大面陣影像在帶狀測區中的控制點需求分析

汪建峰，韓 濤，周 勃

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054；2.地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安710054）

大面陣影像在帶狀測區中的控制點需求分析

汪建峰1,2，韓 濤1,2，周 勃1

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054；2.地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安710054）

介紹了大面陣數碼影像的優勢，結合實驗，對不同控制點分布狀態下的精度進行統計和分析，總結了大面陣影像在帶狀不規則區域的控制點布設規律，為相關測繪工程應用提供了技術依據。

大面陣影像；帶狀區域；控制點

1 大面陣數碼影像特點

UCXp WA數碼航攝儀是Microsoft Vexcel公司新推出的一款短焦距廣角數字航攝儀。采用特制的全新高性能、高分辨率、專業測量級廣角短焦鏡頭，是目前影像幅面最大、效率最高、分辨率最高、基高比最高的主流專業數字航攝儀[1]。其全色波段鏡頭焦距縮短至70 mm；全色波段影像尺寸17 310像素×11 310像素；全色波段像素大小為6 μm；實際物理幅面104 mm×68 mm。彩色（多光譜）4個通道，R、G、B和近紅外，彩色波段影像尺寸 5 770像素×3 770像素，彩色影像像素大小6 μm。相同飛行條件下可以覆蓋更大的范圍，有效減少航線數，節約大量飛行時間，顯著提高飛行效率。同等航高條件下，UCXP影像與目前主流航攝影像覆蓋面積關系如圖1所示。

圖1 同樣航高攝影條件下不同相機航攝覆蓋面積對比

2 帶狀測區選擇

2.1 航攝資料

測區全段采用UCXP WA數碼航攝儀，每張影像均獲取相應的POS數據，利用POS數據恢復立體模型，部分模型在放大至作業環境下（1∶1）有1～2個像素。用控制點檢核其精度，較差在0～4 m之間；相鄰模型公共點較差在-5～5 m之間。從指標來看，利用原始POS數據恢復立體模型并不能滿足1∶10 000比例尺成圖精度要求[2]。

該項目飛行航高為6 500～7 250 m，地面分辨率為0.55 m，1∶10 000比例尺是該規格分辨率成圖的最高要求[3]；航線總長度266 km，共計16條航線，359景影像。測區航線分布見圖2。

圖2 測區概況圖

2.2 像控點布設

測區實測外業點28個，在交叉航線的拐點、航線內部、航線之間均布設一定數量控制點，沿測區走向基本均勻分布。為使成果具有可比性，在各方案平差情況下，使用相同的9個外業點作為檢查點進行精度統計（P4、P5、P8、P12、P15、P16、P21、P25、P26），其他19個點作為控制點進行組合，按各方案制定的不同控制分布進行定向。測區控制點布設情況見圖2。

3 區域劃分及實驗方案設計

將測區分成3個區域進行空中三角測量，區域一是將16條航線作為整個區域進行實驗，以區域一較長平行航線東側分割，西側為區域二，東側為區域三（圖 2）。重點實驗不同控制點布設情況下的成果精度及定位能力[4,5]，探索大面陣影像在帶狀測區測繪中控制點布設的最佳方案。

采用以下6種方案進行實驗：

方案1：將除檢查點外的19個外業點位全部作為定向點，進行區域網平差，統計分析檢查點精度。檢查這些點位是否滿足基本實驗要求。

方案2：將所有交叉航線處14個外業點（P1、P2、P3、P7、P9、P10、P11、P18、P19、P22、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區域網平差，統計分析檢查點精度，檢查航線內部不布設控制點情況下成果精度的變化規律。

方案3：利用航帶中間6個外業點（P6、P13、P14、P17、P20、P27）作為定向點，進行區域網平差，統計分析檢查點精度，檢查航線交叉不布設控制點情況下成果精度的變化規律。

方案4：將測區外接多邊形上的10個外業點（P1、P2、P9、P11、P18、P19、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區域網平差，統計分析檢查點精度，檢查控制點構網對成果精度影響的規律。

方案5：將交叉航線的內外拐角及航線中間16個外業點（P1、P2、P6、P7、P9、P10、P11、P14、P18、P19、P20、P22、P23、P24、P27、P28）作為定向點，進行區域網平差，統計分析檢查點精度。

方案6：在方案5基礎上，將P14分別替換為P13、P17，其他點位不變，進行區域網平差，統計分析檢查點精度，檢查定向點有效控制范圍的變化規律。

4 數據準備與處理

4.1 數據準備

數據準備主要包括建立測區目錄；建立測區信息、像機信息、控制信息數據（含POS數據）文件；影像數據準備；POS數據、控制數據坐標系統一致性檢查，數據格式準備；測區航線略圖繪制等。其中POS數據應注意：①Kappa角必須是以正東方向為起算角，即正東為0°，正北為90°；②轉角系統必須是“Omega、Phi、Kappa”；③角度必須以°為單位。

在全數字攝影測量工作站中建立工程，選擇正確的坐標系統，加載原始影像文件、內方位元素參數、POS數據等，進行數據導入，同時制作金字塔影像。

4.2 內業點選取及相對定向

將單條航線影像按3×3選點策略進行自動選點，得到每張像片的標準點位及其所包含的多度重疊影像號，對所選點位進行全人工量測和編輯，確保點位量測準確。對已量測好的相鄰平行航線影像合區，進行人工轉點。對轉好點的區域數據進行粗差探測及自由網平差解算，完成相對定向。

4.3 控制點判刺及絕對定向

將相鄰平行航線組成的小區判刺控制點，并進行初步平差解算，剔除并改正粗差點位，進行初步絕對定向。

對平行航線組成的各區在航線交叉處轉判連接點和控制點，進行平差解算，分析點位精度，對不合理點位進行修改和檢核，再次進行平差解算，完成各區絕對定向。

5 精度統計與分析

在立體環境下讀取檢查點模型坐標值，并與外業值進行比較，求得檢查點余差并統計中誤差，檢查空三成果的整體精度。各方案檢查點余差中誤差情況如表1所示。

表1 3個區域在不同控制分布狀態下檢查點中誤差/m

從表1可看出，控制點在不同分布情況下對成果精度有一定影響，在19個點全部參與定向情況下整體精度最高；在有航線交叉和平行航線內部控制點參與的定向平差成果中，成果精度相當；航線內部點位不參與定向情況下精度降低，僅用航線中部點位參與定向成果整體精度明顯偏低。

不同方案下的平面、高程中誤差變化規律如圖3、4所示。從圖3、4可以看出，高程方面，各區的方案1、方案2、方案6整體精度基本一致，方案3精度明顯偏低，表明交叉航線、平行航線中部點位比較關鍵；在有關鍵點位參與定向情況下，其他點位參與定向雖能提高整體精度，但提高幅度較小。

利用交叉航線點位和航線中部點位組合定向對整體精度影響明顯。

平面方面，在航線交叉處的點位不參與定向情況下，精度最差，但其他方案精度接近，規律性不明顯。

在立體環境下讀取檢查點模型坐標值，并與外業值比較，求得檢查點余差最大值，檢查3個區域在控制點不同分布狀態下平差成果是否滿足1∶10 000比例尺成圖精度要求，各區精度情況如表2所示。

圖3 3個區域在不同控制點布設方案下平面精度變化規律

圖4 3個區域在不同控制點布設方案下高程精度變化規律

表2 3個區域在不同控制分布狀態下檢查點余差最大值/m

由表2可知，在航線交叉的公共控制點定向作用明顯，在交叉航線控制點和在航線內部選擇部分控制參與定向條件下，整體精度較好。

方案5中的P14位于航線中部，方案6中的P13、P17分別位于航線一側，其中的1區、2區余差明顯偏大，表2中的方案6僅列出了P13參與定向情況下的精度情況，P17定向時精度基本一致。通過P13、P14、P17分布情況及精度表現看，20條基線應是控制點布設的最長間隔。

在有POS輔助空三條件下[6,7]，平面精度普遍較好，在各方案下均能達到限差要求。通過3個實驗區不同方案試驗可知：

1）在有POS輔助空三條件下，平面精度普遍較好，在各方案下均能達到限差要求。

2）航線交叉、航線中部等關鍵點位置一般必須布設控制點。

3）航線交叉位置布設點位一般應盡量考慮控制點公用，盡量減少控制點數量。

4）航線交叉內外拐角均應布設控制點。

5）有POS輔助空三情況下，航線方向一般控制點間距最多為20條基線。

6 結 語

大面陣數字航空影像應用逐步普及，在帶狀等非規則區域工程應用也較為廣泛，但在有POS輔助空三條件下的特殊區域控制點布設需要在工程應用方面逐步探索和完善。本文僅對帶狀測區下的中等比例尺控制點需求進行了有限度的實驗，在大比例尺測繪等情況下的控制點需求，有待進一步實驗及分析。

[1] GB/T 13977-92.1∶5 000、1∶10 000地形圖航空攝影測量外業規范[S].

[2] GB/T 13990-92.1∶5 000、1∶10 000地形圖航空攝影測量內業規范[S].

[3] GB/T 27920.1-2011.數字航空攝影規范[S].

[4] 張劍清,潘勵,王樹根.攝影測量學[M].武漢:武漢大學出版社,2009

[5] 寧津生,陳俊勇,李德仁,等.測繪學概論[M].武漢:武漢大學出版社,2008

[6] 王鐵軍,鄭福海,王俊杰.IMU/DGPS輔助空中三角測量精度分析[J].地理信息世界,2009,6(4):47-50

[7] 蔡文惠,梁國華.IMU/DGPS輔助航空攝影測量應用探討[J].測繪通報,2009,54(4):41-43

P231.5

B

1672-4623（2015）04-0127-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.045

汪建峰，工程師，主要從事攝影測量工作。

2014-08-11。

項目來源：地理信息工程國家重點實驗室開放研究基金資助項目（SKLGIE2013-M-3-3）。