CN107270877B - 一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法 - Google Patents

一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，涉及摄影测量技术领域，包括以下步骤：根据待测区域的带宽、带长、地形类别和测图比例尺，确定测图精度；根据待测区的地形类别、带宽、测图比例尺及测图精度，确定像控点的航向点间距a和旁向点间距b；在平行于线路中心线左、右两侧对称布设1排或若干排像控点，设置地标；使用全站仪、水准仪或GNSS RTK方法测定像控点的坐标和高程。本发明能够根据实际情况确定合理的像控点的数量和位置，避免像控点过于密集导致施工难度过大，且能够减轻野外工作量，降低劳动强度，缩短施工周期；同时，也避免因像控点的密度过低而导致测图精度不满足规定要求的问题。

Description

一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法
技术领域
本发明涉及摄影测量技术领域，具体涉及一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法。
背景技术
传统的大飞机航空摄影测量具有航时长、机动性差、实时性低、成本较高、精度受限、不适合危险区域等缺点，近几年迅速发展起来的无人机低空数字航空摄影测量技术弥补了传统有人机航测的不足，正逐步成为卫星遥感、有人机遥感和地面遥感的有效补充手段，特别适用于快速获取小面积、飞行困难地区高精度的大比例尺数字地图。然而，无人机航测影像的像幅较小、像对较多，且影像质量易受天气和飞行质量的影响，无人机低空摄影测量的像控点数量更多、分布要求更高，像控测量的外业工作量更大。
铁路、公路勘测设计阶段所进行的地形测绘区域一般是沿线路中线的两侧各延伸50～250m的狭长带状测区，带宽一般为100～500m，与一般的面状测区相比，狭窄带状区域大比例尺地形图航测像控点的布设要求更高、难度更大。
目前无人机航测像控点布设主要参照国家现行《低空数字航空摄影测量外业规范》(CHZ 3004-2010)中的方法进行估算，具体估算公式如下：
上述公式中：
ms——连接点(空三加密点)的平面中误差，mm；
mh——连接点(空三加密点)的高程中误差，mm；
K——像片放大成图的倍数；
H——相对航高，m；
b——像片基线长度，mm；
mq——视差量测的单位权中误差，mm；
n——航线方向相邻平面控制点的间隔基线数。
但是，由于不同区域的地形地貌条件不相同，各类工程的实际需求不尽相同，该估算方法不能完全满足工程应用的需要。同时，上述估算公式主要针对一般的面状测区而设计，不适用于狭长带状区域低空数字摄影测量中像控点的布设。
如某桥梁工程实例中，按平坦地区1:1000比例尺测图估算，已知ms＝0.8m，mh＝0.35m，K＝20625/1000＝20.625，b＝3264×0.00478×(1-0.8)＝3.120384mm，mq＝0.00478mm，按上述公式估算得：平面控制点航向间隔基线数为9，相邻控制点间距为：9×3.120384×20625＝579m，高程控制点航向间隔基线数为0条，控制点间距为65。显然，由此估算出来的高程控制点间距不便于实施，外业工作量太大，施测难度较大，且事实上也不完全合理。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，能够得到合理的像片控制点，降低施测难度。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，包括以下步骤：
S1、确定待测区域的带宽、带长，地形类别，确定测图比例尺；
S2、根据待测区的地形类别、带宽、测图比例尺及测图精度，确定像控点的航向点间距a和旁向点间距b，根据带宽、带长、航向点间距a和旁向点间距b，在平行于线路中心线左、右两侧对称布设1排或若干排像控点；
其中，a和b按照以下条件设置：
当使用常规模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000、1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m；
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向点间距分别为：500m≤a≤1000m、1000m＜a≤1500m、1500m＜a≤2500m；
当使用自标定模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000、1:200的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤2000m、2000m＜a≤2500m、2500m＜a≤3500m；
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S2之后还包括以下步骤：
根据图中所确定的像控点，在实地确定像控点位置：在测区现场选定具体的像控点点位，然后在实地喷绘或凃绘像控点地面标志。
在上述技术方案的基础上，所述像控点的实际位置与理论位置的偏差小于等于50m。
在上述技术方案的基础上，在实地确定像控点位置之后还包括以下步骤：确定所有像控点地标的平面坐标及高程，且测量精度要求为：平面精度优于±2cm，高程精度优于±3cm。
在上述技术方案的基础上，所述测图比例尺为1:500、1:1000或1:2000。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S1还包括以下步骤：
按照行业规范，根据待测区地形类别和成图比例尺确定测图精度，其中，测图精度包括空三加密点的平面位置中误差和高程中误差，以及数字线划图上地物点的平面中误差、高程注记点及等高线的高程中误差。
在上述技术方案的基础上，当像控点为多排时，相邻两排像控点之间的排间距为200～500m。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，能够根据实际情况确定合理的像控点的数量和位置，避免像控点过于密集导致施工难度过大，且能够减轻野外工作量，降低劳动强度，缩短施工周期；同时，也避免因像控点的密度过低而导致测图精度不满足规定要求的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的一种带状测区无人机航测像控点布测方法的流程图；
图2是本发明实施例的一种像控点布设方案示意图；
图3是本发明实施例的另一种像控点布设方案示意图；
图4是本发明实施例的像控点分布图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，包括以下步骤：
S1、确定待测区域的带宽、带长，地形类别(平地、丘陵地、山地、高山地)，森林植被覆盖情况和水域分布情况。
根据不同的工程建设阶段及工程需求按相关规范确定测图比例尺：1:500、1:1000或1:2000。
按照行业规范，根据待测区地形类别和测图比例尺确定测图精度，其中，测图精度包括空三加密点的平面位置中误差和高程中误差，以及数字线划图上地物点的平面中误差、高程注记点及等高线的高程中误差。
根据待测区地形类别、成图比例尺和测图精度选择相机，确定相机参数和摄影参数，相机参数包括焦距、像素大小、像幅大小，摄影参数包括比例尺、相对航高、地面分辨率、航向重叠度和旁向重叠度。
S2、设计像控点布设方法，在平行于线路(或桥梁、隧道)的中线多排均匀布设像片控制点(即平高点，简称像控点)，具体步骤如下：
根据待测区的带宽，在中心线左、右两侧对称布设1排或若干排像控点，其中，带宽与像控点排数的对应关系为：带宽越大，排数越多，相邻两排之间的排间距为200～500m。
具体按表1执行。
本发明实施例主要针对带宽不超过500m狭长带状区域，通常在线路中心线左、右两侧对称布设1到3排像控点。
相邻两排像控点之间的距离为“旁向点间距”b，处于同一排像控点中的相邻两个像控点之间的距离称为“航向点间距”a，为了提高高程精度，可在待测区的中心地带增设若干高程控制点。
参见表1、图2和图3所示，像控点的“旁向点间距”和“航向点间距”按照以下条件设置：
A、当使用常规模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000、1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m。
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向点间距分别为：500m≤a≤1000m、1000m＜a≤1500m、1500m＜a≤2500m。
B、当使用自标定模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000、1:200的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤2000m、2000m＜a≤2500m、2500m＜a≤3500m。
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m。
其中，本发明实施例中所指的空三解算模型中的常规模型是指航飞摄影之前在室内或室外相机检校场，对相机进行标定获得相机内方位参数以及畸变系数，进而建立的空中三角测量数学模型；自标定模型是指将相机参数作为未知参数加入到空中三角测量光束法平差模型中，通过最小二乘原理整体求解摄像机外参数、控制点空间坐标、摄像机内参数以及畸变系数的最或然值。
本发明通过大量的现场试验和分析所确定的旁向点间距和航向点间距之间的关系，能够根据实际情况确定合理的像控点的数量和位置，避免像控点过于密集导致施工难度过大，且能够减轻野外工作量，降低劳动强度，缩短施工周期；同时，也避免因像控点的密度过低而导致测图精度不满足规定要求的问题。
参见表2所示，为采用本发明的方法在平原带状地区确定旁向点间距和航向点间距后，测量的空三内业加密点的精度。由该表可知，当比例尺为1:500时，平面位置中误差≤0.4m，高程中误差≤0.35m；当比例尺为1:1000时，平面位置中误差≤0.8m，高程中误差≤0.35m；比例尺为1:2000时，平面位置中误差≤1.75m，高程中误差≤1.0m。
参见表3所示，为行业标准中外业检查点的精度标准值，本发明的所有外业检查点的精度均高于行业标准。
表1像控点布设间距
表2空三内业加密点的精度/m
地图比例尺 平面位置中误差 高程中误差
1:500 0.4 0.35
1:1000 0.8 0.35
1:2000 1.75 1.0
表3外业检查点的精度/m
地图比例尺 平面位置中误差 高程中误差
1:500 0.8 0.2
1:1000 1.6 0.4
1:2000 2.0 0.6
S3、根据图中所确定的像控点，在实地确定像控点位置，并设置明显的地面点位标志。
按照S1中绘制的像控点分布设计图，在测区现场选定具体的像控点点位，像控点的实际位置与理论位置的偏差小于等于50m，然后在实地喷绘或凃绘像控点地面标志(以下简称像控点地标)。
像控点地标宜为圆形单色标志，标志的直径为0.04*H/f(H为航高，f为相机焦距)，要求标志清晰、明显、便于识别。同时，在标志的中心钉设高精度的中心标志，以使用全站仪或GNSS技术测量能够准确测量该中心标志的平面坐标为准。
S4、确定所有像控点地标的平面坐标及高程。
具体方法为：在测区基础控制网的基础上采用全站仪测量法、GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)静态相对定位或RTK测量方法(Real-time kinematic，实时动态差分法)测定像控点地标的平面坐标，采用水准测量、全站仪三角高程测量或GNSS RTK方法测定像控点地标的高程，测量精度要求：平面精度优于±2cm，高程精度优于±3cm。
下面，通过一个具体的实施例对本发明进行详细说明。
参见图1所示，本实施例中的带状测区无人机航测像控点布设及测量的具体步骤如下：
S1、以武汉城区某长江大桥桥址区域作为待测区，测图范围为：桥址中线两侧各100m的带状区域，带宽为200m，带长约3000m。测区内地势平坦，地面最大高差小于10m，房屋建筑密集，交通路网发达，属于典型的城镇平原带状测区。
本实施例中选用SONY NEX 5R普通数码相机，有效像素数为1610万，相机及摄影参数见表4。
表4相机及摄影参数
参见表5所示，为现行《低空数字航空摄影测量内业规范》中关于平原地区空三内业加密点对附近野外控制点的精度要求。
表5空三内业加密点的精度要求/m
地图比例尺 平面位置中误差 高程中误差
1:500 0.4 0.35
1:1000 0.8 0.35
1:2000 1.75 1.0
S2、采用平行于中线多排均匀布控法布设测区像控点，即平行于桥中线多排均匀布设像片控制点，具体步骤为：
像控点布设与航线设计同步进行、综合考虑，航线沿线路中线布设，像片短边平行于航向、长边垂直于航向。
因测区带宽较小时，故在中线左、右两侧对称布设各1排像控点，两排像控点之间的间距(即旁向间距)近似等于200～250m，其中，像控点的间距应按表1和其描述的规定进行设置。
S3、根据图上设计方案，在实地选定像控点位置，设置明显的地面点位标志。
采用飞前布控方式在航飞摄影之前按近似200～250m左右间距均匀布设29个像控点(平高点)，像控点采用直径为60cm的白色或红色圆形地标。像控点分布图如图4所示。标志的直径估算：0.04H/f＝0.04×330000÷16＝825mm(H为航高，f为相机焦距)。
S4、采用全站仪、水准仪或GPS技术实测像控点的坐标及高程。
像控点的坐标及高程采用大桥首级控制网(公路二等GPS、国家二等水准)按GPSRTK方式测定，测量精度：平面优于±2cm，高程优于±3cm。
采用上述像控点布测方案，空中三角测量解算的精度统计结果见表6所示。表中，vhmax为检查点高程残差最大值，vsmax为检查点平面残差最大值，σh为检查点高程中误差，σs为检查点平面中误差。
表6空三加密精度统计
参见表6可知：
1、采用常规模型进行空三解算，当控制点航向间距为500～1500m时，加密点的平面、高程精度均达到1:500数字测图的精度要求；当控制点航向间距为250m时，平面精度达到1:1000数字测图的精度要求，而高程精度达到1:500的精度要求；当控制点航向间距为3000m时，加密点的平面精度达到1:1000数字测图的精度要求，高程精度达到1:2000数字测图的精度要求。
2、采用自标定模型进行空三解算，当像控点航向间距为250～1500m时，加密点的平面、高程精度全部达到1:500数字测图的精度标准；当像控点航向间距为3000m时，加密点的平面精度达到1:500的精度标准，但高程精度低于1:2000数字测图的精度标准。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定待测区域的带宽、带长，地形类别，确定测图比例尺；
S2、根据待测区的地形类别、带宽、测图比例尺及测图精度，确定像控点的航向点间距a和旁向点间距b，根据带宽、带长、航向点间距a和旁向点间距b，在平行于线路中心线左、右两侧对称布设1排或若干排像控点；
其中，a和b按照以下条件设置：
当使用常规模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000、1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m；
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向点间距分别为：500m≤a≤1000m、1000m＜a≤1500m、1500m＜a≤2500m；
当使用自标定模型进行空三解算时，分以下两种情况布设像控点：
当旁向点间距200m≤b≤300m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000、1:200的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤2000m、2000m＜a≤2500m、2500m＜a≤3500m；
当旁向点间距300m＜b≤500m时，对应于测图比例尺分别为1:500、1:1000和1:2000的像控点航向间距分别为：1000m≤a≤1500m、1500m＜a≤2000m、2000m＜a≤3000m。
2.如权利要求1所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：所述步骤S2之后还包括以下步骤：
根据图中所确定的像控点，在实地确定像控点位置：在测区现场选定具体的像控点点位，然后在实地喷绘或凃绘像控点地面标志。
3.如权利要求2所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：所述像控点的实际位置与理论位置的偏差小于等于50m。
4.如权利要求2所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：在实地确定像控点位置之后还包括以下步骤：确定所有像控点地标的平面坐标及高程，且测量精度要求为：平面精度优于±2cm，高程精度优于±3cm。
5.如权利要求1所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：所述测图比例尺为1:500、1:1000或1:2000。
6.如权利要求1所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：所述步骤S1还包括以下步骤：
按照行业规范，根据待测区地形类别和成图比例尺确定测图精度，其中，测图精度包括空三加密点的平面位置中误差和高程中误差，以及数字线划图上地物点的平面中误差、高程注记点及等高线的高程中误差。
7.如权利要求1所述的一种带状测区低空摄影测量像控点布测方法，其特征在于：当像控点为多排时，相邻两排像控点之间的排间距为200～500m。
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