UCE數(shù)碼航空影像像控點(diǎn)布設(shè)方案研究

董正國

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

隨著數(shù)碼航空航攝技術(shù)的逐漸成熟，數(shù)碼航空攝影正在被越來越多的測繪生產(chǎn)單位所使用[1]。由于數(shù)碼航空影像的像幅比傳統(tǒng)膠片影像窄，因此對相同測區(qū)進(jìn)行覆蓋所需的數(shù)碼影像數(shù)量將大幅增加，空三測區(qū)所需布設(shè)的外業(yè)控制點(diǎn)數(shù)量也就越多[2]。雖然針對數(shù)碼航空影像控制點(diǎn)布設(shè)方案已有大量的研究成果，但尚未形成一種通用的公式，還有一些值得探討的地方[3]。根據(jù)CH/T 3006-2011《數(shù)字航空攝影測量 控制測量規(guī)范》對IMU與GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差布點(diǎn)的要求，區(qū)域網(wǎng)采用四角布點(diǎn)法，區(qū)域網(wǎng)的大?。ê骄€數(shù)和像對數(shù)）以及像控點(diǎn)航向和旁向間距可適當(dāng)放寬，具體要求應(yīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)成圖精度后，在技術(shù)設(shè)計(jì)書中明確。鑒于此，本文結(jié)合廣東省高分辨率航空影像數(shù)據(jù)建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)的需要，以1∶2 000 DOM制作為例，利用UCE航空影像輔助POS數(shù)據(jù)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，以航向跨度不超過20 條基線（困難地區(qū)放寬至30 條基線）、旁向跨度不超過4 條航線（困難地區(qū)放寬至6 條航線）為原則布設(shè)外業(yè)像控點(diǎn)，既能滿足成圖精度要求，又能最大限度地減少像控點(diǎn)數(shù)量，并在實(shí)際項(xiàng)目開展中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 UCE數(shù)碼航空相機(jī)簡介

UCE數(shù)碼航空相機(jī)是Microsoft Vexcel公司推出的一款超大幅面數(shù)碼航攝儀，延用了UltraCam系列航攝儀的多面陣CCD成像、多鏡頭同地點(diǎn)延時(shí)曝光技術(shù)，能將單個(gè)影像“縫合”成大面陣數(shù)字中心投影影像[4]。2011年4月28日在奧地利Neunkirchen首飛成功，同年6月微軟公司將UCE數(shù)碼航空相機(jī)推向市場[5]。UCE數(shù)碼航空相機(jī)帶來了數(shù)字?jǐn)z影測量相機(jī)系統(tǒng)的新發(fā)展，將傳感器單元、存儲(chǔ)單元、控制單元和慣性測量單元等組件高度集成在一起，能提供20 010像素×13 080像素的超寬幅面，單個(gè)固態(tài)影像存儲(chǔ)系統(tǒng)可存儲(chǔ)超過3 800張影像；具有可更換的兩種焦距（80 mm/210 mm）的鏡頭系統(tǒng)，用戶可自己更換鏡頭，無需實(shí)驗(yàn)室檢校，既能完成低空工程應(yīng)用項(xiàng)目，又能完成高空正射攝影項(xiàng)目；在80%航向重疊度的條件下，能以268節(jié)（496 km/h）的速度進(jìn)行0.1 m地面分辨率的航空攝影任務(wù)；系統(tǒng)整體重量小于75 kg，最大功耗為350 W。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樘綄ひ环N所需像控點(diǎn)盡量少的像控布設(shè)方案，服務(wù)于廣東省高分辨率航空影像數(shù)據(jù)建設(shè)項(xiàng)目。

2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)資料

影像數(shù)據(jù)采用UltraCam Eagle相機(jī)、Applanix POS Track 510 輔助航空攝影，影像地面分辨率優(yōu)于0.20 m，航向重疊度為60%～70%、旁向重疊度為30%～40%。IMU/GPS提供的外方位元素經(jīng)過檢校，并歸算至2000國家大地坐標(biāo)系、1985 國家高程基準(zhǔn)，線元素平面位置中誤差小于1.0 m、高程中誤差小于0.8 m，角元素側(cè)滾角、俯仰角、航偏角中誤差小于0.03°。

實(shí)驗(yàn)區(qū)域網(wǎng)由8條航線、475張航片組成，地形以丘陵地、山地為主。按照航向跨度10條基線、旁向跨度兩條航線的方案布設(shè)像控點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際地形地貌情況，共布設(shè)基本定向點(diǎn)53個(gè)、檢查點(diǎn)30個(gè)，具體分布如圖1所示。

圖1 像控點(diǎn)與像主點(diǎn)分布圖

2.3 驗(yàn)證方法

為保證驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，通過調(diào)整基線跨度、航線跨度的方式檢驗(yàn)空三加密和成圖精度，即基于同一套空三加密數(shù)據(jù)在調(diào)整航向基線跨度、旁向航線跨度的情況下，按照丘陵地的要求，采用Trimble公司的Inpho5.7進(jìn)行空中加密，采用武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院的DPGrid-Ortho進(jìn)行DOM制作，并比較空三加密精度和最終成圖精度。驗(yàn)證時(shí)定向像控點(diǎn)航向跨度分別設(shè)置為10條、20 條、30 條和60 條基線，旁向跨度分別設(shè)置為2條、4 條、6條和8 條航線，共設(shè)計(jì)4種實(shí)驗(yàn)方案。各方案的航向基線跨度、旁向航線跨度、定向控制點(diǎn)、空三加密檢查點(diǎn)和成圖精度檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量如表1所示。

表1 各種實(shí)驗(yàn)方案基本情況

2.4 精度要求

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果對于平地和丘陵地的適應(yīng)性，1∶2 000比例尺的空三加密和DOM精度均按照平地、丘陵地位置精度要求執(zhí)行。具體精度要求為[6-7]；①定向點(diǎn)殘差最大限值Δ1，平面為0.6 m，高程為0.26 m；②檢查點(diǎn)誤差限值Δ2，平面為1.0 m；高程為0.4 m；③成圖精度檢驗(yàn)點(diǎn)的平面中誤差δ為0.6 m。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 空三加密精度

本文分別統(tǒng)計(jì)4種實(shí)驗(yàn)方案平差計(jì)算的空三加密成果的定向點(diǎn)精度，并利用多余檢查點(diǎn)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，結(jié)果如表2、3所示，可以看出，①A、B、C方案滿足定向點(diǎn)精度要求，A、B方案滿足檢查點(diǎn)精度要求，因此只有A、B方案滿足空三加密精度要求；②隨著航向基線跨度和旁向航線跨度的逐漸加大，定向點(diǎn)和檢查點(diǎn)的平面、高程精度均逐漸降低；③由誤差分布可知，隨著定向點(diǎn)數(shù)量的減少，整個(gè)區(qū)域網(wǎng)的穩(wěn)定性逐漸降低。

表2 定向點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

表3 檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

3.2 DOM精度統(tǒng)計(jì)

本文利用外業(yè)實(shí)測多余的像控點(diǎn)對4種實(shí)驗(yàn)方案制作的DOM進(jìn)行精度檢驗(yàn)，精度統(tǒng)計(jì)如表4所示。考慮檢查點(diǎn)之間的差異性，本文利用30個(gè)公共檢查點(diǎn)對不同實(shí)驗(yàn)方案的DOM精度進(jìn)行檢測，精度統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 DOM公共檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

由表4、5可知，①4種實(shí)驗(yàn)方案均滿足DOM精度要求，且兩種檢測方法對不同實(shí)驗(yàn)方案的差異基本一致；②隨著航向基線跨度和旁向航線跨度的逐漸加大，DOM成果精度逐漸降低。

表4 DOM精度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 語

通過對4種實(shí)驗(yàn)方案的空三加密精度和DOM精度進(jìn)行對比分析可知，基于數(shù)碼航空影像的像控點(diǎn)布設(shè)沒有嚴(yán)格的規(guī)范要求，除與地形因素、成果比例尺有關(guān)外，與所采用的航空相機(jī)類型關(guān)系也較大。1∶2 000 UCE數(shù)碼航空攝影可采用航線跨度20條基線、旁向跨度4條航線的區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案，在困難地區(qū)航線跨度可放寬至30條基線、旁向跨度可放寬至6條航線，并在區(qū)域網(wǎng)中間適當(dāng)測設(shè)檢查點(diǎn)用于精度檢測。如果空三加密只是用來生產(chǎn)DOM成果，則相應(yīng)的航線跨度和旁向跨度在方案B的基礎(chǔ)上還可以繼續(xù)加大，但具體布設(shè)方案應(yīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)后執(zhí)行。