云南航空摄影像控点布设方案研究与精度验证

匡秀梅

摘 要：该文选取云南地区2015年UCXp WA航摄影像作为实验数据，对同一区域进行六种不同外业像控点布设方案，通过空中三角测量实验研究及对比分析，制定出符合云南1∶2 000航空摄影数字正射影像制作精度要求的基于UCXp WA数码航空影像的控制点布设方案。

关键词：UCXp WA 像控点布设 空三加密 像控测量

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0001-03

在经济飞速发展的今天，航测数字化成图已成为我国城市测绘的一种主要手段，而随着航空摄影测量在各个测绘应用领域的普及，关于影像控点的测量任务也日趋增多。控制点布设方案的优劣关系着整个项目的进展和质量。

随着IMU/GNSS技术和数码航空摄影技术的发展和广泛应用，对于区域网像控点的布设要求，原有航空摄影测量的国家标准和规范已不能满足当前技术发展的需要。該文通过UCXp WA航摄仪获取的影像，选取有代表性的区域作为实验数据，通过对局部验证区测试的方法，对同一区域网采用不同外业像控点布设方案，进行IMU/GNSS空中三角测量实验研究及精度评定。为云南省约6万km21∶2 000数字航空摄影和DOM制作项目控制点布设方案的设计提供技术支撑。最后制定出在保证精度的前提下，能减少外业像控测量工作量、降低生产成本、缩短项目生产周期的像片控制点布设方案。

1 实验数据准备

1.1 测区自然地理概况

测区范围位于云南省西北部区域，主要覆盖楚雄市、大理市、丽江市、迪庆藏族自治州南部、怒江傈僳族自治州东部、玉溪市西北部、普洱市东北部共7个市，36个县北部。西北部丽江与大理交界处最高点高程为4295.3 m，南部最低点楚雄市双柏县南端的三江口，海拔556 m左右。独特的地理位置、奇特的地形地貌，孕育出个性鲜明的高山峡谷、河流湖泊、原始森林、溶洞温泉等奇特景观。整体地形情况如图1所示。

1.2 数码航摄仪

该项目航空摄影采用一台UCXp WA数码航摄仪、一台DMC-230数码航摄仪、二套POS VA510。该文只针对UCXp WA数码航摄仪影像进行像控测量方案布设研究与精度验证。

UCXp WA外形与UCXp大体相同，主要是缩短了焦距（100 mm变为70 mm），在同等地面分辨率的情况下，大大降低了飞行高度，增加了可飞行天气的数量。适用于大范围（旁向覆盖大）的项目（低分辨率时飞行高度与UCXp降低30%），且受低云影响小，可充分利用云下摄影。此外，对于空域高度的飞行限制又多了一个选择（见表1、表2）。

1.3 实验数据

精度验证区选择是整个航摄区域的具有代表性典型地形区，位于楚雄市牟定县和禄丰县交界处（位置如图2所示），试验区地形平均海拔约为2 050 m，最高与最低处高差约为950 m，属山地地形该区，森林茂密。

实验区域航线数为4条，每条航线约32张影像，像片总数为125张。摄影参数如表3所示。

2 像控点布设

2.1 布设依据

试验区精度验证时像控点布设方案参照《数字航空摄影测量控制测量规范》（CH/T 3006-2011）。规范中对IMU/GNSS辅助光束法区域网平差的布点要求比较模糊，规定：“在区域网四个角点处布设平高控制点，平坦地区区域网中根据需要加布高程控制点”。具体如果加布高程控制点没有明确说明。因此，需要经过实验验证成图精度后，确定IMU/GNSS辅助光束法区域网平差的布点方案。

2.2 像控点布设方案

该次实验根据光束法区域网整体平差原理，利用TOPGRID进行试验区的空三加密计算，采用了6种像控点布设方案进行测试。

（1）像控点布设方案一。

采用常规像控摄影技术制作地形图时的控制点布设方案，航向跨度4条基线，旁向跨度每2条航线布设一排平高点。该方案共布设21个定向点，4个检查点。

（2）像控点布设方案二。

该方案在规范明确要求的条件基础上适量放宽航向基线跨度，航向跨度8条基线，旁向跨度每2条航线布设一排平高点，共布设12个定向点，13个检查点。

（3）像控点布设方案三。

该方案在规范明确要求的条件基础上进一步放宽航向基线跨度，航向跨度12条基线，旁向跨度每2条航线布设一排平高点，共布设9个定向点，16个检查点。

（4）像控点布设方案四。

该方案航向跨度4条基线，旁向跨度每4条航线布设一排平高点，共布设14个定向点，11个检查点。

（5）像控点布设方案五。

该方案航向跨度8条基线，旁向跨度每4条航线布设一排平高点，共布设8个定向点，17个检查点。

（6）像控点布设方案六。

该方案航向跨度12条基线，旁向跨度每4条航线布设一排平高点，共布设6个定向点，19个检查点。

2.3 像控测量

像片控制测量（photo control survey）是在实地测定像片控制点平面位置和高程的测量工作，通常采用RTK测量和精密单点定位（PPP）的方式，RTK测量分为单基准站RTK和网络RTK系统（单基站CORS、多基站CORS、网络CORS）。由于云南测区为高山区，且无CORS系统，考虑几种测量方式的优劣及测区特点，像片控制测量主要采用单基准站RTK模式进行测量，无信号区域采用单点精密定位方式。

2.4 高程转换

利用中国测绘科学研究院大地测量与地球动力学研究所的高阶重力场模型，实现大地高程到1985国家高程基准的转换，转换时均加入附近的已知点进行验证检核，确保成果精度。

3 精度验证

3.1 精度要求

《数字航空摄影测量空中三角测量规范》（GB/T 23236-2009）中1∶2 000空三精度要求如表4所示。

3.2 精度检测方法

该次精度检测采用区域网平差，用平差后的定向点、检查点的中误差来评估各方案所能达到的理论精度。此次空三加密主要使用TOPGRID软件进行连接点匹配及光束法区域网平差解算，获取空三加密最终解算成果。定向点中误差按空三区域网平差报告中相关项进行评估；检查点的中误差具体计算公式按《数字航空摄影测量空中三角测量规范》（GB/T 23236-2009）7.2执行。检查点平面中误差、高程中误差分别按公式（1）计算。

（1）

式中：为检查点中误差，单位为米（m）；为检查点野外实测值与结算值的误差，单位为米（m）；为参与评定精度的检查点数。

3.3 实验结果

针对6种不同像控点布设方案，空三加密解算精度见表5。

3.4 加密后精度分析

以上6种控制点布设方案，空三精度均高于国标1∶2 000比例尺空三精度要求。根据精度验证结果，综合分析6种方案的误差统计，可以明显看出6种像控布设方案得出的精度误差基本属于同一个级别的精度，均可以满足国标规范要求中山地的定向点、检查点的平面和高程的精度要求，可用于后期数字正射影像（DOM）生产需要。为确保项目特殊地区精度符合要求，该项目采用在方案五4×8和方案六4×12之间选取4×10的像控布设方案完全可以满足后期DOM生产精度要求，又兼顾了外业像控测量工作量。

4 结语

该文利用6种不同像控点布设方案，进行空三加密，对空三加密后的定向点，检查点数据进行精度统计与分析，在保证精度情况下，考虑到外业像控工作量、工期以及像控测量难度，选择了航向跨度12条基线，旁向跨度每4条航线布设一排平高点（4×10）的布点方案作为该项目UCXp WA航摄影像的像控点布设方案。

现行航空摄影测量外业规范对像控点数量的要求偏严，实际生产中可根据采用的航摄设备和像控测量技术适当地减少像控点数据量，既能保证成图精度，又能减少外业工作量，降低项目成本，缩短项目生产周期。随着数码航空摄影设备及技术以及航空数据处理系统和计算机技术的发展，航空摄影数据处理将日益自动化和智能化。

参考文献

[1] 张燕.航測外业像控点测量系统的设计与实现[J].城市勘测，2011，4（2）：104-108.

[2] 赵丽梅.基于UCXp航摄影像的像控点布设方案探讨[J].中国新技术新产品，2014（22）：11-12.

[3] 王锴华，徐爱功.基于单基站CORS的RTK精度与距离测试[J].矿山测量，2012（2）：29-31.

[4] 巩英明，王俊强，张飞.在线精密单点定位服务系统在山区像控测量中的可行性分析[J].全球定位系统，2014（8）：64-68.