盛亞欣 戴建初

摘 要? 隨著航空攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，航攝成圖在大比例尺地形圖中的應(yīng)用不斷增加，但是常規(guī)的像控布點方案外業(yè)控制點工作量較大，并且空中三角測量的高程精度較難達到國家規(guī)范精度要求。本文通過對實際項目數(shù)據(jù)的分析，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差像控布點方案，使用Imagination軟件進行機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差之后，空中三角測量的精度（尤其是高程精度）能基本滿足國家相關(guān)規(guī)范的精度要求。

關(guān)鍵詞? 構(gòu)架航線;像控布點;空中三角測量;機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：B

Key Technologies Applied Research on the GPS-supported Bundle Block Adjustment Photo-control-point Layout Schemein the Task of Large-scale Photographic mapping

Sheng Yaxin， Dai Jianchu

（The First Surveying and Mapping Institute of Hunan， Hengyang Hunan 421000）

Abstract： Aerial photography plays an increasingly important role in the task of large-scale topographic mapping along with the continuous development of the aerial photogrammetry technology.However， the traditional photo-control-point layout scheme needs a lot of manpower and material resources，and the elevation accuracy of the aerialtriangulation can hardly meet the demands of the national standard.Through the analysis of the real project data，theImagination software is employed to handle the airborne GPS-supported bundle block adjustment in this paper，by which the accuracy of aerialtriangulation（especially the height accuracy） is completely meet the needs of? the national standard accuracy requirements.

Keywords： the control line; photo-control-point layout scheme; aerial triangulation; the airborne GPS-supported bundle block adjustment

0? 引言

隨著數(shù)碼航攝儀集成雙頻GPS[1-2]進行測繪航空攝影的技術(shù)日益成熟，以及大量的大比例尺地形圖的需求，利用高分辨率數(shù)碼航攝影像進行大比例尺地形圖成圖的方法越來越得到重視和廣泛的應(yīng)用。而常規(guī)的大比例尺航測成圖中需要大量的外業(yè)像片控制點，甚至對平坦地區(qū)進行高程實測等才能達到國家規(guī)范的精度要求。因此，如何減少像控點數(shù)量，同時提高成圖精度，以達到減少外業(yè)工作量，提高工作效益，成為大比例尺航測成圖迫切的現(xiàn)實需求。

根據(jù)GPS輔助航空攝影及空三加密理論，如果空三加密時，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差[3-4]，可以打破常規(guī)像控布點方法，減少外業(yè)像控點的同時，可以滿足大比例尺成圖的精度要求。下面以湖南省不動產(chǎn)統(tǒng)一登記基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)衡山測區(qū)和數(shù)字醴陵兩個項目的數(shù)據(jù)采集為例，進行GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差像控布點方案在大比例尺航測成圖中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究，以確定利用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，配合GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差像控布點方法從理論走向?qū)嵺`的關(guān)鍵技術(shù)。

1? 理論基礎(chǔ)

1.1 機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差基本原理

機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差是把航空攝影時測量的GPS/IMU數(shù)據(jù)中GPS數(shù)據(jù)提取出來，獲得攝影中心三維坐標，然后與航測數(shù)據(jù)一起進行光束法區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差。這種平差方式是利用GPS數(shù)據(jù)對航攝相片進行空中定位，達到用GPS攝站作為空中控制來取代地面控制的目的，從而減少平差區(qū)域網(wǎng)對地面控制點的數(shù)量要求，同時提高空三加密的精度。

采用機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，地面控制點數(shù)量只需滿足空中控制網(wǎng)到地面控制網(wǎng)的坐標系轉(zhuǎn)換，同時這也可以解決航攝時GPS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)飄移量問題[5]。因此只需在每個加密分區(qū)的四角布設(shè)一個平高像控點，就可以完成坐標系轉(zhuǎn)換。再在航線兩端加飛兩條構(gòu)架航線[6-8]，以消除GPS系統(tǒng)飄移量。如果沒有構(gòu)架航線，就在航線兩端近似垂直的位置布設(shè)一排高程控制點，同樣可以達到消除GPS飄移的效果。

1.2 Imagination（暢想）空三加密軟件簡介

Imagination（暢想）空三加密軟件采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差原理，充分利用機載GPS/BD[9]數(shù)據(jù)，將時間作為參數(shù)納入平差。利用GPS后處理手段，使機載GPS/BD數(shù)據(jù)達到厘米級精度，從而直接獲取高精度的外方位元素之三個線元素，然后將其作為帶權(quán)觀測值參與區(qū)域網(wǎng)平差，最終實現(xiàn)在少量像片控制測量的前提下，完成空三加密，并使航測精度達到國家規(guī)范要求，尤其是大幅度提高航測高程精度[10]。

2? 實驗區(qū)情況

2.1 實驗區(qū)概況

實驗區(qū)1為湖南省不動產(chǎn)統(tǒng)一登記基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)衡山測區(qū)，成圖比例尺為1：2000，面積約2500 km2。航線設(shè)計為東西向飛行，涉及原始航片1240張，地面分辨率0.2 m，焦距79.8 mm，像元大小5.2μm，像幅尺寸為13080×20010，21條航線，其中包含5條補飛航線，地形以丘陵為主。

實驗區(qū)2為數(shù)字醴陵的部分區(qū)域，成圖比例尺為1：2000，面積約1200 km2。航線設(shè)計為西南-東北向飛行，涉及原始航片984張，地面分辨率0.2 m，焦距79.8mm，像元大小5.2μm，像幅尺寸為13080×20010，包含N01-N15共15條測圖航線，其中包含2條補飛航線;N27-N28共2條構(gòu)架航線，地形以丘陵為主。

2.2 實驗區(qū)的像控布點方案

2.2.1 無構(gòu)架航線的實驗區(qū)1像控布點方案

按照GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差理論，本項目區(qū)無構(gòu)架航線，則必須在區(qū)域網(wǎng)的四角各布設(shè)一個平高控制點，同時區(qū)域網(wǎng)兩端垂直于航線方向的旁向重疊中線附近各布設(shè)一排高程控制點。針對不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)，在其周邊增設(shè)像控點，凸角轉(zhuǎn)折處布設(shè)平高控制點，凹角轉(zhuǎn)折處為1條基線時，布設(shè)高程控制點，1條以上基線時，布設(shè)平高控制點。另外在區(qū)域網(wǎng)中間成“品”字形布設(shè)部分檢查點。

按照上述像控布點方案，針對實驗區(qū)1的航攝情況，具體像控布點情況如圖1所示。

2.2.2 有構(gòu)架航線的實驗區(qū)2像控布點方案

根據(jù)GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差原理，本實驗區(qū)像控布點只需在區(qū)域網(wǎng)四角各布設(shè)一個平高點，再在區(qū)域網(wǎng)中間成“品”字形布設(shè)部分檢查點即可。

針對實驗區(qū)2的航攝情況，具體像控布點情況如圖2所示：

2.3 空三加密情況

針對兩個實驗區(qū)不同的航攝情況，分別利用Imagination（暢想）空三加密軟件，進行GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，兩個實驗區(qū)的平差結(jié)果分別見表1、表2所示：

3? 實驗結(jié)果分析

3.1 精度分析

通過兩個實驗區(qū)的基本定向點殘差、檢查點最大誤差精度統(tǒng)計表，可以確定采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案，不論是無構(gòu)架航線的像控布點還是有構(gòu)架航線的像控布點，通過暢想空三加密軟件的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差后，其精度是可以完全滿足國家規(guī)范的精度要求[11]。

3.2 像控點工作量比較

3.2.1 實驗區(qū)1的像控點工作量比較

實驗區(qū)1的成圖比例尺是1：2000，按GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案，共布設(shè)了36個像控點，13個檢查點。若采用常規(guī)的像控布點方案，一般是按照“4條航線×15條基線”的區(qū)域網(wǎng)法像控布點，并且在區(qū)域網(wǎng)的中間布設(shè)一個檢查點，實驗區(qū)1則需布設(shè)35個像控點，21個檢查點。

3.2.2 實驗區(qū)2的像控點工作量比較

實驗區(qū)2的成圖比例尺是1：2000，按GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案，共布設(shè)了4個像控點，8個檢查點。若采用常規(guī)的像控布點方案，實驗區(qū)2則需布設(shè)25個像控點，16個檢查點。

3.2.3 像控點工作量比較的結(jié)論

通過實驗區(qū)1的像控布點方案工作量的比較，可以得出以下結(jié)論：常規(guī)像控布點若按“4條航線×15條基線”的原則，則航線的基線數(shù)大于60時，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案的像控點數(shù)量比常規(guī)像控布點方案少，并且航線的基線數(shù)越多，按GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案減少的像控點數(shù)量越多;航線的基線數(shù)等于60時，兩個布點方案的像控點數(shù)量一樣;航線的基線數(shù)小于60時，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案的像控點數(shù)量比常規(guī)像控布點方案多。

但是，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案，除了加密分區(qū)四角的像控點要求是平高點外，其它均可以為高程點。高程像控點比平高點難度和工作量均小的多，因此即使像控點個數(shù)一樣，GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案還是具有非常大的優(yōu)勢。

通過實驗區(qū)2的像控布點方案工作量的比較，可以得出以下結(jié)論：有構(gòu)架航線的航攝情況下，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案，可以減少80%左右的像控點數(shù)量，并且航線數(shù)越多，每條航線的基線數(shù)越多，減少的像控點數(shù)量越多，GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案的優(yōu)勢越明顯。

4? 關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 像控布點關(guān)鍵技術(shù)

無構(gòu)架航線的像控布點點位要求與常規(guī)像控布點一致，一般要求像控點必須是5片或6片重疊區(qū)域內(nèi)的特征點，測區(qū)邊緣像控點應(yīng)布在測區(qū)邊緣線外4mm以上，像控點距像片的各類標志應(yīng)大于1.0mm。有構(gòu)架航線的像控布點只要是在構(gòu)架航線與測圖航線的交點區(qū)域處布點就行，不用考慮常規(guī)像控布點的6片重疊情況，可供選擇的像控布點區(qū)域范圍較大，像控布點較為容易。補飛航線集中的區(qū)域可適當在補飛航線與原航線銜接的位置處增加像控點。

4.2 構(gòu)架航線關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)架航線應(yīng)盡量與航攝航線垂直;位于攝區(qū)周邊的構(gòu)架航線，要保證其像主點落在攝區(qū)邊界線上或邊界線之外，兩端要超出攝區(qū)邊界線四條基線;位于攝區(qū)內(nèi)部加密分區(qū)間的構(gòu)架航線，要保證其像主點落在所跨乘的加密分區(qū)界線兩側(cè)測圖航線半條基線的范圍內(nèi)，兩端要超出分區(qū)界線四條基線;構(gòu)架航線的絕對航高應(yīng)比測圖航線的絕對航高高5%-15%，應(yīng)不少于80%的航向重疊度，要保證隔號像片能構(gòu)成正常重疊的立體像對;構(gòu)架航線如其本身出現(xiàn)局部的相對漏洞或有其他缺陷（如：云影、脫膜、斑痕等），在不影響整條航線內(nèi)業(yè)加密選點和模型連接的情況下可不補攝。凡需要補攝時，應(yīng)整條航線重攝;構(gòu)架航線由于相機脈沖輸出裝置故障引起的時標信號丟失，在一條航線上連續(xù)不超過三張時，不必補攝;當構(gòu)架航線出現(xiàn)GPS攝站丟失時，應(yīng)整條航線重攝[12-14]。

5? 結(jié)論

通過本次實驗可以確定，GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案完全可應(yīng)用于航測大比例尺成圖，并且使用暢想空三加密軟件，按照機載GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差方法進行空三加密，其空中三角測量成果的精度較高，大大提高航攝成圖的大比例尺地形圖的精度。采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案在無構(gòu)架航線航攝分區(qū)航線基線較多的情況下，比常規(guī)的像控布點方案可以減少像控點的數(shù)量，并且除四角是平高點外，其余的控制點可以是高程控制點，大大降低外業(yè)像控點的難度。

有構(gòu)架航線的航攝方案，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的像控布點方案在航攝設(shè)計階段就可以確定像片控制點的位置，故可以在航攝設(shè)計階段，利用衛(wèi)星影像，將航攝區(qū)域調(diào)整到地面有明顯標志地物的位置，便于像控布設(shè);或者根據(jù)需要提前進行地面布標。較之傳統(tǒng)的航測作業(yè)流程可以根據(jù)需要進行調(diào)換，可以像控和航攝同時進行，甚至可以先做好像控，縮短項目工期。并且只需四個平高像控點就可以滿足精度要求，較之常規(guī)的像控布點方案減少約80%的像控點數(shù)量，減少外業(yè)像控點的成本。

參考文獻/References

[1]徐丹丹，趙興旺，徐躍等.GPS雙頻觀測值差分碼偏差估計及精度分析[J]. 全球定位系統(tǒng)，2018（5）：17-22.

[2]李英成，王鳳，孫新博等.雙頻GPS輔助低空航攝大比例尺空三精度分析[J].遙感信息，2017（6）：22-26.

[3]袁修孝.POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差[J].測繪學(xué)報，2008（3）：342-348.

[4]秦修功，陳曦，楊遼，等.構(gòu)架航線對無人機影像區(qū)域網(wǎng)平差精度影響分析[J].測繪科學(xué)，2017（1）：150-157+163.

[5]鄭亮，王刊生.稀少控制條件下無人機空三加密及在公路地形測圖中的精度分析[J].測繪通報，2017（11）：139-143.

[6]莊利有，方德濤，劉珊珊等.提高非量測相機高程精度關(guān)鍵技術(shù)分析[J].測繪通報，2018（7）：133-136.

[7]李勇軍，左娟.構(gòu)架航線在無人機航攝中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2017（2）：206-208.

[8]張艷紅，鄒小香，朱雪輝.構(gòu)架航線在空三加密中的應(yīng)用研究[J].江西測繪，2018（4）：19-22.

[9]袁修孝，蔡楊，史俊波等.北斗輔助無人機航攝影像的空中三角測量[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2017（11）：1573-1579.

[10]袁修孝，付建紅，樓益棟. 基于精密單點定位技術(shù)的GPS輔助空中三角測量[J].測繪學(xué)報，2007（3）：251-255.

[11]薛武，張永生，趙玲等.增量式SFM與POS輔助光束法平差精度比較[J].測繪學(xué)報，2017（2）：198-207.

[12]趙福成.GNSS輔助攝影測量中幾個問題的探討[J].測繪與空間地理信息，2017（6）：145-147.

[13]馮茂平，趙元沛，楊正銀等.1∶500航測法高精度成圖的關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用[J].測繪，2017（4）：178-180+192.

[14]GB/T 6962-2005， 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影規(guī)范[S].北京：測繪出版社，2005.