大比例尺數碼影像航測像控布點方案探討

張鑫

摘要：本文通過分析光束法區域平差理論，對理論的分析以及具體實驗，旨在研究出合理實用的大比例尺數碼影像航測像控布點方案。

關鍵詞：大比例尺，航測像控布點，方案

在航空攝影測量中常用的加密室內控制點的方法有航帶法、獨立模型法以及光束法，其中光束法在理論上最為嚴密，不過由于像點系統誤差的存在，影響了其加密精度。但是隨著數字測量工作站的出現，以及計算機硬件技術的不斷發展，都極大的提升了光束法區域網平差應用在攝影測量中的可能性。近年來，光束法區域網平差逐步取代了航帶法區域網平差和獨立模型法，成為了空中三角測量的主力軍，并被用于大比例尺的數碼影像空中三角測量，但是由于數碼影像在像符、像素方面的地面分辨率與常規膠片存在差異，以及在大比例尺空中三角測量區域的布點中有一定不足，所以大比例尺光束法區域網平差像控布點仍然需要不斷研究，找出合適的像片控制點布點方案。

1、光束法平面精度與高程精度

1.1光束法依據其理論基礎——共線方程式，以每一張相片為單元來構建誤差方程和法方程，并通過誤差方程的構建，利用最小二乘原理，在全區域內解算出相片外的物方坐標、方位元素的值。

1.2區域網平差的平面精度分析：

四角控制、八點法和密周邊布點法是平面控制方案中常見的三種，在布點密度上有所不同，將這三種布點方法在旁向重疊20%的情況下，利用光束法進行區域網平差，得出四角控制法平面精度為，八點法平面精度為，密周布點法平面精度為，其中 用以衡量區域網平常的平面精度， 是像點觀測誤差，m是區域中的航帶數。

由這三個結果可以看出，平面控制密度及航帶數對區域網平差的平面精度有影響，在區域網周邊有較為密集的平面控制的情況下，其平面精度與區域網內部平面控制、區域網的大小的關系極小。

1.3區域網平差的高程精度分析：

為了克服誤差傳播的不利影響，區域網對于高程控制網的要求，比對于平面控制網的要求要高，這就導致了區域網之內一定要有高程控制。鎖型高程控制會布設三排高程控制，分別位于中部隔航線以及垂直航向的首尾；方格型高程控制的極限跨度與航線間隔相等。

當使用方格型高程布控方案時，旁向重疊為60%，區域網平差高程精度為，采用鎖型高程布控方案，旁向重疊為20%，區域網平差高程精度為，其中i為高程控制中的航向跨度。

由這兩個數據的比較可以看出，區域網平差高程精度和高程控制的跨度是有直接關系的。

1.4光束法區域網平差的平面、高程的平差解算可以分別進行，這樣既可以降低對于計算機性能的要求，又可以利于控制點稀疏導致最小二乘迭代收斂性不滿意的情況，對實際工作幫助很大。

1.5高程控制對于高程跨度的要求

UCD數碼設備、DMC數碼設備、SWDC4以及德國祿萊6008AF等眾多數碼設備獲取的影像都可以用于大比例尺成圖，其中以UCD和DMC為主導，這些影像源的共同特點是像素物理尺寸較小，所以影像清晰度和地面實際的分辨率都比較高。在進行航空攝影時，由于不同的數碼影像設備在實際地面覆蓋范圍方面有區別，所以采用不同的航攝儀器進行大比例尺成圖高程布設的時候，其高程控制帶之間所跨的基數線也有所不同，在高程控制中無法按照傳統航測技術規范來計算跨度；同時根據以往的數碼影像航測的調查，認為1：500～1：2000的比例尺范圍，高程控制帶之間的跨度不應該以跨越了多少條基數線來衡量，而是以實際地面地面跨度為準。

面對這種情況，在大比例尺數碼影像航測外控布點的時候，我們可以選擇一小塊測區，采用全野外高程布設來做實驗，首先進行內業加密，然后在進行高程控制帶抽稀后，通過控制點余差之中的誤差來確定高程控制帶之間的實際跨度。

2、數碼影像航測的特點和缺陷

2.2特點：

⑴不論是進行攝影還是后期補飛，航空攝影的靈活度和可操作性都比較高，如果采用輕型飛機作為飛行平臺，可以有效提升工作效率，并且降低航攝成本。

⑵傳統的膠片攝影實際分辨率普遍不高，一是因為受到膠片化學乳膠顆粒的碾磨粗細程度影響，二是在掃描過程中，存在因為二次采樣產生的影像噪聲；而數碼攝影避免了這種情況，一次成像，有效提升了影像的量測精度。

⑶航測由于其靈活性，可以較快的開展工作，這樣就避免了客觀條件的限制，可以縮短工期，提升效率。

⑷數碼影像航飛成圖完全符合大比例成圖在精度方面的要求，滿足大比例尺地形測繪、大比例尺城市規劃建設的用圖要求。

2.2缺陷

可能會受到天氣、氣流等方面自然因素的影響，同時因為平面與高程控制點的原因也可能會出現一定的粗化現象。

3、像控中的誤區與改進

2.1高程控制也具有密周邊性

像片控制是由平面控制和高程控制兩方面組成的，由上文內容可以得知，平面控制布點和高程控制布點，因為區域網平差的存在，在布控方案的設計上也應該是各有側重點的。整體區域網平差精度受高程控制帶航向跨度的影響，但是如果增加控制帶之間的跨度，在頂部、底部航線之間適當的增加六個高程控制，平差精度也不會有明顯的降低，也就說明了高程控制也具有密周邊性。

2.2平面控制與高程控制分開更具有優勢

平高控制點因為其大大減少了控制點的數量，減少了野外觀測工作量的特點，在國內攝影測量界一直廣受歡迎，但是隨著GPS和RTK技術在測量中使用率的增加，控制點的數量對野外觀測工作的工作量已經失去了明顯影響，允許平高分開往往使野外選點工作更容易進行；并且，由于一味的注重平高控制點的優勢，在許多需要大比例尺航測成圖的區域內，反而無法同時滿足對于平面和高程的要求，影響了選點的精細程度。

因此，在在大比例尺數碼影像航測像片控制測量中，可以采用分別布設平面控制網與高層控制網的方法，來滿足平面和高程在區域網平差中不同的要求。

4、平面布點方案實例

我們實地進行了大比例尺數碼影像航測像控布點方案實驗，地點選取了東莞市謝崗鎮的粵海裝配技術工業園區，此處為丘陵地帶，雜草叢生，對于航測存在一定影響。實驗采用焦距100.5毫米的UCX數碼航攝儀，其航攝比例尺為1：5000，像符為103.896mm×67.824mm，像元分辨率為7.2微米。我們采用四角法（a）、八點法（b）、密周邊布點法（c）和密周邊布點法后在區域中添加平面法（d）四種方法進行測試。

對四種方法分別采用國內使用較多的克萊恩教授的PATB進行空中三角測量平差解算，用內業加密點和地物點對野外實地打點進行對比，得到如下平面中誤差統計（表一）和和誤差比較（圖一）：

從統計結果可以看出增加周邊平面控制，對改善區域網平差后的平面中誤差的有效作用，在采用密周邊布點后可以有效改善誤差情況，達到國家對于比例尺的規范要求，而采用在密周邊布點后又在區域網內增加平面控制的方法，既增加了工作效率，對區域網平面精度也沒有提升作用，不具有可用性。所以我們可以得出結論，在大比例尺數碼攝影航測成圖的平面控制進行布點時，采用密周邊布點效果較好，區域網內的平、平面控制則不需要做更多操作。

結語

通過文中的實例和數據可以看出，密周邊布點法在大比例尺數碼影像航測像控布點的眾多方案中是比較理想的，隨著科學技術的不斷發展，以后也許會出現更為合理、便捷的大比例尺數碼影像航測像控布點方案，這需要大家的共同努力。

參考文獻：

[1]王月莉，郭秋燕，王西萍，閔曉鳳. UCXp航攝大比例尺像控布設精度分析與研究[J]. 測繪通報，2014，07：75-77+116.

[2]朱陳明，許暉. 長航線區域網GPS輔助空三生產大比例尺地形圖的有關問題探討[J]. 測繪標準化，2013，02：28-31.

[3]宋燕，朱陳明，董文君. 利用SWDC-4數碼航空影像的1：5000、1：10000平地像控布點研究[J]. 測繪標準化，2012，03：46-48.