SWDC數(shù)碼相機在大比例尺成圖中的應用研究

王雅萍，王慶林

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明650093;2.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作454000)

SWDC數(shù)碼相機在大比例尺成圖中的應用研究

王雅萍1，2，王慶林2

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明650093;2.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作454000)

以河南省焦作市城區(qū)1∶1 000地籍圖測繪為例，以SWCD數(shù)碼航空影像為數(shù)據(jù)源，基于JX-4C DPS全數(shù)字攝影測量工作站，探討并總結大比例尺數(shù)碼航空測圖的方法與技術流程。試驗結果表明，該方法符合國家地籍測量的規(guī)范要求。

SWDC相機;JX-4C DPS;大比例尺測圖

一、引 言

數(shù)字攝影測量具有成本低、成圖周期短、精度高、產品多樣化等優(yōu)勢，已成為生產大比例尺4D產品的主要方法和手段。目前，用于大比例尺成圖的數(shù)碼相機主要為進口產品，如Z/I公司的DMC、奧地利的UCD等，這類相機由于像元角小、基高比小、高程精度低，因此無法滿足1∶2000以上大比例尺測圖對高程精度的要求。2007年，劉先林院士與河南理工大學合作研制的、具有自主創(chuàng)新知識產權的SWDC系列數(shù)碼航攝儀正式推向市場，該產品鏡頭可更換(三組)，幅面大、視場角大、基高比大、高程精度高(達1/10000);能實現(xiàn)空中攝影自動定點曝光，通過精密GPS輔助空中三角測量(簡稱空三)飛行中不使用IMU就可以達到很高的精度，大大減少了外業(yè)工作量。本文基于SWDC-2型數(shù)碼航空影像和JX-4C DPS全數(shù)字攝影測量工作站，進行了大比例尺航攝成圖方法及技術流程的探討，并對成果進行了精度評定。

二、工作流程及關鍵技術

1.測區(qū)概況及任務

焦作市位于河南省西北部，太行山南麓，區(qū)內地勢北高南低，地形變化較大。本次測圖是為全國第二次城鎮(zhèn)地籍更新調查提供110 km2范圍的1∶1 000和1∶500的工作底圖，以及301 km2面積的彩色DOM。航空攝影采用蜜蜂-3超輕型飛機搭載SWDC-2型數(shù)碼航攝儀實施，并利用了PPP精密單點定位技術。設計航高為480 m，地面分辨率為13～18 cm;像幅大小為5 440像素×8 000像素，像素尺寸為9 μm。

航線沿東西向布設，航向與旁向重疊度為60%～65%和30%～40%，攝影比例尺為1∶13 700。共布設了4條航線，每條航線24張像片，測區(qū)內布設有加密地標點與空三控制地標點共77個。實際空三布設與航線設計如圖1所示。

圖1 試驗區(qū)空三點位與航線設計圖

2.工作流程

采用基于GPS輔助空三測量的作業(yè)方案，工作流程包括外業(yè)和內業(yè)兩個步驟。

內業(yè)工作流程：①導入野外像控點成果，同時配合數(shù)碼影像文件，基于PBBA自動空中三角測量系統(tǒng)，利用光束法平差完成空三加密(如圖2所示);②將空三加密成果導入JX-4C全數(shù)字攝影測量工作站，生成數(shù)字線化圖(DLG)和數(shù)字正射影像圖(DOM)(如圖3所示)。

圖2 空三加密過程

圖3 基于JX-4C制作3D產品流程圖

外業(yè)工作流程：先采用外業(yè)像片控制，再依據(jù)內業(yè)描繪的線化圖進行實地外業(yè)調繪。

3.SWDC相機的檢校

SWDC屬非量測相機，必須首先進行相機檢校以獲得影像內方位元素和各項畸變改正參數(shù)。相機檢校采用基于空間后方交會的數(shù)學模型，以像點坐標作為觀測值，顧及改正項的共線方程式為

誤差方程式為

式(2)中，XN、XW表示影像的內方位元素和外方位元素;XF表示一些附加參數(shù)，主要是光學畸變改正數(shù)。

數(shù)碼相機檢校的數(shù)學模型解算采用了墨爾本大學的Australis軟件，像點定位和檢校數(shù)學解算都由該軟件完成。利用檢校所得的各項參數(shù)對原始數(shù)字影像進行重采樣，后經二次檢校所獲取的各項參數(shù)值為零或在小值范圍內時，恢復影像光束的正確形狀?；兏恼嬎愎饺缦?/p>

4.GPS輔助空三測量

利用機載GPS接收機與地面基準站的GPS接收機同時、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS信號，通過相對定位技術的離線數(shù)據(jù)處理可獲得攝影中心相對于地面坐標系的三維坐標，并將其作為輔助數(shù)據(jù)用于區(qū)域網聯(lián)合平差。該技術可大幅度減少野外控制點，降低測圖成本、加快成圖速度。GPS輔助空三解算軟件是采用JX-PBBA自動空三測量軟件處理系統(tǒng)在JX-4C DPS上完成的。

三、成圖精度評定

1.空三精度分析

選取測區(qū)四周4個地面控制點作為定向點，權設為10，其余為檢查點;GPS動態(tài)定位內插的攝站點平面坐標權為5，高程權為1。定向點4個，檢查點24個，用光束法進行嚴密平差得出用GPS輔助空三測量的平差精度，如表1所示。

表1 4個控制點光束法平差精度統(tǒng)計 m

由表1可以看出，加密結果完全能夠滿足測制1∶1 000地形圖和正射影像圖的規(guī)范要求。

2.碎部點精度分析

內業(yè)工作結束之后對成果質量進行了抽查，在每個行政區(qū)隨機抽取兩幅圖，利用GPS或全站儀到野外實測，驗證結果如表2所示。

從表2計算可得出，平面點位中誤差 mP=，任意兩點間的距離中誤差為mD=■2mP=±0.164 m。

按照《河南省城鎮(zhèn)地籍更新調查成果檢查驗收辦法》和《地籍測量規(guī)范》的要求，根據(jù)實地抽查結果表明，采用SWDC數(shù)碼相機進行大比例尺航攝成圖的精度，完全能滿足地籍測量的精度要求(見表3)。

表2 實地驗證結果m

表3 地籍圖平面位置精度指標 m

四、結 論

首次采用SWDC-2型數(shù)碼相機在焦作市進行大比例尺航測成圖，得出以下結論：

1)輕型飛機可進行低空飛行，航高是國外航空數(shù)碼相機的1/3～1/2，因此可以在云下和輕霧氣象條件下進行拍攝。SWDC-2型數(shù)碼航攝儀拍攝的影像清晰，機角分辨率大，能完全滿足測制1∶1 000大比例尺地籍調查更新工作底圖的要求，測繪成果可靠。

2)大比例尺航測成圖的工序流程最好采用先外業(yè)像片控制，再利用內業(yè)描繪的線劃圖到實地進行調繪，最后進行內業(yè)清繪，以保證成圖質量。

3)采用GPS輔助空三測量技術將攝站點坐標參與到空三加密的平差解算中，可提高加密點的高程精度和擴大加密區(qū)域的作業(yè)面積，從而可提高空三加密的作業(yè)效率，大大減少野外工作。

致謝：本文在寫作過程中得到了河南理工大學礦山空間信息技術國家測繪局重點實驗室盧小平副主任的無私幫助，特此致謝。

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On Application of Digital Camera SWDC to Large-scale Mapping

WANG Yaping，WANG Qinglin

0494-0911(2010)11-0033-03

P231.5

B

2010-03-23

王雅萍(1986—)，女，河南焦作人，碩士生，主要研究方向為GIS與遙感應用。