基于機載定向系統(tǒng)的空三數(shù)據(jù)處理技術(shù)及精度評價研究

羅新++楊成++袁榮

摘 要：本文對傳統(tǒng)攝影測量到新數(shù)字時代下技術(shù)更新?lián)Q代對比總結(jié)，通過基于新型傳感器下的空三加密研究及其精度分析，討論了POS數(shù)據(jù)輔助下Inpho軟件的空三加密基本流程，并展開多組生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比試驗，發(fā)現(xiàn)POS數(shù)據(jù)輔助下新攝影測量系統(tǒng)下，在減少了外控點數(shù)量的同時，誤差變化平穩(wěn)，仍能保持很高的精度，說明均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量，從而縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：攝影測量 空中三角測量 POS 誤差

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0037-02

1 全自動空中三角測量

數(shù)字攝影測量生產(chǎn)作業(yè)中，空中三角測量（簡稱空三加密）是關(guān)鍵工序之一，影響著是航測產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率。空三加密是確定整個測區(qū)的定位和定姿，從而獲得測區(qū)內(nèi)任意點的絕對坐標，依據(jù)提供的定向控制點和像片定向參數(shù)，確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素，從而求出該點所對應(yīng)的物方空間三維坐標。如果將影像點坐標觀測值與地面控制點坐標一道進行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的解析空中三角測量方法；如果將該觀測值與GPS/POS數(shù)據(jù)（必要時可加入少量的地面控制點）一并進行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，即形成了GPS/POS輔助空中三角測量。

自動空中三角測量作業(yè)過程，對于模型連接點，利用多像影像匹配算法可高效、準確、自動地量測其影像坐標，完全取代了常規(guī)航空攝影測量中由人工逐點量測像點坐標的作業(yè)模式。對于區(qū)域網(wǎng)中的地面控制點，目前還缺乏行之有效的算法來自動定位其影像，只能將數(shù)字攝影測量工作站當(dāng)作光機坐標量測儀由作業(yè)員手工量測。從攝影測量軟件角度講，當(dāng)前的自動空中三角測量，已是高效率、自動化程度很高的工序之一，如果能利用上GPS/POS數(shù)據(jù)，進行GPS/POS輔助空中三角測量，則其效率可望進一步提高，在有些情況下，即可實現(xiàn)全自動化空中三角測量。對GPS/POS輔助空中三角測量而言，若要進行高精度點位測定，至少在區(qū)域網(wǎng)的四角需要量測4個地面控制點；如果是進行高山區(qū)中小比例尺的航空攝影測量測圖，則可考慮采用無地面控制的空中三角測量方法，此時可完全用GPS/POS攝站坐標取代地面控制點，實現(xiàn)真正意義上的全自動空中三角測量。

2 POS

所謂機載定位定向系統(tǒng)POS（Position and Orientation System）是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的直接測定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于在無地面控制或僅有少量地面控制點情況下的航空遙感對地定位和影像獲取。該技術(shù)的引進，使得生產(chǎn)工藝中數(shù)據(jù)獲取和處理也隨之發(fā)生改變。而工程生產(chǎn)中空三軟件效率的高低直接影響著項目進度。

3 POS數(shù)據(jù)輔助下的空三處理（見圖1）

更新?lián)Q代之際，我單位生產(chǎn)也處于過渡，在實際工作中常常會出現(xiàn)傳統(tǒng)的膠卷式影像和數(shù)碼影像同時作業(yè)的情況。那么引入POS數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)工藝相比，空三加密流程工藝以及精度都會有哪些變化和影像呢，這里我們可對Inpho軟件和傳統(tǒng)HELAVA數(shù)字攝影測量工作站做數(shù)據(jù)處理實驗，比較專門處理數(shù)碼影像的空三加密軟件和傳統(tǒng)的空三加密軟件處理數(shù)碼影像之間是否通用性，探討下其對空三加密精度的影響，以及Inpho軟件的在新工藝下的優(yōu)缺點。

4 數(shù)據(jù)實驗及其精度分析

本次試驗選用工程中某段外控點比較密集的地區(qū)，位于東經(jīng)117°15′～119°20′，北緯34°10′～34°50′，地勢平坦。采用2000國家大地坐標系為平面坐標系，1985國家高程基準為高程系統(tǒng)。所收集測區(qū)成果資料，平面點為國家四等（GPS點為C級）及以上點，高程點為國家四等及以上水準點。航攝資料為收集的DMC2001數(shù)碼相機拍攝的像片，焦距f=120 mm的鏡頭，攝影比例尺約1：20000左右，航向南北飛行，航向重疊為60%～65%，像元尺寸為12微米，影像尺寸為14000×8000，地面分辨率GSD為0.24 m，像幅大小為96×168 mm。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下要求外控點足夠多且分布均勻，如圖2、圖3所示。該實驗區(qū)內(nèi)可獲得均勻分布的20個外控點。我們可在兩個軟件下，考察20個外控點全控制下，以及均勻抽取僅邊界6個控制點控制下（其他控制點作為檢查點）得到的檢查點和加密點精度變化。

實驗結(jié)果分析表（見表1～表3）。

從表1可以看出，20個外控點全控制下，HELAVA和Inpho兩個系統(tǒng)處理得到的加密點的平面、高程的相對誤差都在0.26以內(nèi)，對于制作1∶2000地形圖而言精度都已足夠。也即說明在外控點足夠多情況下，各軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定的，精度可靠。當(dāng)控制點相對較少時，參考表2、表3，HELAVA系統(tǒng)誤差值較前面控制點比價多的情況下變化比較大，而導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)的Inpho系統(tǒng)下誤差變化較平穩(wěn)，仍能保持很高的精度。

同時，對該實驗區(qū)控制點數(shù)據(jù)，尤其是區(qū)域邊界控制點數(shù)據(jù)做平、高的選擇實驗，發(fā)現(xiàn)，平、高點的控制精度高于全控制點的精度，也即說明，多增加外業(yè)控制點并不能提高整個區(qū)域的加密精度。

5 結(jié)論

很明顯，隨著外業(yè)控制點的減少，Inpho系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯強于HELAVA系統(tǒng)。這些結(jié)果也說明，外業(yè)控制點的分布對兩個系統(tǒng)的影響是相同的，均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量。同時在實際工作中，應(yīng)該讓有限的外業(yè)控制點盡可能均勻分布于整個測區(qū)，這樣有助于提高測區(qū)成果精度。

參考文獻

[1] 張祖勛.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，1997.

[2] 劉江瑜.基于新型傳感器的空三加密研究及精度分析[D].武漢：武漢大學(xué)， 2012.endprint

摘 要：本文對傳統(tǒng)攝影測量到新數(shù)字時代下技術(shù)更新?lián)Q代對比總結(jié)，通過基于新型傳感器下的空三加密研究及其精度分析，討論了POS數(shù)據(jù)輔助下Inpho軟件的空三加密基本流程，并展開多組生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比試驗，發(fā)現(xiàn)POS數(shù)據(jù)輔助下新攝影測量系統(tǒng)下，在減少了外控點數(shù)量的同時，誤差變化平穩(wěn)，仍能保持很高的精度，說明均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量，從而縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：攝影測量 空中三角測量 POS 誤差

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0037-02

1 全自動空中三角測量

數(shù)字攝影測量生產(chǎn)作業(yè)中，空中三角測量（簡稱空三加密）是關(guān)鍵工序之一，影響著是航測產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率。空三加密是確定整個測區(qū)的定位和定姿，從而獲得測區(qū)內(nèi)任意點的絕對坐標，依據(jù)提供的定向控制點和像片定向參數(shù)，確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素，從而求出該點所對應(yīng)的物方空間三維坐標。如果將影像點坐標觀測值與地面控制點坐標一道進行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的解析空中三角測量方法；如果將該觀測值與GPS/POS數(shù)據(jù)（必要時可加入少量的地面控制點）一并進行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，即形成了GPS/POS輔助空中三角測量。

自動空中三角測量作業(yè)過程，對于模型連接點，利用多像影像匹配算法可高效、準確、自動地量測其影像坐標，完全取代了常規(guī)航空攝影測量中由人工逐點量測像點坐標的作業(yè)模式。對于區(qū)域網(wǎng)中的地面控制點，目前還缺乏行之有效的算法來自動定位其影像，只能將數(shù)字攝影測量工作站當(dāng)作光機坐標量測儀由作業(yè)員手工量測。從攝影測量軟件角度講，當(dāng)前的自動空中三角測量，已是高效率、自動化程度很高的工序之一，如果能利用上GPS/POS數(shù)據(jù)，進行GPS/POS輔助空中三角測量，則其效率可望進一步提高，在有些情況下，即可實現(xiàn)全自動化空中三角測量。對GPS/POS輔助空中三角測量而言，若要進行高精度點位測定，至少在區(qū)域網(wǎng)的四角需要量測4個地面控制點；如果是進行高山區(qū)中小比例尺的航空攝影測量測圖，則可考慮采用無地面控制的空中三角測量方法，此時可完全用GPS/POS攝站坐標取代地面控制點，實現(xiàn)真正意義上的全自動空中三角測量。

2 POS

所謂機載定位定向系統(tǒng)POS（Position and Orientation System）是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的直接測定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于在無地面控制或僅有少量地面控制點情況下的航空遙感對地定位和影像獲取。該技術(shù)的引進，使得生產(chǎn)工藝中數(shù)據(jù)獲取和處理也隨之發(fā)生改變。而工程生產(chǎn)中空三軟件效率的高低直接影響著項目進度。

3 POS數(shù)據(jù)輔助下的空三處理（見圖1）

更新?lián)Q代之際，我單位生產(chǎn)也處于過渡，在實際工作中常常會出現(xiàn)傳統(tǒng)的膠卷式影像和數(shù)碼影像同時作業(yè)的情況。那么引入POS數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)工藝相比，空三加密流程工藝以及精度都會有哪些變化和影像呢，這里我們可對Inpho軟件和傳統(tǒng)HELAVA數(shù)字攝影測量工作站做數(shù)據(jù)處理實驗，比較專門處理數(shù)碼影像的空三加密軟件和傳統(tǒng)的空三加密軟件處理數(shù)碼影像之間是否通用性，探討下其對空三加密精度的影響，以及Inpho軟件的在新工藝下的優(yōu)缺點。

4 數(shù)據(jù)實驗及其精度分析

本次試驗選用工程中某段外控點比較密集的地區(qū)，位于東經(jīng)117°15′～119°20′，北緯34°10′～34°50′，地勢平坦。采用2000國家大地坐標系為平面坐標系，1985國家高程基準為高程系統(tǒng)。所收集測區(qū)成果資料，平面點為國家四等（GPS點為C級）及以上點，高程點為國家四等及以上水準點。航攝資料為收集的DMC2001數(shù)碼相機拍攝的像片，焦距f=120 mm的鏡頭，攝影比例尺約1：20000左右，航向南北飛行，航向重疊為60%～65%，像元尺寸為12微米，影像尺寸為14000×8000，地面分辨率GSD為0.24 m，像幅大小為96×168 mm。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下要求外控點足夠多且分布均勻，如圖2、圖3所示。該實驗區(qū)內(nèi)可獲得均勻分布的20個外控點。我們可在兩個軟件下，考察20個外控點全控制下，以及均勻抽取僅邊界6個控制點控制下（其他控制點作為檢查點）得到的檢查點和加密點精度變化。

實驗結(jié)果分析表（見表1～表3）。

從表1可以看出，20個外控點全控制下，HELAVA和Inpho兩個系統(tǒng)處理得到的加密點的平面、高程的相對誤差都在0.26以內(nèi)，對于制作1∶2000地形圖而言精度都已足夠。也即說明在外控點足夠多情況下，各軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定的，精度可靠。當(dāng)控制點相對較少時，參考表2、表3，HELAVA系統(tǒng)誤差值較前面控制點比價多的情況下變化比較大，而導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)的Inpho系統(tǒng)下誤差變化較平穩(wěn)，仍能保持很高的精度。

同時，對該實驗區(qū)控制點數(shù)據(jù)，尤其是區(qū)域邊界控制點數(shù)據(jù)做平、高的選擇實驗，發(fā)現(xiàn)，平、高點的控制精度高于全控制點的精度，也即說明，多增加外業(yè)控制點并不能提高整個區(qū)域的加密精度。

5 結(jié)論

很明顯，隨著外業(yè)控制點的減少，Inpho系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯強于HELAVA系統(tǒng)。這些結(jié)果也說明，外業(yè)控制點的分布對兩個系統(tǒng)的影響是相同的，均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量。同時在實際工作中，應(yīng)該讓有限的外業(yè)控制點盡可能均勻分布于整個測區(qū)，這樣有助于提高測區(qū)成果精度。

參考文獻

[1] 張祖勛.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，1997.

[2] 劉江瑜.基于新型傳感器的空三加密研究及精度分析[D].武漢：武漢大學(xué)， 2012.endprint

摘 要：本文對傳統(tǒng)攝影測量到新數(shù)字時代下技術(shù)更新?lián)Q代對比總結(jié)，通過基于新型傳感器下的空三加密研究及其精度分析，討論了POS數(shù)據(jù)輔助下Inpho軟件的空三加密基本流程，并展開多組生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比試驗，發(fā)現(xiàn)POS數(shù)據(jù)輔助下新攝影測量系統(tǒng)下，在減少了外控點數(shù)量的同時，誤差變化平穩(wěn)，仍能保持很高的精度，說明均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量，從而縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：攝影測量 空中三角測量 POS 誤差

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0037-02

1 全自動空中三角測量

數(shù)字攝影測量生產(chǎn)作業(yè)中，空中三角測量（簡稱空三加密）是關(guān)鍵工序之一，影響著是航測產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率。空三加密是確定整個測區(qū)的定位和定姿，從而獲得測區(qū)內(nèi)任意點的絕對坐標，依據(jù)提供的定向控制點和像片定向參數(shù)，確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素，從而求出該點所對應(yīng)的物方空間三維坐標。如果將影像點坐標觀測值與地面控制點坐標一道進行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的解析空中三角測量方法；如果將該觀測值與GPS/POS數(shù)據(jù)（必要時可加入少量的地面控制點）一并進行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，即形成了GPS/POS輔助空中三角測量。

自動空中三角測量作業(yè)過程，對于模型連接點，利用多像影像匹配算法可高效、準確、自動地量測其影像坐標，完全取代了常規(guī)航空攝影測量中由人工逐點量測像點坐標的作業(yè)模式。對于區(qū)域網(wǎng)中的地面控制點，目前還缺乏行之有效的算法來自動定位其影像，只能將數(shù)字攝影測量工作站當(dāng)作光機坐標量測儀由作業(yè)員手工量測。從攝影測量軟件角度講，當(dāng)前的自動空中三角測量，已是高效率、自動化程度很高的工序之一，如果能利用上GPS/POS數(shù)據(jù)，進行GPS/POS輔助空中三角測量，則其效率可望進一步提高，在有些情況下，即可實現(xiàn)全自動化空中三角測量。對GPS/POS輔助空中三角測量而言，若要進行高精度點位測定，至少在區(qū)域網(wǎng)的四角需要量測4個地面控制點；如果是進行高山區(qū)中小比例尺的航空攝影測量測圖，則可考慮采用無地面控制的空中三角測量方法，此時可完全用GPS/POS攝站坐標取代地面控制點，實現(xiàn)真正意義上的全自動空中三角測量。

2 POS

所謂機載定位定向系統(tǒng)POS（Position and Orientation System）是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的直接測定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于在無地面控制或僅有少量地面控制點情況下的航空遙感對地定位和影像獲取。該技術(shù)的引進，使得生產(chǎn)工藝中數(shù)據(jù)獲取和處理也隨之發(fā)生改變。而工程生產(chǎn)中空三軟件效率的高低直接影響著項目進度。

3 POS數(shù)據(jù)輔助下的空三處理（見圖1）

更新?lián)Q代之際，我單位生產(chǎn)也處于過渡，在實際工作中常常會出現(xiàn)傳統(tǒng)的膠卷式影像和數(shù)碼影像同時作業(yè)的情況。那么引入POS數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)工藝相比，空三加密流程工藝以及精度都會有哪些變化和影像呢，這里我們可對Inpho軟件和傳統(tǒng)HELAVA數(shù)字攝影測量工作站做數(shù)據(jù)處理實驗，比較專門處理數(shù)碼影像的空三加密軟件和傳統(tǒng)的空三加密軟件處理數(shù)碼影像之間是否通用性，探討下其對空三加密精度的影響，以及Inpho軟件的在新工藝下的優(yōu)缺點。

4 數(shù)據(jù)實驗及其精度分析

本次試驗選用工程中某段外控點比較密集的地區(qū)，位于東經(jīng)117°15′～119°20′，北緯34°10′～34°50′，地勢平坦。采用2000國家大地坐標系為平面坐標系，1985國家高程基準為高程系統(tǒng)。所收集測區(qū)成果資料，平面點為國家四等（GPS點為C級）及以上點，高程點為國家四等及以上水準點。航攝資料為收集的DMC2001數(shù)碼相機拍攝的像片，焦距f=120 mm的鏡頭，攝影比例尺約1：20000左右，航向南北飛行，航向重疊為60%～65%，像元尺寸為12微米，影像尺寸為14000×8000，地面分辨率GSD為0.24 m，像幅大小為96×168 mm。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下要求外控點足夠多且分布均勻，如圖2、圖3所示。該實驗區(qū)內(nèi)可獲得均勻分布的20個外控點。我們可在兩個軟件下，考察20個外控點全控制下，以及均勻抽取僅邊界6個控制點控制下（其他控制點作為檢查點）得到的檢查點和加密點精度變化。

實驗結(jié)果分析表（見表1～表3）。

從表1可以看出，20個外控點全控制下，HELAVA和Inpho兩個系統(tǒng)處理得到的加密點的平面、高程的相對誤差都在0.26以內(nèi)，對于制作1∶2000地形圖而言精度都已足夠。也即說明在外控點足夠多情況下，各軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定的，精度可靠。當(dāng)控制點相對較少時，參考表2、表3，HELAVA系統(tǒng)誤差值較前面控制點比價多的情況下變化比較大，而導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)的Inpho系統(tǒng)下誤差變化較平穩(wěn)，仍能保持很高的精度。

同時，對該實驗區(qū)控制點數(shù)據(jù)，尤其是區(qū)域邊界控制點數(shù)據(jù)做平、高的選擇實驗，發(fā)現(xiàn)，平、高點的控制精度高于全控制點的精度，也即說明，多增加外業(yè)控制點并不能提高整個區(qū)域的加密精度。

5 結(jié)論

很明顯，隨著外業(yè)控制點的減少，Inpho系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯強于HELAVA系統(tǒng)。這些結(jié)果也說明，外業(yè)控制點的分布對兩個系統(tǒng)的影響是相同的，均勻布設(shè)外業(yè)控制點適用于傳統(tǒng)模式的相機拍攝同樣也適用于新型數(shù)碼相機的拍攝，加入POS數(shù)據(jù)輔助空中三角測量，可以有效地減少地面控制點的數(shù)量。同時在實際工作中，應(yīng)該讓有限的外業(yè)控制點盡可能均勻分布于整個測區(qū)，這樣有助于提高測區(qū)成果精度。

參考文獻

[1] 張祖勛.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，1997.

[2] 劉江瑜.基于新型傳感器的空三加密研究及精度分析[D].武漢：武漢大學(xué)， 2012.endprint