航空摄影测量中像控点的选择与布设

郑国平，李文强

(大同市勘察测绘院，山西 太同 037006)

航空摄影测量中像控点的选择与布设

郑国平*，李文强

(大同市勘察测绘院，山西 太同 037006)

航空摄影测量中像控点位置的选择与布设直接影响到内业成图的数学精度和工作效率的最大化。以大同市 1∶500成图比例尺要求的数码航空摄影项目为基础，通过分析像控点点位选择的基本要求、像控点的布设方案和施测方案，提出了内外业工作中常出现的问题并结合实践归纳总结了一些像控点选择与布设方面的技巧与方法。

航空摄影测量；像控点；基线数；选择与布设；技巧与方法

1 引 言

像控点的选择与布设是航空摄影测量解析空三加密和测图工作的重要环节，是航摄工作得以顺利进行的基础。像控点位置选择与布设的合理性、坐标测量的精确性直接影响作业成果的质量与工程完成的效率。如果像控点的选择与布设位置不当，不仅会给外业实地测量带来困难，造成工期延长，还会直接影响内业处理的正确预判、工作效率和质量的控制。因此像控点的选择与布设工作至关重要。

2 像控点的选择与布设分析

2.1 像控点点位选择的基本要求

像控点点位选择时应该遵守以下原则：①像控点的目标影像应无遮挡、清晰易辨、纹理丰富；②像控点点位距离像片边缘不应小于 1 cm；③像控点一般选择布设在航向及旁向6片或者5片重叠处；④为保证交会和定向精度，像控点距离方位线(影像边线即相邻像片像主点的连线)的距离不应小于 3 cm；⑤对于分布在自由图边、待成图边及其他方法成图的图边像控点，应选在图廓线外[1]。当然，实际工作中还会遇到许多特殊情况，要遵照标准规范灵活处理，不能以偏概全，盲目选择。

2.2 像控点的布设方案

根据测区实际面积、地形地貌等情况及工程精度等要求的不同，像控点的布设方案有三种，分别是：全野外布点、稀疏布点和特殊情况布点[2]。

(1)全野外布点

全野外布点是指摄影测量内业数据处理过程中所需要的全部控制点都由外业测定的布点方案[3]。

摄影测量工作中，根据测区内已知的一部分点的精确大地坐标，通过空三加密将全测区的任意一点坐标加密出来。由于各种原因，这些已知点有时无法从已有资料中获得，需要使用传统方法在测区内布设测量一些平高控制点，比如GPS联测，或者全站仪联测等。实际工作证明，全野外布点方法工作量大，对外界条件要求较高，一般只有在小面积测图及测图精度要求高的情况下才会采用，即一般应用于特殊要求和特殊地形。

(2)稀疏布点

稀疏布点是指在外业测量中只测定少量的像控点，然后通过内业加密的方法得到其余大部分控制点的布点方案。解析空中三角测量的外业布点方案一般采用按航线网布点或区域网布点进行[4]。

航线网是由多条航带组成，像控点应沿航线方向按照一定的航向、旁向重叠度、基线数量均匀的布设平高控制点。考虑到内业加密精度，对于航带首尾处一定要有像控点，而且每隔一定数量的像控点要布设检查点。

区域网布点时，可沿着区域网的周边布设6个或8个平高控制点。当航线和像对的像片重叠度不符合要求以及像对内有大片云影、阴影影像时，不宜采用该方法布点。再者，由于平面点布设在区域网的四周，其跨度要大于高程点，所以在区域网内部要根据一定的基线数量布设若干排高程点来满足高程的跨距要求。

(3)特殊情况布点

由于地形条件及航摄资料的影响，对于航摄区域接合处的布点、旁向重叠度不够的布点、航向重叠度不够的布点、像主点和标准点位落水的布点、水滨和岛屿的布点，均应按照规范中特殊情况布点所规定的进行[5]。

当然，成图比例尺、摄影比例尺、像幅大小、时间、地形、技术设备、经济条件等都是影响像控点布设方案选择的重要因素。对于实际项目，一定要综合考虑，选择出一套最优的像控点布设方案。

3 大同市像控点的具体施测方案

按照规范要求，传统的胶片式航摄像片在 1∶500航摄数字化成图时，像控点布设应采用全野外布设方法。但在数码航摄仪普遍使用的今天，传统胶片式航摄像片布设像控点的方法已经不再适用于数码航摄像片，而目前与其相关的国家规范中又没有对数码航摄像片像控点的布设给出明确规定[6]。所以在大同市 1∶500成图比例尺要求的数码航空摄影项目中，选择什么样的像控点布设施测方案才能满足 1∶500成图精度成为我院工作人员的研究重点。

3.1 施测区域概况

本次像控点施测区域位于大同市主城区，地势平坦，海拔在 1 020 m～1 220 m之间，施测面积为 268 km2。航摄时间为5月中下旬至7月初，航线方向沿地势走向敷设(如图1所示)，设计航向重叠度为65%，旁向重叠度为35%[7]，有效航摄像片数为 5 500张。航摄飞机为运五B-8055，航摄仪采用德国蔡司公司生产的高精度数码航摄仪[8]DMC2001，焦距为 120 mm，像幅为 92 mm×166 mm，像元尺寸为 12 μm，地面分辨率GSD优于 0.05 m。摄区范围如图2所示。

图1 数码航空摄影航线设计图

图2 摄区范围图

3.2 基线数计算

国家规范中没有明确的航摄像片控制点布设基线数计算公式，需要根据规范中加密点精度估算公式，来反算推求基线数[9]。

空三加密点平面、高程中误差计算公式如下[10]：

(1)

(2)

式中：Ms为空三加密点平面中误差(mm)；Mh为空三加密点高程中误差(m)；n为相邻像控点间的基线数；K为航摄像片放大成图倍数；mq为视差量测的单位权中误差(mm)；H为相对航高(m)；b为航摄像片的基线长度(mm)。

相对航高计算公式如下：

(3)

式中：H为相对航高(m)；f为镜头焦距(mm)；a为像元尺寸(mm)；GSD为地面分辨率(m)。

航摄像片基线长度计算公式如下：

bX=LX(1-pX)

(4)

式中：bX为航摄像片的基线长度(mm)；LX为像幅长度(mm)；pX为像片航向重叠度(%)。

依据上述已知参数及公式，得到相对航高为 500 m，基线长度为 32.2 mm，航摄像片放大成图倍数为8，约取1/3像元(0.004 mm)为视差量测的单位权中误差[9]。计算出Ms和Mh(如表1和表2所示)

空三加密点平面中误差与基线数关系 表1

空三加密点高程中误差与基线数关系 表2

3.3 加密点精度要求

根据《GBT 7930-2008 1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范》要求，1∶500地形图加密点的平面精度如表3所示；高程精度如表4所示。

平面位置中误差 表3

高程中误差 表4

依据表3，表4精度要求，结合实际统计验证，从表1，表2中计算结果可以看出，为满足 1∶500地形图在非山地地带的精度要求，沿航线方向布设像控点时，平面控制点每隔不超过4条基线布设一个，高程控制点每隔不超过6条基线布设一个。像控点选择时，尽量选择影像重叠度高、色调均匀、色彩分明、纹理丰富、比高最小的清晰平面地物，并且航带首尾必须有像控点，必要时可增加航带首尾的像控点数量。这样能减少外业工作量，缩短内业成图周期，降低项目成本。

3.4 像控点的目标选择

像控点的目标位置选择是像控点测定中的一个关键步骤，直接影响内业数据处理和外业测量工作。在实际工作中，在可选区域内要仔细考虑，选出可以在实地、影像上明确辨认、无遮挡的理想物点作为像控点。选择像控点时，不仅要考虑规范要求、成图要求，还要考虑地形测量视野广阔(RTK对地形要求相对较低)、交会图形理想等传统测量方法的要求[11]。

总之，不论是平高点、平面点还是高程点，最好选择在贴近地面又近似直角的可明确辨认的目标点位上。例如：白黄色斑马线拐角点、平台拐角点、道路交叉点等。

3.5 像控点的位置标定

像控点的位置标定是指在航摄像片上标示出像控点的准确位置。实际工作中，本文采用的方法是：①仔细反复核对影像目标与实际地物是否对应正确；②确认无误后，使用大头针在影像上刺出像控点所在位置，并使用“△”或“○”在影像矩形框内标记出刺点位置(见图3像控点刺点图)，便于在影像上寻找像控点位置；③翻转影像图，在影像背面绘制像控点所在位置草图，并注明点号、点位、刺点人、检查者、刺点日期等信息，并指出北方向，所有文字字头朝北；④使用手机等拍照设备对像控点进行近景、远景拍摄，并修改相片名，使其与点名一致，明确像控点与周围地物的参照对应位置关系。拍照时，一般由南向北拍摄；⑤如果有不确定目标点时，可在像控点可选范围内选择布设多个像控点，以便内业处理时有所选择，避免返测。

图3 像控点刺点图

为简化内业工作，保证像控点精度，本文还制作了统一而又规范的像控点点位信息表，供外业测量人员使用，进一步提高作业效率。

3.6 像控点施测步骤

像控点选择布设准备工作完成后，根据施测方案要求，在快拼影像上标出像控点概略位置，作为像控点测量的索引图。即像控点应选择布设在图4红色圆圈(像控点概略位置)范围内。

图4 局部像控点选择布设索引图

外业测量人员利用索引图找到像控点概略位置后，使用该处高分辨率影像确定像控点实际位置进行多次测量，并刺点绘制草图(如图5所示)，填写像控点点位信息表(如图6所示)，供像控点转刺、存档时使用。

图5 像控点点位草图

图6 像控点点位信息图

每日测量完成的像控点坐标都要及时按照要求进行计算，然后转交与内业数据处理人员。本文数据计算表格如图7所示，计算结果超限数据自动标红，对于此类数据酌情使用或重新测量。

4 内外业工作中像控点的选择与布设总结

本文已完成了大同市1∶500成图比例尺要求的数码航空摄影项目中所有像控点的选择与布设。像控点测量的速度快，质量高，充分发挥了像控测量人员的各项技能。像控点测量过程中，总结出了一套实用的像控点选择与布设的技巧与方法。

4.1 像控点选择布设中的常见问题

(1)许多特殊区域(如：军事管辖区、工厂、陡山)大面积无像控点，空三精度无法保证。

(2)一些像控点被高大地物、植被、标志牌、阴影等遮挡，无法在航摄像片上明确刺点。

(3)一些像控点位置的纹理、色彩与周围地物的纹理、色彩很接近，色差小，容易造成误判，无法明辨像控点位置。

图7 像控点数据计算表格截图

(4)一些像控点位置所在地物发生变化(如：拍摄前正在建设，像控点测量时已经建设完成)，无法在空三加密时转刺像控点。

(5)由于航摄时飞机发生抖动、摇摆、颠簸，摄影时产生倾斜，使像片上的地物产生倒向，刺点时地物顶部和侧面纹理一样，无法明辨像控点具体位置，影响加密精度，延长工作时间。

(6)使用RTK测量像控点时，测量人员忘记改变杆高，导致高程发生异常，空三加密时出现错误。

4.2 像控点选择与布设技巧与方法

(1)选择像控点时，像控点的位置应与周围地物、环境纹理区分明显，色彩差大(如：斑马线、规则花坛内角、平围墙拐角等)。

(2)像控点位置最好位于没有高低起伏的平面上，空三加密刺点时不容易出现高程异常。

(3)选择像控点时，尽量避免或远离高大建筑、树木、墙体、烟囱、红旗、广告牌等，这些地物附近的像控点看似无遮挡，但航摄角度不同或稍加倾斜拍摄，就会造成遮挡，导致像控点无法使用。

(4)不能将像控点位置选在可移动、可能发生移动及新建的地物上。

(5)像控点测量时，对于一些不能确定、可能发生歧义的像控点，一定要在其周围明显地物上选测一些备用点位，避免重测。

(6)如果像控点的标准点位很难实测，最好在其附近(100 m范围内)选择布设像控点，以达到内业数据处理要求。

(7)如果在像控点标准点位及其附近无法选择出理想的平高点，最好在此区域内选测一个高程点，用来以提高该区域的高程精度。

(8)摄影时受太阳高度角的影响，空三加密立体情况下选刺像控点时，房屋北边的房角或围墙较为清晰易刺，所以在大片房区选择像控点时，优先选择北边房角或围墙拐角。

(9)像控点必须选择在屋顶上时，要优先选择更容易在立体模型上刺准的平屋顶的屋角[3]；屋顶和墙体颜色不同时，也要优先选择(房屋发生倒向时，屋顶和墙体色差大，容易区分像控点位置，易切准)。

(10)楼群聚集区域选择像控点时，优先选在墙角、门卫房、电子门洞、花坛拐角内角或道路斑马线直角处。选择斑马线作为目标点时，要考虑现状是否和摄影时一致，如果斑马线被刷新，不建议选择此目标。

(11)在无明显特征地物稀少的地区(山区、野地、田地)选择像控点时，优先考虑坟头祭台、桥、涵洞、加固渠口、井房、界碑、里程碑、规则大石块等。

(12)地物的锐角、直角、钝角，优先选择则直角处作为像控点位置(由于受像片清晰度、拍摄角度、色差等因素影响，锐角处容易“消失”，钝角处容易使人看成圆弧，无法明确判断像控点位置)。

(13)类似于加固水池、垃圾池、花坛等规则带宽多边形，优先选择其内角作为像控点位置(内角纹理清晰，色差大，容易刺准位置)，如图8所示。

(14)像控点照片拍摄时，拍摄角度最好为南北方向(与空三加密时刺点航片方向一致，易查找像控点点位)，拍摄范围要开阔一些，将相对关系表现出来。

(15)有湖泊、公园湖等水域，要围绕其周围凸出、凹陷等特征明显处尽可能多的布设像控点，以确保加密时的精度。

图8 规则带宽多边形像控点位置

5 结 语

航空摄影测量中像控点的选择与布设是空三加密、内业成图及精度检查中的一个关键问题。目前，为了适应各种数字航摄仪和不同地形条件的要求，满足更多方面的应用，像控点在选择与布设的理论与实践等方面都需要进行合理的改进和完善，需要行业人员的进一步探索研究。实际作业中，影响像控点质量的因素是多方面的，需要工作者认真负责，不怕麻烦，借鉴前辈们的工作经验，不断发现，不断探索，不断总结，在规范标准的基础上，凭借丰富的经验，灵活的制定一套经济、可靠性高、较理想的像控点的选择布设方案，用以指导生产，从而减少内外业工作量，提高生产效率。

[1] 王富强. 浅谈相片控制点布设，选刺，与施测方法[J]. 中国科技博览，2011(29)：30～30.

[2] 詹勇，黄维. 浅析航空摄影测量像控点的布设与测量[J]. 绿色科技，2014(11)：252～253.

[3] 陈福江. 浅谈航空摄影测量像控点的选择[J]. 城市建设理论研究，2012，3.

[4] GB/T 7931-2008. 1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S].

[5] 吴金明. 新疆戈壁地区航测外业像片控制测量工作的探讨[J]. 城市建设理论研究，2013(10).

[6] 邢建华. DMC230大幅面数码航空影像像控点布设实验[J]. 铁道勘察，2013(5)：14～16.

[7] 裴智惠. 超轻型组合航空数码相机关键技术研究[D]. 山东：山东科技大学，2011.

[8] 陈红权，徐而迅，周彤. 基于DMC的像片控制测量布点方案探讨[J] 现代测绘，2009(1).

[9] 张文安，苗小利. 数码摄影测量加密点中误差的估算公式改进[J]. 矿山测量，2010(2)：9～10.

[10] 苗小利，张增场，张环. 基于DMC数码影像像控测量布点方案的确定方法探讨——以黄甫川测区为例[J]. 矿山测量，2007(3)：11～12.

[11] 尹乾乾，翟省伟，张磊. 航空摄影测量影像定向的若干解析[J]. 中文信息，2014(1).

Preliminary Discussion on the Selection and Layout of Image Control Point of Aerial Photogrammetry

Zheng Guoping，Li Wenqiang

(Datong Institute of Surveying and Mapping，Datong 037006，China)

Selection and layout of image control point position in the aerial photogrammetry has directly influence on mathematical precision of mapping and maximize efficiency. The basic requirement of image control point position selection，layout scheme and surveying scheme of image control point are introduced which are based on the project of 1∶500 mapping scale requirements of the digital aerial photography in Datong city. Some problems that often appear in the office and field work are proposed and some skills and methods of selection and layout of image control point are summarized which combined with practice.

aerial photogrammetry；image control point；baseline；selection and layout；skills and methods

1672-8262(2017)03-104-06

P231

B

2016—08—31

郑国平(1990—)，男，助理工程师，主要从事测绘数据处理及航空摄影测量内外业工作。