云南航空攝影像控點布設方案研究與精度驗證

匡秀梅

摘 要：該文選取云南地區2015年UCXp WA航攝影像作為實驗數據，對同一區域進行六種不同外業像控點布設方案，通過空中三角測量實驗研究及對比分析，制定出符合云南1∶2 000航空攝影數字正射影像制作精度要求的基于UCXp WA數碼航空影像的控制點布設方案。

關鍵詞：UCXp WA 像控點布設 空三加密 像控測量

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0001-03

在經濟飛速發展的今天，航測數字化成圖已成為我國城市測繪的一種主要手段，而隨著航空攝影測量在各個測繪應用領域的普及，關于影像控點的測量任務也日趨增多。控制點布設方案的優劣關系著整個項目的進展和質量。

隨著IMU/GNSS技術和數碼航空攝影技術的發展和廣泛應用，對于區域網像控點的布設要求，原有航空攝影測量的國家標準和規范已不能滿足當前技術發展的需要。該文通過UCXp WA航攝儀獲取的影像，選取有代表性的區域作為實驗數據，通過對局部驗證區測試的方法，對同一區域網采用不同外業像控點布設方案，進行IMU/GNSS空中三角測量實驗研究及精度評定。為云南省約6萬km21∶2 000數字航空攝影和DOM制作項目控制點布設方案的設計提供技術支撐。最后制定出在保證精度的前提下，能減少外業像控測量工作量、降低生產成本、縮短項目生產周期的像片控制點布設方案。

1 實驗數據準備

1.1 測區自然地理概況

測區范圍位于云南省西北部區域，主要覆蓋楚雄市、大理市、麗江市、迪慶藏族自治州南部、怒江傈僳族自治州東部、玉溪市西北部、普洱市東北部共7個市，36個縣北部。西北部麗江與大理交界處最高點高程為4295.3 m，南部最低點楚雄市雙柏縣南端的三江口，海拔556 m左右。獨特的地理位置、奇特的地形地貌，孕育出個性鮮明的高山峽谷、河流湖泊、原始森林、溶洞溫泉等奇特景觀。整體地形情況如圖1所示。

1.2 數碼航攝儀

該項目航空攝影采用一臺UCXp WA數碼航攝儀、一臺DMC-230數碼航攝儀、二套POS VA510。該文只針對UCXp WA數碼航攝儀影像進行像控測量方案布設研究與精度驗證。

UCXp WA外形與UCXp大體相同，主要是縮短了焦距（100 mm變為70 mm），在同等地面分辨率的情況下，大大降低了飛行高度，增加了可飛行天氣的數量。適用于大范圍（旁向覆蓋大）的項目（低分辨率時飛行高度與UCXp降低30%），且受低云影響小，可充分利用云下攝影。此外，對于空域高度的飛行限制又多了一個選擇（見表1、表2）。

1.3 實驗數據

精度驗證區選擇是整個航攝區域的具有代表性典型地形區，位于楚雄市牟定縣和祿豐縣交界處（位置如圖2所示），試驗區地形平均海拔約為2 050 m，最高與最低處高差約為950 m，屬山地地形該區，森林茂密。

實驗區域航線數為4條，每條航線約32張影像，像片總數為125張。攝影參數如表3所示。

2 像控點布設

2.1 布設依據

試驗區精度驗證時像控點布設方案參照《數字航空攝影測量控制測量規范》（CH/T 3006-2011）。規范中對IMU/GNSS輔助光束法區域網平差的布點要求比較模糊，規定：“在區域網四個角點處布設平高控制點，平坦地區區域網中根據需要加布高程控制點”。具體如果加布高程控制點沒有明確說明。因此，需要經過實驗驗證成圖精度后，確定IMU/GNSS輔助光束法區域網平差的布點方案。

2.2 像控點布設方案

該次實驗根據光束法區域網整體平差原理，利用TOPGRID進行試驗區的空三加密計算，采用了6種像控點布設方案進行測試。

（1）像控點布設方案一。

采用常規像控攝影技術制作地形圖時的控制點布設方案，航向跨度4條基線，旁向跨度每2條航線布設一排平高點。該方案共布設21個定向點，4個檢查點。

（2）像控點布設方案二。

該方案在規范明確要求的條件基礎上適量放寬航向基線跨度，航向跨度8條基線，旁向跨度每2條航線布設一排平高點，共布設12個定向點，13個檢查點。

（3）像控點布設方案三。

該方案在規范明確要求的條件基礎上進一步放寬航向基線跨度，航向跨度12條基線，旁向跨度每2條航線布設一排平高點，共布設9個定向點，16個檢查點。

（4）像控點布設方案四。

該方案航向跨度4條基線，旁向跨度每4條航線布設一排平高點，共布設14個定向點，11個檢查點。

（5）像控點布設方案五。

該方案航向跨度8條基線，旁向跨度每4條航線布設一排平高點，共布設8個定向點，17個檢查點。

（6）像控點布設方案六。

該方案航向跨度12條基線，旁向跨度每4條航線布設一排平高點，共布設6個定向點，19個檢查點。

2.3 像控測量

像片控制測量（photo control survey）是在實地測定像片控制點平面位置和高程的測量工作，通常采用RTK測量和精密單點定位（PPP）的方式，RTK測量分為單基準站RTK和網絡RTK系統（單基站CORS、多基站CORS、網絡CORS）。由于云南測區為高山區，且無CORS系統，考慮幾種測量方式的優劣及測區特點，像片控制測量主要采用單基準站RTK模式進行測量，無信號區域采用單點精密定位方式。

2.4 高程轉換

利用中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所的高階重力場模型，實現大地高程到1985國家高程基準的轉換，轉換時均加入附近的已知點進行驗證檢核，確保成果精度。

3 精度驗證

3.1 精度要求

《數字航空攝影測量空中三角測量規范》（GB/T 23236-2009）中1∶2 000空三精度要求如表4所示。

3.2 精度檢測方法

該次精度檢測采用區域網平差，用平差后的定向點、檢查點的中誤差來評估各方案所能達到的理論精度。此次空三加密主要使用TOPGRID軟件進行連接點匹配及光束法區域網平差解算，獲取空三加密最終解算成果。定向點中誤差按空三區域網平差報告中相關項進行評估；檢查點的中誤差具體計算公式按《數字航空攝影測量空中三角測量規范》（GB/T 23236-2009）7.2執行。檢查點平面中誤差、高程中誤差分別按公式（1）計算。

（1）

式中：為檢查點中誤差，單位為米（m）；為檢查點野外實測值與結算值的誤差，單位為米（m）；為參與評定精度的檢查點數。

3.3 實驗結果

針對6種不同像控點布設方案，空三加密解算精度見表5。

3.4 加密后精度分析

以上6種控制點布設方案，空三精度均高于國標1∶2 000比例尺空三精度要求。根據精度驗證結果，綜合分析6種方案的誤差統計，可以明顯看出6種像控布設方案得出的精度誤差基本屬于同一個級別的精度，均可以滿足國標規范要求中山地的定向點、檢查點的平面和高程的精度要求，可用于后期數字正射影像（DOM）生產需要。為確保項目特殊地區精度符合要求，該項目采用在方案五4×8和方案六4×12之間選取4×10的像控布設方案完全可以滿足后期DOM生產精度要求，又兼顧了外業像控測量工作量。

4 結語

該文利用6種不同像控點布設方案，進行空三加密，對空三加密后的定向點，檢查點數據進行精度統計與分析，在保證精度情況下，考慮到外業像控工作量、工期以及像控測量難度，選擇了航向跨度12條基線，旁向跨度每4條航線布設一排平高點（4×10）的布點方案作為該項目UCXp WA航攝影像的像控點布設方案。

現行航空攝影測量外業規范對像控點數量的要求偏嚴，實際生產中可根據采用的航攝設備和像控測量技術適當地減少像控點數據量，既能保證成圖精度，又能減少外業工作量，降低項目成本，縮短項目生產周期。隨著數碼航空攝影設備及技術以及航空數據處理系統和計算機技術的發展，航空攝影數據處理將日益自動化和智能化。

參考文獻

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