DMC航攝影像空三加密的實驗研究

趙蕊　郭曉晴　魏浩然

【摘 要】航空攝影測量一直是我國大比例尺基礎地理信息數(shù)據(jù)獲取的手段。一般地，從航空攝影到基礎地理信息數(shù)據(jù)產品的獲取包括航空攝影、地面控制、空三加密、內業(yè)測圖等幾個階段。傳統(tǒng)航空攝影測量需要進行大量的地面像控測量工作，并通過空三加密獲得內業(yè)測圖所需的外方位元素數(shù)據(jù)。隨著DMC等數(shù)字航攝儀開始應用到航測生產領域當中，DMC影像數(shù)據(jù)在全數(shù)字攝影測量中發(fā)揮了越來越重要的作用。本文利用DMC數(shù)碼航空影像，通過實驗對DMC數(shù)字航攝資料的外業(yè)像控的布點方案、基線數(shù)量、點位位置采取不同方案進行內業(yè)加密問題進行研究、分析和總結，探討DMC在全數(shù)字攝影測量中的應用前景。

【關鍵詞】DMC；自動空中三角測量；基線；光束法平差

0 引言

航空攝影測量技術在經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量階段，發(fā)展到今天的全數(shù)字攝影測量，其技術日益完善，成圖周期短、費用低、精度高的優(yōu)點得到充分體現(xiàn)，使得航測成為快速測繪大面積地形圖的重要手段。目前廣泛采用傳統(tǒng)的膠片航攝儀的航攝資料，進行大比例尺數(shù)字航測成圖，其膠片影像必須經過掃描得到TIF數(shù)據(jù)，使得幾何精度不僅受膠片片基變形、膠片沖洗變形的影響，還受到掃描儀畸變等因素的影響，分辨率只能達到21～28。數(shù)碼航攝像機的出現(xiàn)無疑成為航空攝影測量的又一個里程碑。DMC數(shù)據(jù)與膠片數(shù)據(jù)相比，主要優(yōu)越性在于：輻射分辨率高、航攝成果多元化、量測精度提高、導致誤差積累的中間環(huán)節(jié)不復存在、影像層次和信息更加豐富、數(shù)據(jù)獲取周期變短等諸多方面。從2000年ISPRS阿姆斯特丹大會推出較成熟的數(shù)碼航空相機至今，經過幾年的發(fā)展，數(shù)碼航空相機技術已經成熟并開始廣泛應用于各部門的航空攝影。

1 試驗內容

在濟源市新一輪土地利用更新調查項目中，一些地區(qū)為了獲取現(xiàn)勢性強、色彩豐富的航攝資料，決定選用目前最先進的數(shù)碼航空相機（DMC）進行航空攝影，進行土地利用更新調查。由于DMC在像幅面大小及成像方式上有別于傳統(tǒng)的航攝資料，沒有什么現(xiàn)在經驗可供借鑒，為了最大限度地降低外業(yè)作業(yè)工作量，我們決定通過實驗總結出既可達到成圖精度要求，又可大大減少外業(yè)像控布點數(shù)量的布點方案。我們選取近100km2作為實驗區(qū)，實驗區(qū)位于濟源市，實驗區(qū)內有平地、丘陵地或平地與丘陵地的結合部等地形，地形特征有一定的代表性。本次試驗在其內部選取7條航線，每條航線50個連續(xù)像對無補飛的區(qū)域作為試驗區(qū)域。通過一系列的研究和試驗，對各種空三加密方案及平差結果進行分析和研究，尋求最佳作業(yè)方案，從而達到進一步減少必須的像控點個數(shù)，降低外業(yè)工作強度，提高生產效率，節(jié)約生產成本。

2 空三加密技術方案的實施與精度分析

2.1 空三加密技術方案

從整個航測流程來看，空三加密對最終的地籍圖精度影響，是航測中的一個十分關鍵的環(huán)節(jié)。方興未艾的跨越式大發(fā)展的進程中，時間緊、任務量大，利用空三加密軟件，能快速高效地完成加密任務。傳統(tǒng)外業(yè)像控布點對控制點的點位位置有較嚴格的要求，如控制點要根據(jù)成圖比例尺及航攝比例尺嚴格緊密相連，每5條基線布設一個平高點，3條航線的中間航線加布高程點，能否打破這種格局，盡量的減少控制點的數(shù)量，增大航線間的跨度，而不影響測區(qū)加密的精度，這成為本論文研究的主要課題。為了實驗這種情況，在本論文研究范圍內外業(yè)像控布點中，每隔4條基線選取一個平高點，進行不同空三組合的解算。首先利用所有的外業(yè)點進行空三解算，分析空三結果是否達到精度要求。然后間隔8條，16條，20條，25條基線進行空三解算，其余外業(yè)點作為檢查點，利用解算結果分析其精度。從而找到最佳的外業(yè)布點方式，既能減少外業(yè)工作量，又能滿足空三加密的精度要求。

2.2 內業(yè)加密方案的確定與精度分析

在該項試驗中，我們分別采用了跨度為4條基線、8條基線、16條基線，20條基線和25條基線5種不同組合的周邊布設平高像控點的區(qū)域網布點方案，在Geolord-AT系統(tǒng)平臺上完成空三加密作業(yè)。

試驗一：

按照空三加密規(guī)范要求，每隔4條基線取一列地面控制點參與平差計算，進行多項式法整體平差，并統(tǒng)計平差精度，經過統(tǒng)計分析，地面定向點中誤差統(tǒng)計表見表1。

試驗二：

將參與平差的面控制點減少，每隔8條基線取一列地控點參與平差計算，其余地面控制點抽取部分作為檢查點。地面定向點，檢查點，有模型連接點的中誤差統(tǒng)計表見表2。

試驗三：

將參與平差的地面控制點減少，每隔16條基線取一列地控點參與平差計算，其余地面控制點抽取部分作為檢查點。經過統(tǒng)計分析，地面定向點，檢查點，及模型連接點的中誤差統(tǒng)計表見表3。

試驗四：

將參與平差的地面控制點減少，每隔20條基線取一列地面控制點參與平差計算，其余地面控制點抽取部分作為檢查點。經過統(tǒng)計分析，地面定向點，檢查點，及模型連續(xù)點的中誤差統(tǒng)計表見表4。

試驗五：

將參與平差的地面控制點減少，每隔25條基線取一列地面控制點參與平差計算，其余地面控制點抽取部分作為檢查點。經過統(tǒng)計分析，地面定向點，檢查點，及模型連接點的中誤差統(tǒng)計表見表5。

通過上述表格比較和分析，我們可以得出以下結論：

（1）隨著像控點間航向跨度基線數(shù)的增加，定向點和檢查點的點位中誤差和高程中誤差雖然呈增大的趨勢，但增大并不明顯；即使跨度基線數(shù)增加到8條，其平面精度和高程精度仍然遠遠高于現(xiàn)行規(guī)范要求，實踐表明采用DMC數(shù)據(jù)進行區(qū)域網空三加密還有潛力可挖。

（2）光束法平差算法高程理論精度公式為Oz/Oo=0.93+0.19i，其中Oz為待定點高程中誤差，Oo為像點高程中誤差，i為基線條數(shù)。由上式可知，航向跨度基線數(shù)增加，高程理論精度將下降；另外高程量測精度的經驗估算公式為：m△h=±1.21hm/2√2BR，其中為高程量測精度，H為航高，m為航攝比例尺，B為基線實地長度，R為地面分辨率。從上式可知在航攝比例尺，航高和地面分辨率同等的條件下，像幅為16cm×9cm的DMC數(shù)據(jù)由于基線長度變短，從而變程量測精度要低于23cm×23cm的傳統(tǒng)膠片數(shù)據(jù)。但由于DMC的像元大小為12μm，這在很大程度上彌補了由于基線長度變短而損失的高程量測精度。

（3）數(shù)字空中三角測量的模型連結強度是很強的，不僅表現(xiàn)在加密點數(shù)量多，重疊度加密點的數(shù)量也很多，而且質量高，有利于模型的連結。加上DMC影像幅而較小，像對的基線較短基線長不到傳統(tǒng)航攝資料的一半，因此，把基線長提高到與傳統(tǒng)航攝資料接近的長度，空三加密也可達到精度要求。根據(jù)已有規(guī)范，外業(yè)影像而言，由于攝像是由四張影像拼接而成的加上相機的鏡頭較小，影像的連緣變形就很小，控制點布設在影像邊緣不會影響空三加密成果。

利用DMC航報數(shù)據(jù)進行全數(shù)字航測，正如試驗結果表明的那樣，具有許多優(yōu)越性，這是全數(shù)字攝影測量發(fā)展的必然，具有廣闊的應用前景。就當前情況而言，在DMC的應用中仍有一些問題值得研究和探討。

（1）DMC數(shù)據(jù)在航測生產中已逐步被接受和使用，但目前的影像處理軟件和國內的全數(shù)字攝影測量軟件大多基于輻射分辨率8bit開發(fā)，在處理DMC數(shù)據(jù)時，需要將12bit的DMC數(shù)據(jù)轉為8bit，這樣帶來的問題是每張影像的數(shù)據(jù)量增加2/3，并且信息損失較大；加之目前國內的空三加密軟件處理DMC數(shù)據(jù)的相關模塊功能尚未完善，僅處在能用的階段，人工干預的工作量較大，自動化程度不高，大大降低了生產效率。

（2）DMC影像大小為16cm×9cm，較之傳統(tǒng)影像（23cm×23cm），基線長度只有原來的0.4倍；像幅窄小會增加定向、更找模型、接邊處理等工作量；加之每張影像數(shù)據(jù)量大到300多兆，在海量影像數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和使用過程中，對計算機的軟硬件配置提出了更高的要求。速度快、穩(wěn)定性好、安全性高成為首要考慮的問題。

3 結論和展望

全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)進行空三加密自動化程度高，大大提高了工效。但在全數(shù)字攝影測量領域，目前還沒有一個正式的作業(yè)規(guī)范。全數(shù)字攝影測量工作部在各生產單位已開始了比較廣泛的應用，因此制定出切合生產實際的作業(yè)規(guī)范迫在眉睫。

首先，基于數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的自動空三加密，不必嚴格按照傳統(tǒng)解析空三的區(qū)域布點要求，可大大提高控制點間的基線數(shù)和航線數(shù)。

其次，DMC數(shù)碼影像在影像邊緣變形不大，可不必考慮傳統(tǒng)航空影像對影像邊緣的一些嚴格規(guī)定，即外業(yè)像控點可布設在影像的邊緣或靠近影像邊緣的位置。

隨著傳統(tǒng)測繪被數(shù)字化、信息化測繪逐步高新技術和設備的不斷融入，使測繪產品的科技含量越來越高，服務范圍越來越廣，傳統(tǒng)的質量控制技術已明顯落后。作業(yè)單位應建立與之相適應的質量管理體系，不斷提高技術管理人員的業(yè)務水平，牢牢抓住各工序的質量監(jiān)控點，把問題盡量消滅在萌芽狀態(tài)。在作業(yè)規(guī)范的制定過程中，應參考規(guī)范的制定過程中，應參考原有的各種測量規(guī)范，加入全數(shù)字攝影測量的概念，結合生產實踐，進行充分的調研，確保規(guī)范的合理性和適用性。工程技術的發(fā)展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現(xiàn)代科學技術和測繪新技術的發(fā)展，給直接為經濟建設服務的工程測量帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)和極好的機遇。航空攝影測量也不例外，DMC航空攝影能減少野外作業(yè)，減輕勞動強度，并且不受地理條件的限制，具有快速、精確、經濟等優(yōu)點，特別適合于城市密集地區(qū)的大面積成圖，更是我們今后大比例尺數(shù)字成圖的一個重要方向。

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[責任編輯：湯靜]