CN101644569A - 基于gps/ins数码摄影测量像控布点方法 - Google Patents

基于gps/ins数码摄影测量像控布点方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，包括以下步骤：步骤一、被测区的设计：包括基站布设、检校场布设和飞行航线规划；步骤二、测区的飞行拍摄；步骤三、检校场控制点和测区控制点的布设：检校场控制点的布设是在检校场的周边布设不少于6个平高控制点和3个平高检查点；测区控制点的布设是在一个不超过21条航线和不超过69条基线的规则区域网4角各布设1个平高控制点；步骤四、控制点的测量。本发明操作简单、工作效率高，且能满足精度要求；能减少野外控制点布设，加快成图速度，降低大比例尺测图成本，同时解决了基于DMC数码影像像控测量布点的技术难题。

Description

基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法
技术领域
本发明属于航空摄影测量技术领域，涉及一种数码摄影测量像控布点方法，尤其涉及一种基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法。
背景技术
近年来，随着数字成像技术的快速发展，以Z/IImaging公司的DMC(数字微型电路)系统为代表的大幅面框幅式数字航空成像系统得到迅速推广和应用，该系统同传统的航摄胶片系统相比，具有以下特点：
(1)可获取高质量(信噪比和反差高)、高几何、高辐射分辨率(地面分辨率可达5厘米，辐射分辨率均大于8比特/像素)和高影像重叠率的影像信息，大重叠率的影像有利于提高影像匹配的精度和可靠性，进而大大提高航空影像处理的自动化程度；
(2)可获取成像地区的全色和多光谱影像数据，这是由于数字摄影机的电子耦合器件对可见光及近红外电磁波段具有较高的敏感度，因而将在很大程度上克服大气能见度对航空摄影的限制；
(3)可促进地物和土地覆盖类型测绘和解译，对城市发展和现代工农业信息化起到积极作用；
(4)可以同高精度的GPS和惯性导航系统(INS)联结，实现稀少或无地面控制条件下的航空摄影测量作业，这不仅带来与传统的空中三角测量以及GPS辅助空中三角测量相比费用上降低，同时处理时间大大缩短。
可以预测基于GPS/INS航空测量中的DMC航空数码影像仪将逐步取代传统航空摄影机，这将是航空摄影测量源数据获取的途径。然而，面对这种新的数字航空成像系统的应用，国内目前尚未推出用于GPS/INS航空测量中的DMC数码影像像控测量布点的技术规范和标准，如果按现有的国家规范执行，则可以得到这样一条错误的结论：
以黄甫川测区为例来说明，采用DMC航摄仪，成图比例尺为1∶10000，该测区相对航高H＝3600m，像片放大成图倍数K＝3，像片基线长度b＝35mm，视差量测的单位权中误差mq＝0.020mm，将这些数据代入现有的《1∶5000，1∶10000地形图航空摄影测量外业规范》中加密点精度估算公式：
Ms = ± 0.28 K · m q m 3 + 2 n + 46 - - - ( 1 )
Mh = ± 0.088 H / b · m q n 3 + 23 n + 100 - - - ( 2 )
式中：Ms--加密点的平面中误差，mm；
Mh--加密点的高程中误差，m；
K--像片放大成图倍数；
b--像片基线长度，mm；
n--相邻控制点间的像片基线数；
mq--视差量测的单位权中误差，mm。
当取n＝1时，计算得Ms＝±0.118mm，Mh＝±2.02m，而规范要求Mh为1.0米，这就是说，采用全野外布设控制点的方法，都满足不了精度要求，这样的结论显然是错误的，与实际不相符合。
产生这样的结果是由于DMC数码相机所成的数字影像像幅、基线长度、视差量测的单位权中误差等参数与传统的胶片影像不同，传统胶片航摄的像幅为23cm*23cm或18cm*18cm，基线分别为92mm和72mm，视差量测的单位权中误差为0.020mm；而DMC数码相机的像幅为9.2cm*16.6cm，基线为35mm，视差量测的单位权中误差因像元分辨率的提高小于0.020mm。当航摄面积、摄影比例尺相同时，DMC数码相机拍摄的航片数量比传统胶片的要多，所以，传统的像控点测量布设方法已经不适用DMC数码相机，一是由于现有的技术规范无法指导DMC数码影像像控测量布设，更无法体现DMC数码相机的优势；二是如果采用现有的技术规范执行，DMC数码航摄会因基线变小，而增加外业像控点测量和空中三角测量加密的工作量；对于150平方公里的测区，采用传统的布点方法，在成图比例尺为1∶1000的航空测量时需布设600多个地面控制点。因此，客观上要求一种能适用1∶1000比例尺的基于GPS/INS航空测量中的DMC数码影像像控测量布点方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种操作简单、工作效率高，且能满足精度要求的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、被测区的设计：包括基站布设、检校场布设和飞行航线规划；其中，所述的基站布设是在被测区内D级以上GPS网点布设2个GPS基站，并确定GPS基站和测区的相对位置，使测区与2个GPS基站之间的斜向距离分别不超过20公里；所述的检校场布设是在被测区内选择检校场位置；所述的飞行航线规划是根据被测区地形情况来规划航线；
步骤二、测区的飞行拍摄：在机载GPS/INS组合系统的导航定位下，由机载GPS接收机锁定卫星，飞机按照规划航线平稳地进行测区飞行和检校场飞行，并进行连续不间断的定位和拍摄；
步骤三、控制点的布设：拍摄完后进行检校场控制点的布设和测区控制点的布设，其中，检校场控制点的布设是在检校场的周边布设不少于6个平高控制点和3个平高检查点；测区控制点的布设是在一个不超过21条航线和不超过69条基线的规则区域网4角各布设1个平高控制点，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点；
步骤四、控制点的测量：按现有方法进行检校场控制点的测量和测区控制点的测量。
上述步骤三中所述测区控制点的布设是在一个不超过16条航线和不超过45条基线的规则区域网4角各布设1个平高控制点，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点。
上述步骤二中所述测区飞行采用无构架航线飞行方法；所述检校场飞行采用附加航线法，飞行相邻的两条平行航线，每条航线不少于12个像对，航向重叠和旁向重叠均不小于60％；所述的机载GPS接收机采用NovAtel OEM4-G2型双频GPS接收机。
上述步骤三中所述检校场控制点的布设均选在目标影像清晰、定位性好的自然地物地标上，所述的平高控制点间为3条基线，平高控制点点位距像片边缘不小于像片宽的15％。
上述步骤二中所述拍摄采用的航摄仪为Z/I DMC，航摄仪的像幅92.16mm×165.88mm，焦距120mm，影像分辨率7680×13824，像元分辨率12μm，摄影比例尺1∶6000。
上述步骤二中所述机载GPS/INS组合系统为NovAtel OEM4-G2和AEROcontrol IId的组合系统。
上述数码摄影测量像控采用的飞行管理系统为ASMS。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、操作简单、工作效率高，且能满足精度要求。
2、大幅度减少野外控制点，加快成图速度，节省了外业像控布点的工作量，降低大比例尺测图成本。
3、本发明还通过在被测区内布设检校场来减少GPS/INS系统误差，使得测量精度更高，解决了基于DMC数码影像像控测量布点的技术难题，推进了DMC数码摄影测量新技术向现实生产力的转化。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为规则区域网测区控制点布设示意图；
图3为不规则区域测区控制点布点示意图；
图4为检校场控制点布设示意图。
附图标记说明：
1-基线；2-航线；3-平高控制点；4-平高检查点。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明一种基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、被测区的设计：包括基站布设、检校场布设和飞行航线规划；其中，所述的基站布设是在被测区内D级以上GPS网点布设2个GPS基站，并确定GPS基站和测区的相对位置，使测区与2个GPS基站之间的斜向距离分别不超过20公里；所述的检校场布设是在被测区内选择检校场位置；所述的飞行航线规划是根据被测区地形情况来规划航线；
步骤二、测区的飞行拍摄：在机载GPS/INS组合系统的导航定位下，由机载GPS接收机锁定卫星，飞机按照规划航线平稳地进行测区飞行和检校场飞行，并进行连续不间断的定位和拍摄；所述测区飞行采用无构架航线飞行方法，检校场飞行采用附加航线法，飞行相邻的两条平行航线，每条航线不少于12个像对，航向重叠和旁向重叠均不小于60％，机载GPS接收机采用NovAtel OEM4-G2型双频GPS接收机；所述拍摄采用的航摄仪为Z/I DMC，航摄仪的像幅92.16mm×165.88mm，焦距120mm，影像分辨率7680×13824，像元分辨率12μm，摄影比例尺1∶6000；所述机载GPS/INS组合系统为NovAtel OEM4-G2和AEROcontrol IId的组合系统，数码摄影测量像控采用的飞行管理系统为ASMS；
步骤三、控制点的布设：拍摄完后进行检校场控制点的布设和测区控制点的布设，其中，检校场控制点的布设是在检校场的周边布设不少于6个平高控制点3和3个平高检查点4，检校场控制点的布设均选在目标影像清晰、定位性好的自然地物地标上，所述的平高控制点间为3条基线，平高控制点点位距像片边缘不小于像片宽的15％；测区控制点的布设是在一个不超过21条航线2和不超过69条基线1的规则区域网4角各布设1个平高控制点3，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点3外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点3；
步骤四、控制点的测量：按现有方法进行检校场控制点的测量和测区控制点的测量。
本发明优选的测区控制点的布设是在一个不超过16条航线和不超过45条基线的规则区域网4角各布设1个平高控制点，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点。
根据上述步骤我们在铜川测区进行了试验，采集了规则区域网四角布点的多种规模区域网试验数据，其航线数6～21，基线数12～69，布设0～31个地面控制点的部分平差精度统计表。
表1：铜川测区GPS/INS辅助光束法区域网平差精度统计表(部分)
Figure G2009100237374D00061
表2：城市测量规范参照表
Figure G2009100237374D00062
从表1中数据统计可以看出，对于成图比例尺为1∶1000，区域网规模为12*45、14*45和16*45时，多余控制点中误差非常相近(平面中误差为18.7cm左右、高程中误差为10.1cm左右)，这说明区域网规模小于16*45时，中误差比较稳定；当航线数和基线数增大时，多余控制点平面中误差增大，高程中误差仍保持稳定，但这时平面的最大较差为43.9cm，接近城市测量规范的平面中误差44cm(见表2)。因此，采用航线数不超过21、基线数不超过69的区域网四角控制点布设法可以满足精度要求，但采用航线数不超过16和基线数不超过45的区域网规模的四角布控制点布设法测量精度会更稳定。
实施例2
以上述的方法我们在荣成测区进行测量采集数据，并与铜川测区的数据相比部分统计如下。
表3：铜川、荣成测区GPS/INS辅助光束法区域网平差精度统计表
Figure G2009100237374D00071
从表3对比统计数据可以看出，在荣成测区我们采用航线和基线分别为16*63、16*58、16*54和16*48的四个规则区域网统计，其目的在于测试略大于16*45区域网规模的精度。这四个区域网的多余控制点中误差平面为14.3cm左右、高程为10.3cm左右，精度都与铜川测区的16*45区域网的多余控制点中误差平面18.6cm、高程9.9cm非常接近，但荣成测区四个区域网的多余控制点最大较差平面在37.9～39.7cm范围，大于铜川测区的16*45区域网多余控制点最大较差平面35.3cm。因此，在较好的满足精度要求基础上，采用航线数不超过16、基线数不超过45的区域网规模的四角布控制点布设法测量精度会更稳定。
在实际应用中，根据地形情况的不同，采用合理的基线和航线数进行像片控制点布设，可很好的达到精度要求。

Claims (7)

1、一种基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、被测区的设计：包括基站布设、检校场布设和飞行航线规划；其中，所述的基站布设是在被测区内D级以上GPS网点布设2个GPS基站，并确定GPS基站和测区的相对位置，使测区与2个GPS基站之间的斜向距离分别不超过20公里；所述的检校场布设是在被测区内选择检校场位置；所述的飞行航线规划是根据被测区地形情况来规划航线；
步骤二、测区的飞行拍摄：在机载GPS/INS组合系统的导航定位下，由机载GPS接收机锁定卫星，飞机按照规划航线平稳地进行测区飞行和检校场飞行，并进行连续不间断的定位和拍摄；
步骤三、控制点的布设：拍摄完后进行检校场控制点的布设和测区控制点的布设，其中，检校场控制点的布设是在检校场的周边布设不少于6个平高控制点(3)和3个平高检查点(4)；测区控制点的布设是在一个不超过21条航线(2)和不超过69条基线(1)的规则区域网4角各布设1个平高控制点(3)，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点(3)外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点(3)；
步骤四、控制点的测量：按现有方法进行检校场控制点的测量和测区控制点的测量。
2、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，步骤三中所述测区控制点的布设是在一个不超过16条航线(2)和不超过45条基线(1)的规则区域网4角各布设1个平高控制点(3)，对于不规则区域网，除了在区域网4角各布设1个平高控制点(3)外，在有凸角转折的地方布设1个平高控制点(3)。
3、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，步骤二中所述测区飞行采用无构架航线飞行方法；所述检校场飞行采用附加航线法，飞行相邻的两条平行航线，每条航线不少于12个像对，航向重叠和旁向重叠均不小于60％；所述的机载GPS接收机采用NovAtel OEM4-G2型双频GPS接收机。
4、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，步骤三中所述检校场控制点的布设均选在目标影像清晰、定位性好的自然地物地标上，所述的平高控制点间为3条基线，平高控制点点位距像片边缘不小于像片宽的15％。
5、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，步骤二中所述拍摄采用的航摄仪为Z/I DMC，航摄仪的像幅92.16mm×165.88mm，焦距120mm，影像分辨率7680×13824，像元分辨率12μm，摄影比例尺1∶6000。
6、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，步骤二中所述机载GPS/INS组合系统为NovAtel OEM4-G2和AEROcontrol IId的组合系统。
7、根据权利要求1所述的基于GPS/INS数码摄影测量像控布点方法，其特征在于，数码摄影测量像控采用的飞行管理系统为ASMS。
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