高文峰，劉 楠

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142；2.徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專欄

POS輔助DMCII230在鐵路勘察設(shè)計(jì)應(yīng)用中的精度分析

高文峰1，劉 楠2

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142；2.徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

針對(duì)DMCII230大幅面數(shù)碼航攝儀的工程應(yīng)用精度進(jìn)行試驗(yàn)分析，通過(guò)對(duì)同一試驗(yàn)區(qū)域獲取的不同地面分辨率(GSD)的航片進(jìn)行空三加密和精度對(duì)比分析，并對(duì)POS輔助DMCII230數(shù)碼航攝相機(jī)的像控點(diǎn)布設(shè)方式及精度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在滿足工程需求的情況下選擇最優(yōu)化的GSD和像控點(diǎn)選擇方案。

DMCII230；航空攝影測(cè)量；像控點(diǎn)布設(shè)；精度分析

一、引 言

近年來(lái)，數(shù)碼航攝相機(jī)逐步替代了傳統(tǒng)膠片式航攝相機(jī)，航空攝影測(cè)量的效率和質(zhì)量得到了提高。國(guó)內(nèi)許多科研和生產(chǎn)單位對(duì)POS輔助航空攝影測(cè)量進(jìn)行試驗(yàn)研究。李學(xué)友等于2006年對(duì)POS輔助航測(cè)技術(shù)流程進(jìn)行了深入的研究[1]；趙海濤等對(duì)POS輔助UCD航空攝影測(cè)量直接地理定位誤差進(jìn)行了分析，將POS直接獲取的外方位元素經(jīng)偏心角改正和相機(jī)內(nèi)方位元素自檢校改正后，通過(guò)直接安置可以滿足1∶1000地形圖的成圖精度要求，但考慮大比例尺地形圖應(yīng)用的穩(wěn)定性，仍需布設(shè)少量的像控點(diǎn)[2]。在鐵路工程中，考慮勘察設(shè)計(jì)中工程應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，一般還要布設(shè)一定數(shù)量的像控點(diǎn)。在一些特殊工點(diǎn)，可能需要超出常規(guī)比例尺地形圖精度的測(cè)繪成果。本文從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，從GSD大小和像控點(diǎn)布設(shè)兩個(gè)方面來(lái)研究在POS輔助下DMCII230數(shù)碼航攝儀在鐵路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用精度。

二、試驗(yàn)及分析

1.DMCII230數(shù)碼航攝相機(jī)

DMCII230是徠卡公司新一代大幅面數(shù)碼航空攝影測(cè)量相機(jī)，其全色CCD像素?cái)?shù)達(dá)到15 552像素×14 144像素，CCD大小為5.6 um，焦距為92 mm，相幅大小近似于傳統(tǒng)的框幅式相機(jī)，具有較大的基高比。相對(duì)于其他數(shù)碼航攝相機(jī)來(lái)說(shuō)，它可以無(wú)縫地與傳統(tǒng)航測(cè)生產(chǎn)流程銜接，大大減少了工程應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。另外，與傳統(tǒng)膠片式航攝相機(jī)相比，其航片處理自動(dòng)化程度高，且具有更高的空間和光譜分辨率。

2.試驗(yàn)區(qū)概況

選擇某鐵路的一個(gè)測(cè)段進(jìn)行試驗(yàn)，在該區(qū)域內(nèi)采用POS輔助DMCII230數(shù)碼航攝儀分別獲取5 cm和10 cm兩種不同分辨率的航片，航向重疊度65%，旁向重疊度30%，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)了43個(gè)平高點(diǎn)作為空三加密像控點(diǎn)和質(zhì)量檢查點(diǎn)，平面采用GPS快速靜態(tài)測(cè)量，高程采用四等水準(zhǔn)測(cè)量，刺點(diǎn)精度優(yōu)于5 cm?？刂泣c(diǎn)的分布如圖1所示。

圖1 10 cm航片及像控點(diǎn)分布情況

3.試驗(yàn)方案

為了對(duì)比相同地面分辨率(GSD)、不同像控點(diǎn)分布情況下，利用立體模型采集的平面和高程精度，試驗(yàn)針對(duì)5 cm和10 cm兩種分辨率的GSD分別采用多種像控點(diǎn)布設(shè)方案進(jìn)行空三加密，利用質(zhì)量檢查點(diǎn)進(jìn)行精度對(duì)比分析，獲取實(shí)際工程應(yīng)用精度。

4.精度分析

(1)10 cm航片空三加密方案及精度分析

根據(jù)像控點(diǎn)的分布情況，分別采用多種控制點(diǎn)均勻分布(采用POS數(shù)據(jù))方案進(jìn)行空三加密，并對(duì)不同方案的精度進(jìn)行對(duì)比分析。各種像控點(diǎn)布設(shè)方案如圖2所示。

圖2 10 cm航片空三加密各種像控點(diǎn)分布方案示意圖(部分)

10 cm航片試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的43個(gè)有效控制點(diǎn)，除去空三加密所用控制點(diǎn)之外，其余作為質(zhì)量檢查點(diǎn)對(duì)不同空三加密方案的精度進(jìn)行分析，精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 10 cm航片不同空三加密精度分析對(duì)比表

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①按照《鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范》(TB 10050—2010)[4]規(guī)定，各種方案均能滿足1∶500地形圖的精度要求；②在采用4個(gè)像控點(diǎn)的情況下，平面和高程誤差均控制在一個(gè)像元之內(nèi)，且平面精度達(dá)到了0.5個(gè)像元；③當(dāng)像控點(diǎn)數(shù)量達(dá)到8個(gè)時(shí)(均勻分布)，其平面和高程精度有明顯的提高，當(dāng)繼續(xù)提高像控點(diǎn)數(shù)量時(shí)，其精度已經(jīng)沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明此時(shí)像控點(diǎn)對(duì)精度的貢獻(xiàn)已經(jīng)被像控點(diǎn)本身誤差、人員分辨誤差等所掩蓋。

(2)5 cm航片空三加密方案及精度分析

與10 cm航片的試驗(yàn)一樣，根據(jù)像控點(diǎn)的分布情況，分別采用多種控制點(diǎn)均勻分布(采用POS數(shù)據(jù))方案進(jìn)行空三加密，并對(duì)不同方案的精度進(jìn)行對(duì)比分析。各種像控點(diǎn)布設(shè)方案如圖3所示。

圖3 5 cm航片空三加密各種像控點(diǎn)分布方案示意圖(部分)

在5 cm航片試驗(yàn)范圍內(nèi)一共有24個(gè)有效像控點(diǎn)，利用質(zhì)量檢查點(diǎn)對(duì)各種像控點(diǎn)布設(shè)方案下的精度進(jìn)行分析，精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①在像控點(diǎn)多于5個(gè)的情況下，根據(jù)《鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范》，其平面和高程精度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1∶500地形圖精度的要求，能夠滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50308—2008)[5]中的地形圖精度需要；②平面和高程精度基本上控制在1個(gè)像元之內(nèi)，這與10 cm航片試驗(yàn)的類似，當(dāng)像控點(diǎn)提高到8個(gè)時(shí)，其平面和高程有明顯的提高，隨著像控點(diǎn)繼續(xù)增加，平面和高程精度提高不明顯；③隨著GSD的提高，高程精度提高明顯，說(shuō)明GSD對(duì)高程精度的影響更加明顯。

表2 5 cm航片不同空三加密精度分析對(duì)比表

三、結(jié)束語(yǔ)

POS輔助數(shù)碼航空攝影測(cè)量技術(shù)提高了鐵路勘察設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。通過(guò)本文試驗(yàn)可以看出，POS輔助DMCII230數(shù)碼航攝相機(jī)獲得高分辨率的數(shù)碼影像，高程精度隨著GSD的提高有明顯的提高，平面和高程精度隨著像控點(diǎn)數(shù)量的增加，精度也有明顯提高，但當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，其精度被其他誤差(控制點(diǎn)測(cè)量誤差、人員分辨誤差等)所掩蓋，精度呈現(xiàn)隨機(jī)變化特征。隨著GSD的提高，利用航空攝影測(cè)量方法獲取的平面和高程精度均得到明顯的提高，為航空攝影測(cè)量在鐵路工程中的應(yīng)用拓展提供了技術(shù)支撐。

[1] 李學(xué)友，趙榮軍，李英成，等.IMU/DGPS輔助航測(cè)技術(shù)在大比例尺航測(cè)成圖中的應(yīng)用[J].測(cè)繪科學(xué)，2006，31(1)：60-61.

[2] 趙海濤，左正立，房成法，等.POS輔助UCD航空攝影測(cè)量直接地理定位誤差分析[J].測(cè)繪信息與工程，2008，33(3)：45-46.

[3] 劉力榮，左建章，關(guān)艷玲.POS輔助航空攝影測(cè)量精度分析[J].測(cè)繪科學(xué)，2012，37(4)：197-201.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10050—2010鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范[S].北京：[s.n.]，2010.

[5] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50308—2008城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[6] 袁修孝.GPS輔助空中三角測(cè)量原理及應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社，2001.

(本專欄由徠卡測(cè)量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)

2014-12-02

鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司重點(diǎn)課題(721141)

高文峰(1976—)，男，河南漯河人，高級(jí)工程師，從事鐵路航空攝影測(cè)量與遙感技術(shù)應(yīng)用研究。