CN106595472B - 摄影测量系统的精度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄影测量系统的精度确定方法，包括对稳定被测物上的大量单点进行多次摄影测量，记录所有单点每次的三维坐标值，在测量控制场中布设若干已知长度的被测物，在单点的多次测量过程中，将同时获得所有被测长度每次的测量值；利用单点测量精度与长度测量精度计算公式，将单点测量数据与长度测量数据换算成单点测量精度及长度测量精度，根据统计学中方差的概念，确定单点测量精度的可靠性。本发明的精度确定方法能够实现准确衡量不同摄影测量系统的测量精度，也可为选取更为合理的摄影测量网形提供依据。

Description

摄影测量系统的精度确定方法

技术领域

本发明属于近景摄影测量系统的参数确定技术领域，具体而言，本发明涉及一种摄影测量系统的参数确定方法。

背景技术

对大型航天器进行变形测量以及确定其面型精度时需要运用数字近景摄影测量法，不同的被测物在不同的测量环境中需要使用不同的摄影测量系统，其中需要采用一种完整有效的精度确定方法，对该套摄影测量系统在某固定网型条件下的测量精度进行评估。目前，还没有统一的精度确定方法既能验证测量重复性，又能在其基础上表征测量精度。本发明中的摄影测量精度评估方法即来源于XX-2大型柔性天线研制任务，其主要采用单点测量精度和长度测量精度双重验证的方式进行确定。单点/长度测量精度的表达形式均包括两部分即单点/长度测量平均偏差以及平均偏差的测量不确定度。这种确定方法在表征系统偏差的同时，也表征了随机误差，可最为全面的表征测量结果的有效性及可靠性。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于确定摄影测量系统的精度水平的方法，满足验证摄影测量结果可靠性的需求。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种摄影测量系统的精度确定方法，包括如下步骤：

1)通过建立误差球的概念定义单点测量精度以及长度测量精度，其中误差球定义为以被测点的真值为球心，测量值与真值的偏差为半径的虚拟球；所述被测点即粘贴在被测物上的定向回光反射标志点，摄影测量是以粘贴在被测物上的回光反射标志点的三维坐标(物方空间坐标系)来描述和还原被测物的信息的；所述真值即在物方空间坐标系下，该回光反射标志点的真实三维坐标；单点测量精度定义为同一测量条件下，对被测点进行多次测量，测量值落在半径为δ的误差球内，半径δ即定义为单点测量精度；

2)利用近景摄影测量外精度的概念定义长度测量精度，即在控制场内放置已知被测长度的被测物，用摄影测量法对其进行测量，测量值与被测长度标定值之差；

3)对稳定被测物上的大量单点进行多次摄影测量，记录所有单点每次的三维坐标值，在测量控制场中布设若干已知长度的被测物，在单点的多次测量过程中，将同时获得所有被测长度每次的测量值；

4)利用单点测量精度与长度测量精度计算公式，将单点测量数据与长度测量数据换算成单点测量精度及长度测量精度，根据统计学中方差的概念，理论上长度测量精度是单位测量精度的倍，确定单点测量精度的可靠性。

进一步地，单点测量精度与长度测量精度的计算公式为：

(单点\长度)测量精度＝(单点\长度)测量平均偏差±(单点\长度)测量平均偏差的测量不确定度。

进一步地，所述单点测量平均偏差获取方法如下：

a)通过摄影测量系统获取n个测量点的m次测量值(x_ij，y_ij，z_ij)，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

b)计算得到第i个测量点的m次测量结果的平均值

c)求得第i个测量点的第j次测量在X，Y，Z三个方向上的测量偏差的绝对值(|Δx_ij|，|Δy_ij|，|Δz_ij|)，即：

d)求取在X，Y，Z三个方向上测量平均偏差(δx，δy，δz)，即：

e)单点测量平均偏差δ为

其中所述长度测量平均偏差获取方法如下：

a)通过国家计量院的长度标定来获取n个长度的标定值L_0i，(i＝1….n)；

b)通过摄影测量系统获得n个长度的m次测量值L_ij，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

c)求得第i个长度的第j次测量偏差的绝对值|ΔL_ij|，即：

|ΔL_ij|＝|L_ij-L_0i|；

d)长度测量的平均偏差为δ_L，即：

5、如权利要求2所述的摄影测量系统的精度确定方法，其中，单点测量平均偏差测量不确定度为X，Y，Z三个方向上测量平均偏差不确定度的合成不确定度；

记v_xij为第i(i＝1,…,n)个测量点第j(j＝1,…,m)次在X方向的测量偏差的绝对值，即或|Δx_ij|，将所有v_xij作为测量样本进行不确定度分析，根据合并样本偏差的不确定度计算公式，计算单个样本的测量不确定度为s_p(v_x)，得到：

其中，为第i个样本的m次平均值

使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度为：

同理可得，s_p(v_y)，s_p(v_z)，

最终得到单点的测量不确定度为:

6、如权利要求2所述的摄影测量系统的精度确定方法，其中其中，长度测量偏差平均值的测量不确定度通过以下方式获得：

记Δ_ij为第i(i＝1,…,n)个长度第j(j＝1,…,m)次的长度测量偏差，即Δ_ij＝|L_ij-L_0i|或|ΔL_ij|，将所有Δ_ij作为测量样本进行不确定度分析，则任意单个测量样本Δ_ij的测量不确定度s_p(Δ)为：

其中，为第一个样本的m次平均值，与单点测量精度相同，长度测量精度的第一部分使用了长度测量平均偏差δ_L表示，则第二部应使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度表示，即：

最后，在进行长度的合成不确定度分析时，需要考虑长度标定值的不确定度分量s₀；

长度测量平均偏差的合成测量不确定度为：

本发明的摄影测量精度确定方法具有以下效果：

(1)能够实现准确衡量不同测量网形的测量精度；

(2)将测量重复性和测量精度统筹考虑；

(3)将单点测量精度与长度测量精度统筹考虑；

具体实施方式

下面对本发明的摄影测量系统的精度确定方法进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

1.测量精度的表征方法

本发明中给出的测量精度是包括两部分：一部分为所有测量偏差的平均值(即系统偏差)，另一部分为测量偏差平均值的测量不确定度(即随机误差)。

即测量精度的表征形式如下：

(单点\长度)测量精度＝(单点\长度)测量平均偏差±(单点\长度)测量平均偏差的测量不确定度。

2.测量精度的计算方法

2.1测量平均偏差评估

1)单点测量平均偏差获取方法如下：

a)通过摄影测量系统获取n个测量点的m次测量值(x_ij，y_ij，z_ij)，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

b)计算得到第i个测量点的m次测量结果的平均值

c)求得第i个测量点的第j次测量在X，Y，Z三个方向上的测量偏差的绝对值(|Δx_ij|，|Δy_ij|，|Δz_ij|)，即：

将所有测量点三维坐标的X、Y、Z方向坐标值单独进行统计分析。其中，对上表内所有偏差均取绝对值。

d)求取在X，Y，Z三个方向上测量平均偏差(δx，δy，δz)，即：

e)单点测量平均偏差δ为

2)长度测量平均偏差获取方法如下：

a)通过国家计量院的长度标定来获取n个长度的标定值L_0i，(i＝1….n)；

b)通过摄影测量系统获得n个长度的m次测量值L_ij，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

c)求得第i个长度的第j次测量偏差的绝对值|ΔL_ij|，即：

|ΔL_ij|＝|L_ij-L_0i|。

d)长度测量的平均偏差为δL，即：

2.2测量平均偏差的测量不确定度评估

测量不确定度按估算方法可以分为A类和B类。A类评定是用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。B类评定是用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。用标准偏差表示的测量不确定度称为标准不确定度。本文采用大量重复测量数据进行统计分析，因此适合选用A类评定方式。

1)单点测量平均偏差测量不确定度评估

单点测量平均偏差测量不确定度为X，Y，Z三个方向上测量平均偏差不确定度的合成不确定度。

记v_xij为第i(i＝1,…,n)个测量点第j(j＝1,…,m)次在X方向的测量偏差的绝对值，即或|Δx_ij|，将所有v_xij作为测量样本进行不确定度分析，根据合并样本偏差的不确定度计算公式，计算单个样本的测量不确定度为s_p(v_x)，得到：

其中，为第i个样本的m次平均值

由于使用了m×n个测量偏差的平均偏差δx表示单点在X方向上的测量精度的一部分(系统偏差)，故在X方向上的测量精度的另一部分(随机偏差)，最终应使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度表示。

同理可得，s_p(v_y)，s_p(v_z)，

最终得到单点的测量不确定度为:

2)长度测量偏差平均值的测量不确定度评估

记Δ_ij为第i(i＝1,…,n)个长度第j(j＝1,…,m)次的长度测量偏差，即Δ_ij＝|L_ij-L_0i|或|ΔL_ij|，将所有Δ_ij作为测量样本进行不确定度分析，则任意单个测量样本Δ_ij的测量不确定度s_p(Δ)为：

其中，为第一个样本的m次平均值

与单点测量精度相同，长度测量精度的第一部分使用了长度测量平均偏差δ_L表示，则第二部应使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度表示，即：

最后，在进行长度的合成不确定度分析时，需要考虑长度标定值的不确定度分量s₀；

综上所述，长度测量平均偏差的合成测量不确定度为：

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.航天器进行变形测量的摄影测量系统精度确定方法，包括如下步骤：

1)通过建立误差球的概念定义单点测量精度以及长度测量精度，其中误差球定义为以被测点的真值为球心，测量值与真值的偏差为半径的虚拟球；所述被测点即粘贴在被测物上的定向回光反射标志点，摄影测量是以粘贴在被测物上的回光反射标志点的物方空间坐标系来描述和还原被测物的信息的；所述真值即在物方空间坐标系下，该回光反射标志点的真实三维坐标；单点测量精度定义为同一测量条件下，对被测点进行多次测量，测量值落在半径为δ的误差球内，半径δ即定义为单点测量精度；

2)利用近景摄影测量外精度的概念定义长度测量精度，即在控制场内放置已知被测长度的被测物，用摄影测量法对其进行测量，测量值与被测长度标定值之差；

3)对稳定被测物上的大量单点进行多次摄影测量，记录所有单点每次的三维坐标值，在测量控制场中布设若干已知长度的被测物，在单点的多次测量过程中，将同时获得所有被测长度每次的测量值；

4)利用单点测量精度与长度测量精度计算公式，将单点测量数据与长度测量数据换算成单点测量精度及长度测量精度，根据统计学中方差的概念，理论上长度测量精度是单位测量精度的倍，由此可确定单点测量精度的可靠性。

2.如权利要求1所述的精度确定方法，其中，单点测量精度与长度测量精度的计算公式为：

(单点\长度)测量精度＝(单点\长度)测量平均偏差±(单点\长度)测量平均偏差的测量不确定度。

3.如权利要求2所述的精度确定方法，其中，所述单点测量平均偏差获取方法如下：

a)通过摄影测量系统获取n个测量点的m次测量值(x_ij，y_ij，z_ij)，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

b)计算得到第i个测量点的m次测量结果的平均值

c)求得第i个测量点的第j次测量在X，Y，Z三个方向上的测量偏差的绝对值(|Δx_ij|，|Δy_ij|，|Δz_ij|)，即：

d)求取在X，Y，Z三个方向上测量平均偏差(δx，δy，δz)，即：

e)单点测量平均偏差δ为

4.如权利要求2所述的精度确定方法，其中，所述长度测量平均偏差获取方法如下：

a)通过国家计量院的长度标定来获取n个长度的标定值L_0i，(i＝1….n)；

b)通过摄影测量系统获得n个长度的m次测量值L_ij，(i＝1,…,n，j＝1,…,m)；

c)求得第i个长度的第j次测量偏差的绝对值|ΔL_ij|，即：

|ΔL_ij|＝|L_ij-L_0i|；

d)长度测量的平均偏差为δ_L，即：

5.如权利要求2所述的精度确定方法，其中，单点测量平均偏差测量不确定度为X，Y，Z三个方向上测量平均偏差不确定度的合成不确定度；

记v_xij为第i(i＝1,…,n)个测量点第j(j＝1,…,m)次在X方向的测量偏差的绝对值，即或|Δx_ij|，将所有v_xij作为测量样本进行不确定度分析，根据合并样本偏差的不确定度计算公式，计算单个样本的测量不确定度为s_p(v_x)，得到：

其中，为第i个样本的m次平均值

使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度为：

同理可得，s_p(v_y)，s_p(v_z)，

最终得到单点的测量不确定度为:

6.如权利要求2所述的精度确定方法，其中，长度测量偏差平均值的测量不确定度通过以下方式获得：

记Δ_ij为第i(i＝1,…,n)个长度第j(j＝1,…,m)次的长度测量偏差，即Δ_ij＝|L_ij-L_0i|或|ΔL_ij|，将所有Δ_ij作为测量样本进行不确定度分析，则任意单个测量样本Δ_ij的测量不确定度s_p(Δ)为：

其中，为第一个样本的m次平均值，与单点测量精度相同，长度测量精度的第一部分使用了长度测量平均偏差δ_L表示，则第二部应使用m×n个测量样本的平均值的测量不确定度表示，即：

最后，在进行长度的合成不确定度分析时，需要考虑长度标定值的不确定度分量s₀；

长度测量平均偏差的合成测量不确定度为：