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據獲取的手段。一般地，從航空攝影到基礎地理信息數據產品的獲取包括航空攝影、地面控制、空三加密、內業測圖等幾個階段。傳統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測圖所需的外方位元素數據。隨著DMC等數字航攝儀開始應用到航測生產領域當中，DMC影像數據在全數字攝影測量中發揮了越來越重要的作用。本文利用DMC數碼航空影像，通過實驗對DMC數字航攝資料的外業像控的布點方案、基線數量、點位位置采取不同方案進行內業加密問題進行研究、分析和總結，探討DMC在全數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，發展到今天的全數字攝影測量，其技術日益完善，成圖周期短、費用低、精度高的優點得到充分體現，使得航測成為快速測繪大面積地形圖的重要手段。目前廣泛采用傳統的膠片航攝儀的航攝資料，進行大比例尺數字航測成圖，其膠片影像必須經過掃描得到TIF數據，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。數碼航攝像機的出現無疑成為航空攝影測量的又一個里程碑。DMC數據與膠片數據相比，主要優越性在于：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節不復存在、影像層次和信息更加豐富、數據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碼航空相機至今，經過幾年的發展，數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，一些地區為了獲取現勢性強、色彩豐富的航攝資料，決定選用目前最先進的數碼航空相機（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的航攝資料，沒有什么現在經驗可供借鑒，為了最大限度地降低外業作業工作量，我們決定通過實驗總結出既可達到成圖精度要求，又可大大減少外業像控布點數量的布點方案。我們選取近100km2作為實驗區，實驗區位于濟源市，實驗區內有平地、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個連續像對無補飛的區域作為試驗區域。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，尋求最佳作業方案，從而達到進一步減少必須的像控點個數，降低外業工作強度，提高生產效率，節約生產成本。

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節。方興未艾的跨越式大發展的進程中，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。傳統外業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量，增大航線間的跨度，而不影響測區加密的精度，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布點方式，既能減少外業工作量，又能滿足空三加密的精度要求。

2.2 內業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域網布點方案，在Geolord-AT系統平臺上完成空三加密作業。

試驗一：

按照空三加密規范要求，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，并統計平差精度，經過統計分析，地面定向點中誤差統計表見表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。經過統計分析，地面定向點，檢查點，及模型連接點的中誤差統計表見表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。經過統計分析，地面定向點，檢查點，及模型連續點的中誤差統計表見表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。經過統計分析，地面定向點，檢查點，及模型連接點的中誤差統計表見表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；即使跨度基線數增加到8條，其平面精度和高程精度仍然遠遠高于現行規范要求，實踐表明采用DMC數據進行區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。由上式可知，航向跨度基線數增加，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數據由于基線長度變短，從而變程量測精度要低于23cm×23cm的傳統膠片數據。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）數字空中三角測量的模型連結強度是很強的，不僅表現在加密點數量多，重疊度加密點的數量也很多，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航攝資料的一半，因此，把基線長提高到與傳統航攝資料接近的長度，空三加密也可達到精度要求。根據已有規范，外業影像而言，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航報數據進行全數字航測，正如試驗結果表明的那樣，具有許多優越性，這是全數字攝影測量發展的必然，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數據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字攝影測量軟件大多基于輻射分辨率8bit開發，在處理DMC數據時，需要將12bit的DMC數據轉為8bit，這樣帶來的問題是每張影像的數據量增加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數據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；加之每張影像數據量大到300多兆，在海量影像數據的存儲、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、穩定性好、安全性高成為首要考慮的問題。

3 結論和展望

全數字攝影測量系統進行空三加密自動化程度高，大大提高了工效。但在全數字攝影測量領域，目前還沒有一個正式的作業規范。全數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規范迫在眉睫。

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

其次，DMC數碼影像在影像邊緣變形不大，可不必考慮傳統航空影像對影像邊緣的一些嚴格規定，即外業像控點可布設在影像的邊緣或靠近影像邊緣的位置。

隨著傳統測繪被數字化、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，傳統的質量控制技術已明顯落后。作業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務水平，牢牢抓住各工序的質量監控點，把問題盡量消滅在萌芽狀態。在作業規范的制定過程中，應參考規范的制定過程中，應參考原有的各種測量規范，加入全數字攝影測量的概念，結合生產實踐，進行充分的調研，確保規范的合理性和適用性。工程技術的發展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現代科學技術和測繪新技術的發展，給直接為經濟建設服務的工程測量帶來了嚴峻的挑戰和極好的機遇。航空攝影測量也不例外，DMC航空攝影能減少野外作業，減輕勞動強度，并且不受地理條件的限制，具有快速、精確、經濟等優點，特別適合于城市密集地區的大面積成圖，更是我們今后大比例尺數字成圖的一個重要方向。

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[責任編輯：湯靜]