為例，并對實施構(gòu)架航線進行空三加密過程中遇到問題提出了實用建議。

關鍵詞 ?航空攝影測量;構(gòu)架航線;GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差;空三加密

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： This paper introduced the application of the software Imagination in aerial triangulation of large-scale topographic mapping using GPS-supported bundle block adjustment under the constraint of control ship， and the measurement precision is analyzed. Taking the geographic information foundation project of digital Liling for example， some practical suggestions are presented to solve the problems encountered in the practice of the aerial triangula?tio?n under the constraint of control strip.

Keywords： ?aerial photogrammetry; control strip; GPS-supported bundle block adjustment; aerial triangulation

1 ?引言

近年來，隨著航空攝像測量技術的不斷發(fā)展，構(gòu)架航線在航空攝影中已開始被普遍使用。常規(guī)的“4條航線乘15條基線”是在區(qū)域網(wǎng)布設像控點，區(qū)域往中間增加一個檢查點的布點方案，像控點布設需要滿足6度重疊情況，對位置的要求較高，且平面和高程的精度直接影響內(nèi)業(yè)的精度。而構(gòu)架航線空三加密是在區(qū)域網(wǎng)的四個角各布設一個平高控制點，同時在區(qū)域網(wǎng)兩端近似垂直于航線方向敷設兩條構(gòu)架航線，逐條航線進行航攝漂移誤差改正，可大量減少對地面像控點數(shù)量的需求。

在實際生產(chǎn)中，構(gòu)架航線的敷設對航飛質(zhì)量要求較高，且目前大多生產(chǎn)應用的空三加密軟件如Inpho軟件，是基于POS/IMU的GPS輔助空中三角測量方法，對POS數(shù)據(jù)精度要求較高，需要地面基準站進行差分運算，但由于IMU的測角精度較低，導致仍需要較多地面控制點參與平差解算來保證空三加密精度。因此，在數(shù)字醴陵測區(qū)我們用Imagination空三加密軟件軟件，利用機載GPS/BD輔助技術，不使用POS數(shù)據(jù)中的3個角元素，將航空攝影時間參數(shù)作為有效觀測值參與區(qū)域網(wǎng)平差進行空三加密，來對構(gòu)架航線在大比例尺航空攝影測量中的應用進行探討和分析。

2 ?構(gòu)架航線鋪設及方案

2.1 實驗區(qū)概況

實驗區(qū)為數(shù)字醴陵地理信息基礎工程建設項目中一個加密分區(qū)。醴陵市處于東經(jīng)112°-114°，北緯26°-28°，地處湖南省東部，羅霄山脈北段西沿，位于長沙，株洲，湘潭“金三角”經(jīng)濟區(qū)東南部，地貌以山地，丘陵和崗地為主。該分區(qū)面積約1200平方公里，為丘陵地形，北部以山區(qū)為主。

2.2 航攝情況和測區(qū)參數(shù)

本實驗區(qū)有測圖航線N01-N15和構(gòu)架航線N27-N28共17條航線，其中區(qū)域內(nèi)第12、14條航線共有兩條補飛航線，如圖1：

醴陵攝區(qū)攝影使用PC-6飛機搭載UCEagle航攝儀進行，采用IMU/GPS輔助航空攝影，無地面基站，其相關參數(shù)如表1。

2.3 像控布點情況和構(gòu)架航線航攝要求

2.3.1 ?像控布點

只需在構(gòu)架航線與測圖航線的交點區(qū)域處布點就行，不用考慮常規(guī)像控布點的6度重疊情況。本實驗在加密分區(qū)四角布設一個平高控制點，在加密分區(qū)中間均勻布設檢查點，共布設4個平高像控點，8個檢查點。具體布點方案如圖2。

2.3.2 ?構(gòu)架航線航攝要求

構(gòu)架航線的攝影比例尺應比測圖航線的攝影比例尺大25%左右，航向重疊度不少于80%，以保證隔號像片能構(gòu)成正常重疊的立體像對。同時構(gòu)架航線間的交叉銜接處，要保證有不少于四條基線的相互重疊。構(gòu)架航線如其本身出現(xiàn)局部的相對漏洞或有其他缺陷（如：云影、脫膜、斑痕等），在不影響整條航線內(nèi)業(yè)加密選點和模型連接的情況下可不補攝。凡需要補攝時，應整條航線重攝。構(gòu)架航線由于相機脈沖輸出裝置故障引起的時標信號丟失，在一條航線上連續(xù)不超過三張時，不必補攝，當構(gòu)架航線出現(xiàn)GPS攝站丟失時，應整條航線重攝。

2.4 空三加密流程

將整理好的含線元素和時間元素的POS數(shù)據(jù)導入Imagination軟件，自動創(chuàng)建測區(qū)，根據(jù)相機檢校報告設置相機基本參數(shù)、編輯航線創(chuàng)建立體相對、內(nèi)定向、提取連接點、根據(jù)像控點點之記精準觀測每個像控點的點位進行像控點量測、運行GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，查看平差計算結(jié)果生成的各個記錄文件。

這次實驗中，構(gòu)架航線和測圖航線由于航高不一致，且航線存在旋偏，構(gòu)架航線和測圖航線影響同名點匹配較差，連接點提取數(shù)量不夠，存在誤差較大的連接點，需要剔除后手工添加再進行誤匹配探查。所以，在以后的構(gòu)架航線的機載GPS輔助空三加密中，重點要注意架航線與測圖航線之間的連接點分布是否合理，是否每個標準點位都有連接點。

2.5 ?精度分析

本實驗測區(qū)生產(chǎn)1：2000大比例尺地形圖數(shù)據(jù)，按照技術設計要求，空三精度要求如表2所示：

經(jīng)過平差軟件計算，得到空三精度報告如表3。

（1）基本定向點殘差

由表3可見，控制點鐘平面中誤差最大為0.229米，允許誤差0.6米，高程中誤差最大0.239米，允許誤差為0.26米，均滿足規(guī)范要求。

（2）檢查點精度情況

由表4可見，本加密分區(qū)檢查點平面誤差最大值0.464米，允許誤差1.0米。高程最大誤差為0.269，允許誤差為0.4米。均滿足規(guī)范要求。

（3）外業(yè)精度檢測情況

為進一步驗證空三加密成果的精度情況，恢復立體模型，在范圍內(nèi)選取部分地物紋理清晰，特征明顯的位置，采集同名點，進行外業(yè)實測，比較兩者之差。具體外業(yè)檢測點情況分布如表5所示：

外業(yè)采用GPS-RTK采集了22個特征點，最大平面差值為 0.507 米，允許誤差為2.4米，最大高程差值為 0.354 米，允許誤差為 1米，均滿足規(guī)范要求。

3 ?有構(gòu)架航線空三加密過程經(jīng)驗探討

（1）構(gòu)架航線必須一次性進行，不能補飛。測圖航攝航線每條補飛不宜超過2次，否則必須增加像控點。在本次實驗的另一個加密分區(qū)，因有多條補飛航線，只在分區(qū)四角布設一個平高點的方法進行空三加密時，加密的高程精度超出了限差。之后在補飛航線與原航線重疊處，添加部分像控點后才使得平差結(jié)果滿足精度要求，所以在平時的空三加密作業(yè)中要特別注意補飛情況。

（2）區(qū)域網(wǎng)中間的檢查點最好布設在地形變換處和補飛航線與原航線重疊區(qū)域。

（3）注意連接點情況。把一些誤差較大的連接點參與到平差計算，會影響局部區(qū)域的平差精度。在這次實驗中，我們發(fā)現(xiàn)構(gòu)架航線與測圖航線間連接點匹配較差，補飛影像與首次航攝的影像之間連接點匹配較差，植被覆蓋區(qū)域或者紋理不明顯的位置自動提取的連接點誤差較大、大面積水域的情況下缺少連接點。

4 ?總結(jié)

通過檢測數(shù)據(jù)表明，采用Imagination空三加密軟件，有構(gòu)架航線下的情況下采用少量像控布點，利用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差實行空三加密成果完全滿足大比例尺成圖的精度要求，可以減少大量外業(yè)工作量，降低生產(chǎn)成本同時也縮短了工期。在生產(chǎn)中注意補飛以及連接點的情況，可以提高工作效率，在實際生產(chǎn)中有很大意義。隨著無人機航攝的廣泛應用，在不使用地面控制或只通過少量地面控制點，通過增加垂直于基本航線的構(gòu)架航線和GNSS輔助空中三角測量對無人機航攝空三加密提高平差精度和增加區(qū)域網(wǎng)之間的連續(xù)性都將有較大幫助。但目前無人機航攝獲取的影像質(zhì)量不高，具體如何合理布設航線和設置航攝參數(shù)，用較少的工作量得到較高的空三加密成果，需要在以后實際工作中，積累更多的經(jīng)驗。

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