大比例尺数码影像航测像控布点方案探讨

张鑫

摘要：本文通过分析光束法区域平差理论，对理论的分析以及具体实验，旨在研究出合理实用的大比例尺数码影像航测像控布点方案。

关键词：大比例尺，航测像控布点，方案

在航空摄影测量中常用的加密室内控制点的方法有航带法、独立模型法以及光束法，其中光束法在理论上最为严密，不过由于像点系统误差的存在，影响了其加密精度。但是随着数字测量工作站的出现，以及计算机硬件技术的不断发展，都极大的提升了光束法区域网平差应用在摄影测量中的可能性。近年来，光束法区域网平差逐步取代了航带法区域网平差和独立模型法，成为了空中三角测量的主力军，并被用于大比例尺的数码影像空中三角测量，但是由于数码影像在像符、像素方面的地面分辨率与常规胶片存在差异，以及在大比例尺空中三角测量区域的布点中有一定不足，所以大比例尺光束法区域网平差像控布点仍然需要不断研究，找出合适的像片控制点布点方案。

1、光束法平面精度与高程精度

1.1光束法依据其理论基础——共线方程式，以每一张相片为单元来构建误差方程和法方程，并通过误差方程的构建，利用最小二乘原理，在全区域内解算出相片外的物方坐标、方位元素的值。

1.2区域网平差的平面精度分析：

四角控制、八点法和密周边布点法是平面控制方案中常见的三种，在布点密度上有所不同，将这三种布点方法在旁向重叠20%的情况下，利用光束法进行区域网平差，得出四角控制法平面精度为，八点法平面精度为，密周布点法平面精度为，其中 用以衡量区域网平常的平面精度， 是像点观测误差，m是区域中的航带数。

由这三个结果可以看出，平面控制密度及航带数对区域网平差的平面精度有影响，在区域网周边有较为密集的平面控制的情况下，其平面精度与区域网内部平面控制、区域网的大小的关系极小。

1.3区域网平差的高程精度分析：

为了克服误差传播的不利影响，区域网对于高程控制网的要求，比对于平面控制网的要求要高，这就导致了区域网之内一定要有高程控制。锁型高程控制会布设三排高程控制，分别位于中部隔航线以及垂直航向的首尾；方格型高程控制的极限跨度与航线间隔相等。

当使用方格型高程布控方案时，旁向重叠为60%，区域网平差高程精度为，采用锁型高程布控方案，旁向重叠为20%，区域网平差高程精度为，其中i为高程控制中的航向跨度。

由这两个数据的比较可以看出，区域网平差高程精度和高程控制的跨度是有直接关系的。

1.4光束法区域网平差的平面、高程的平差解算可以分别进行，这样既可以降低对于计算机性能的要求，又可以利于控制点稀疏导致最小二乘迭代收敛性不满意的情况，对实际工作帮助很大。

1.5高程控制对于高程跨度的要求

UCD数码设备、DMC数码设备、SWDC4以及德国禄莱6008AF等众多数码设备获取的影像都可以用于大比例尺成图，其中以UCD和DMC为主导，这些影像源的共同特点是像素物理尺寸较小，所以影像清晰度和地面实际的分辨率都比较高。在进行航空摄影时，由于不同的数码影像设备在实际地面覆盖范围方面有区别，所以采用不同的航摄仪器进行大比例尺成图高程布设的时候，其高程控制带之间所跨的基数线也有所不同，在高程控制中无法按照传统航测技术规范来计算跨度；同时根据以往的数码影像航测的调查，认为1：500～1：2000的比例尺范围，高程控制带之间的跨度不应该以跨越了多少条基数线来衡量，而是以实际地面地面跨度为准。

面对这种情况，在大比例尺数码影像航测外控布点的时候，我们可以选择一小块测区，采用全野外高程布设来做实验，首先进行内业加密，然后在进行高程控制带抽稀后，通过控制点余差之中的误差来确定高程控制带之间的实际跨度。

2、数码影像航测的特点和缺陷

2.2特点：

⑴不论是进行摄影还是后期补飞，航空摄影的灵活度和可操作性都比较高，如果采用轻型飞机作为飞行平台，可以有效提升工作效率，并且降低航摄成本。

⑵传统的胶片摄影实际分辨率普遍不高，一是因为受到胶片化学乳胶颗粒的碾磨粗细程度影响，二是在扫描过程中，存在因为二次采样产生的影像噪声；而数码摄影避免了这种情况，一次成像，有效提升了影像的量测精度。

⑶航测由于其灵活性，可以较快的开展工作，这样就避免了客观条件的限制，可以缩短工期，提升效率。

⑷数码影像航飞成图完全符合大比例成图在精度方面的要求，满足大比例尺地形测绘、大比例尺城市规划建设的用图要求。

2.2缺陷

可能会受到天气、气流等方面自然因素的影响，同时因为平面与高程控制点的原因也可能会出现一定的粗化现象。

3、像控中的誤区与改进

2.1高程控制也具有密周边性

像片控制是由平面控制和高程控制两方面组成的，由上文内容可以得知，平面控制布点和高程控制布点，因为区域网平差的存在，在布控方案的设计上也应该是各有侧重点的。整体区域网平差精度受高程控制带航向跨度的影响，但是如果增加控制带之间的跨度，在顶部、底部航线之间适当的增加六个高程控制，平差精度也不会有明显的降低，也就说明了高程控制也具有密周边性。

2.2平面控制与高程控制分开更具有优势

平高控制点因为其大大减少了控制点的数量，减少了野外观测工作量的特点，在国内摄影测量界一直广受欢迎，但是随着GPS和RTK技术在测量中使用率的增加，控制点的数量对野外观测工作的工作量已经失去了明显影响，允许平高分开往往使野外选点工作更容易进行；并且，由于一味的注重平高控制点的优势，在许多需要大比例尺航测成图的区域内，反而无法同时满足对于平面和高程的要求，影响了选点的精细程度。

因此，在在大比例尺数码影像航测像片控制测量中，可以采用分别布设平面控制网与高层控制网的方法，来满足平面和高程在区域网平差中不同的要求。

4、平面布点方案实例

我们实地进行了大比例尺数码影像航测像控布点方案实验，地点选取了东莞市谢岗镇的粤海装配技术工业园区，此处为丘陵地带，杂草丛生，对于航测存在一定影响。实验采用焦距100.5毫米的UCX数码航摄仪，其航摄比例尺为1：5000，像符为103.896mm×67.824mm，像元分辨率为7.2微米。我们采用四角法（a）、八点法（b）、密周边布点法（c）和密周边布点法后在区域中添加平面法（d）四种方法进行测试。

对四种方法分别采用国内使用较多的克莱恩教授的PATB进行空中三角测量平差解算，用内业加密点和地物点对野外实地打点进行对比，得到如下平面中误差统计（表一）和和误差比较（图一）：

从统计结果可以看出增加周边平面控制，对改善区域网平差后的平面中误差的有效作用，在采用密周边布点后可以有效改善误差情况，达到国家对于比例尺的规范要求，而采用在密周边布点后又在区域网内增加平面控制的方法，既增加了工作效率，对区域网平面精度也没有提升作用，不具有可用性。所以我们可以得出结论，在大比例尺数码摄影航测成图的平面控制进行布点时，采用密周边布点效果较好，区域网内的平、平面控制则不需要做更多操作。

结语

通过文中的实例和数据可以看出，密周边布点法在大比例尺数码影像航测像控布点的众多方案中是比较理想的，随着科学技术的不断发展，以后也许会出现更为合理、便捷的大比例尺数码影像航测像控布点方案，这需要大家的共同努力。

参考文献：

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