DMC230大幅面數(shù)碼航空影像像控點布設實驗

邢建華

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津　300142)

1　概述

目前，航測外控的相關規(guī)范基本上還是基于傳統(tǒng)膠片式航片制定的，而在相同條件下(相同天氣條件、相同分辨率)，數(shù)碼影像的實際地面分辨率要高于傳統(tǒng)膠片式航片。如果完全按照目前規(guī)范對航飛比例尺的要求，則數(shù)碼航攝儀的飛行效率比較低；如果按照規(guī)范對不同地形圖成圖比例尺對應航片的地面分辨率要求，則數(shù)碼航攝儀的飛行效率要遠遠高于傳統(tǒng)膠片式相機。以RC30和DMC230兩種航攝儀制作鐵路工程中常用的1∶2 000航測地形圖為例，要求地面航飛比例尺為1∶10 000時，RC30的相對航高為1 530 m，航帶寬度覆蓋2.3 km。如果以同樣的比例尺要求DMC230，則其相對航高為930 m，航線覆蓋寬度僅858 m，而此時的地面分辨率(GSD)為5.6 cm，其分辨率遠遠高于RC30，但其效率卻遠遠低于RC30。

實際生產(chǎn)中，對數(shù)碼航攝儀以GSD作為技術標準，以1∶2 000地形圖為例，要求其GSD優(yōu)于20 cm，但此時的比例尺為1∶35 714(以DMC230為例)。傳統(tǒng)膠片航片與數(shù)碼航片之間存在巨大的差異，控制點的布設不能簡單套用規(guī)范中的規(guī)定，而目前國家規(guī)范中還沒有對數(shù)碼航片外控點的布設給予明確的規(guī)定。以DMC230為例，討論DMC230大幅面數(shù)碼航空影像像控點的布設依據(jù)，并進行試驗驗證。

DMC230是一款大幅面數(shù)碼航攝儀，由德國Intergraph公司生產(chǎn)。采用單個大幅面CCD傳感器，其CCD像元數(shù)為15 552×14 144，CCD像元大小為5.6 μm，焦距92 mm，影像采用14 bit記錄方式。

國家規(guī)范中沒有對數(shù)碼航空影像的控制點布設進行規(guī)定。傳統(tǒng)膠片式航片的控制點規(guī)定是以平面和高程空三加密點的中誤差為依據(jù)。

像片控制點航向基線數(shù)跨度估算公式

(1)

(2)

式(1)(2)中：ms和mh分別表示空三加密點的平面和高程中誤差，n表示航線方向相鄰控制點的間隔基線數(shù)，H表示相對航高，K表示航片放大成圖倍數(shù)，mq表示視差測量的單位權中誤差。

對于數(shù)碼航片，也以空三加密點中誤差作為控制點基線是否合理的依據(jù)，根據(jù)相關參數(shù)計算出控制點基線數(shù)跨度。

2　像控點布設試驗

2.1　像控點布設基線數(shù)計算

以鐵路航測成圖中常見的1∶1 000帶狀地形圖生產(chǎn)為例，選擇某條鐵路既有線作為試驗區(qū)域，采用DMC230數(shù)碼航攝儀獲取航片地面分辨率為10 cm，相對航高為1 642 m，此時航片的比例尺為1∶17 857，此區(qū)域內(nèi)航飛兩條航線，計算出航片放大成圖的倍數(shù)K為18，mq取0.005。計算ms和mh(如表1和表2所示)。

表1　空三加密平面中誤差與基線關系

表2　空三加密高程中誤差與基線關系

根據(jù)地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范(GB/T 7930—2008)要求，1∶1 000地形圖加密點平面中誤差：平地和丘陵≤0.4 m，高程≤0.35 m。從表1和表2的計算中可以看出，為了滿足1∶1 000地形圖在平地以及丘陵地區(qū)的精度要求，在航線方向上，相鄰平面控制點間基線數(shù)不超過5條，高程控制點間基線不超過7條。

2.2　實驗分析

為了驗證上述方案的可行性，選擇一個實驗區(qū)域進行驗證。在外業(yè)選刺平面和高程控制點時，為了與常規(guī)刺點方法進行比較，刺點時按照傳統(tǒng)6點法進行選刺，同時滿足本文提出的方法。

為了說明實驗的精度，本文實驗一共分為三種情況：一是按照本文計算的基線進行空三加密，二是按照傳統(tǒng)6點法進行空三加密，三是采用POS輔助進行空三加密，并比較三者之間的精度情況。在內(nèi)業(yè)采用SSK數(shù)字攝影測量工作站進行空三加密，其精度對比情況如表3所示。

表3　空三加密實驗對比分析

根據(jù)1∶1 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范要求，空三加密絕對定向后，平地和丘陵的平面高程的多余控制點限差分別為0.5 m和0.4 m。從上述實驗分析可知：采用本文提出的布點方式，空三加密的精度最差，但能夠滿足1∶1 000地形圖的精度要求。從實驗結果可以看出，針對DMC230大幅面數(shù)碼航攝儀而言，當有POS輔助航空攝影時，只需在4角布設平高點即可滿足1∶1 000地形圖測繪的需要；當沒有POS輔助航空攝影時，使用本文的外控布設實驗方案在滿足精度的同時，相比較常規(guī)6點法，可以減少約1/3的外控點數(shù)量。

3　結論

按照航空攝影測量控制點布設的原理，計算大幅面數(shù)碼航攝儀DMC230在無POS輔助情況下航線基線的跨度，在平地丘陵其航向基線數(shù)不超過5條，并以實際工程進行實驗，驗證其精度情況。通過試驗可知，在DMC230成功進行航空攝影的基礎上，根據(jù)大幅面航空數(shù)碼航攝儀的特點，針對其是否有POS輔助的航空攝影方式，選擇合理的像控點布設方案能夠有效減少外業(yè)工作量，提高內(nèi)外業(yè)工作效率。相比傳統(tǒng)航空攝影測量6點法布點方式，本文提出的方法雖然精度有所降低，但能夠滿足規(guī)范要求，其像控點數(shù)量比傳統(tǒng)6點法能夠減少1/3，在地形復雜、交通不便的地區(qū)，該方法具有明顯的經(jīng)濟效益。

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