傾斜攝影測量中像控點(diǎn)布設(shè)方案優(yōu)化研究

劉敏敏

（三和數(shù)碼測繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

傾斜攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)測繪新型作業(yè)技術(shù)，其搭載的多鏡頭航攝儀，可以獲取信息更加豐富、分辨率更高的影像，然后利用專業(yè)的攝影測量軟件，生產(chǎn)一系列的測繪產(chǎn)品[1-3]。對于傾斜攝影測量來說，其主要包括兩部分，即外業(yè)和內(nèi)業(yè)[4]。外業(yè)工作主要目的是獲取影像數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)工作主要是進(jìn)行空中三角測量，然后基于空中三角測量成果，進(jìn)行實(shí)景三維模型及其他測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)[5-6]?？罩腥菧y量的精度主要取決于像控點(diǎn)的密度和布設(shè)方案，本文從像控點(diǎn)布設(shè)角度出發(fā)，以實(shí)際項(xiàng)目為例，對多種不同方式布設(shè)的像控點(diǎn)得到的實(shí)景三維模型精度進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：在像控點(diǎn)分布均勻的前提下，隨著像控點(diǎn)數(shù)量的增加，實(shí)景三維模型精度有一定的提升，但是當(dāng)像控點(diǎn)密度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，其精度區(qū)域穩(wěn)定，不會(huì)隨著像控點(diǎn)的數(shù)量增加而提升；在同一方案下得到的實(shí)景三維模型成果，其平面精度普遍略低于高程精度。

1 像控點(diǎn)在空中三角測量中的作用

空中三角測量的解算主要包括特征點(diǎn)檢測、特征點(diǎn)提取、圖像相似度計(jì)算、平差調(diào)整等。正常的作業(yè)流程，是在新建工程后，導(dǎo)入POS 和影像文件，然后完善相機(jī)參數(shù)，再進(jìn)行自由網(wǎng)解算，這樣得到的成果坐標(biāo)系，主要取決于所使用的POS 數(shù)據(jù)，成果相對精度較高，但是絕對精度很低，無法滿足測繪工作對產(chǎn)品精度的需求[7-9]。為了提升空三成果的絕對精度，則需要引入像控點(diǎn)，通過像控點(diǎn)的約束平差，可以得到絕對精度符合要求的空三成果，即將POS 坐標(biāo)系下的成果，通過像控點(diǎn)平差調(diào)整的方式，轉(zhuǎn)到像控點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)系下。其作用就是得到精度可以符合項(xiàng)目要求的空三加密成果?？罩腥菧y量的流程如圖1 所示。

圖1 空中三角測量解算流程

2 不同像控點(diǎn)布設(shè)方案

傳統(tǒng)的垂直攝影測量，在布設(shè)像控點(diǎn)的時(shí)候，主要考慮的因素有像控點(diǎn)之間的距離和像控點(diǎn)的點(diǎn)位重疊度，即通常說的不能低于6 度重疊，測區(qū)邊緣像控點(diǎn)的點(diǎn)位不能低于3 度重疊。在傾斜攝影測量中，由于其航攝的重疊度要求在80%左右，加上航攝影多，獲取的影像數(shù)量多，這樣就不存在像控點(diǎn)點(diǎn)位重疊度不夠的問題，因此布設(shè)方案存在多樣性。加上目前定位技術(shù)先進(jìn)，尤其是實(shí)時(shí)差分和后差分技術(shù)，可以快速解算得到厘米級精度的POS 數(shù)據(jù)，在空三解算精度不變的情況下，可以在一定程度上有效減少像控點(diǎn)數(shù)量，使得像控點(diǎn)布設(shè)方式更加靈活。針對傾斜攝影像控點(diǎn)布設(shè)方案的多樣性，本文提出以下幾種布點(diǎn)方案（圖2）：

圖2

方案a 按照1000 米距離一個(gè)平高控制點(diǎn)的方式，在任務(wù)區(qū)四角各布設(shè)一個(gè)像控點(diǎn)；

方案b 在方案a 的基礎(chǔ)上，在中心點(diǎn)上增加布設(shè)一個(gè)平高控制點(diǎn)；

方案c 在方案b 的基礎(chǔ)上，在四邊連線中心點(diǎn)上各增加布設(shè)一個(gè)平高控制點(diǎn)，其彼此之間的距離為500 米；

方案d 在方案c 的基礎(chǔ)上，增加平高控制點(diǎn)的密度，使其每個(gè)平高控制點(diǎn)之間的距離為250 米。

3 精度驗(yàn)證分析

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于我公司承接的農(nóng)村房地一體登記確權(quán)項(xiàng)目，即通過外業(yè)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)進(jìn)行實(shí)景三維模型的重建，然后基于模型成果進(jìn)行地籍圖的采集。測區(qū)地勢較為平坦，房屋分布較為密集。在作業(yè)時(shí)，按照1.5cm 的分辨率進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的獲取，航向、旁向重疊度均設(shè)置為80%。在進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，選擇上海瞰景科技的Smart3D 軟件，該軟件算法先進(jìn)，得到的空三成果精度可靠，且其生產(chǎn)的模型精細(xì)度良好，得到的模型質(zhì)量高。

為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集前，先按照上面的布點(diǎn)方案，在實(shí)地用紅色油漆進(jìn)行像控點(diǎn)靶標(biāo)的噴涂，并利用GPS-RTK 采集實(shí)地三維坐標(biāo)值。在采集的過程中，為了減小采集帶來的誤差，每個(gè)點(diǎn)均平滑采集3 次，并且采集時(shí)其狀態(tài)都是固定解。在按照上述方案采集完像控點(diǎn)后，并均勻隨機(jī)采集25 個(gè)平高檢查點(diǎn)，用來對后期模型的精度進(jìn)行檢測。

在相同的環(huán)境下，在一臺(tái)電腦上新建工程，然后加載影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù)，完善相機(jī)參數(shù)，然后提交空中三角測量解算任務(wù)。開啟引擎，完成空中三角測量的解算，查看平差報(bào)告，加密點(diǎn)重投影中誤差為0.548 個(gè)像素，三維誤差為0.034 米，精度良好。在完成自由網(wǎng)空三解算后，對其成果進(jìn)行復(fù)制克隆，以便完成四種方案的對比測試。在相同的環(huán)境下對四組數(shù)據(jù)進(jìn)行分別刺點(diǎn)，設(shè)置同樣的參數(shù)，然后提交平差任務(wù)。待平差完成后，對四種方案數(shù)據(jù)像控點(diǎn)平差精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同密度下的像控點(diǎn)平差精度統(tǒng)計(jì)表

通過表1 可以看出，四種方案最終的像控點(diǎn)平差精度均符合相關(guān)規(guī)范要求，且高程誤差普遍小于水平誤差，其空三加密成果是合格的，可以用于后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

按照相同的設(shè)置，對四種方案數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型重建。模型重建完成后，將實(shí)景三維模型導(dǎo)入EPS 軟件中，加載25 個(gè)平高檢測點(diǎn)，通過人機(jī)交互的方式對四種方案得到的模型精度進(jìn)行檢測，按照平面誤差和高程誤差統(tǒng)計(jì)其精度（單位為米），可以得到圖3 和圖4 的精度折點(diǎn)圖。

圖3 平面誤差精度折點(diǎn)圖

圖4 高程誤差精度折點(diǎn)圖

通過對圖3 和圖4 的4 種方案進(jìn)行對比，可以得出如下結(jié)論：

（1）方案a 得到的模型精度，其平面誤差和高程誤差在4 種方案中都是最大的，其次是方案b 的精度，方案c和方案d 在平面和高程上，其在平面和高程上，誤差基本上一致。

（2）隨著平高控制點(diǎn)數(shù)量的增加，即像控點(diǎn)密度的增大，實(shí)景三維模型精度在平面和高程上均有提升。但當(dāng)密度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，其精度不再隨著像控點(diǎn)密度的增大而提高，而是趨于穩(wěn)定。

（3）方案c 和方案d 的精度基本上一致，表明像控點(diǎn)之間的間距在500 米時(shí)，其精度不再隨著像控點(diǎn)間距的縮短而提高，因此在同類型數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)，按照500 米的間距采集像控點(diǎn)，精度就可以達(dá)到最優(yōu)。

（4）同一方案中，模型的平面精度普遍比高程精度低。

4 結(jié)論

傾斜攝影測量是一項(xiàng)新型測繪技術(shù)，本文通過布設(shè)不同密度的像控點(diǎn)，從多方面對像控點(diǎn)的布設(shè)對后期模型成果精度的影響進(jìn)行了分析。通過對比分析可知，在傾斜攝影測量中，像控點(diǎn)數(shù)量增多，會(huì)使得后期的實(shí)景三維模型精度提升，但是當(dāng)數(shù)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，其精度不再隨著像控點(diǎn)數(shù)量的增加而提高，因此在實(shí)際作業(yè)中，像控點(diǎn)數(shù)量合適就可以，并不是像控點(diǎn)的數(shù)量的多少代表成果精度的高低。對于同一方案下得到的實(shí)景三維模型，模型的平面精度普遍略低于高程精度。