CN113607134A - 一种基于高精度pos构架航线的辅助空三加密联合平差方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，具体包括如下步骤：外业操作：进行多次分辨率精度递增的航摄操作；内业操作：将经过预处理后的POS数据依序进行影像点匹配、检查、自检校和再平差后输出。本发明基于高精度POS构架航线的补充航摄资料代替像控点辅助空三加密平差计算不仅能减少外业内业的工作量，还能有效提升空三平差过程的稳定性和精准性，在降低成本，提高效率方面具有显著效果。

Description

一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法

技术领域

本发明应用于新型基础测绘领域，具体是一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法。

背景技术

随着摄影测量的发展与普及，在实际生产作业中，采用摄影测量的方式去生产数据越来越受到测绘单位的喜爱。在摄影测量中，内业空三加密的工作决定了项目成果精度，是航测法成图从外业到内业的衔接工序，对后期所有工序都起到至关重要的作用。然而，传统航摄所获取的像片资料往往POS精度差，不能满足空三加密的精度要求，需按相关规范布测像片控制点。其中POS数据是定位定姿系统，是IMU/DGPS组合的高精度位置与姿态测量系统(position and orientation system,POS)。像控点测量不仅外业工作量大，内业加控制点的工作也是非常大，因此开展基于高精度POS构架航线作为补充航摄资料代替像控点辅助空三加密平差计算的研究非常有必要。国内外的空三加密软件平台非常多，对于各种航摄仪获取的不同高度，不同时期的航摄资料，如何联合平差解算，在不同的软件中参数设置也不同。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，具体包括如下步骤：

外业操作：进行多次分辨率精度递增的航摄操作；

内业操作：将经过预处理后的POS数据依序进行影像点匹配、检查、自检校和再平差后输出。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述外业操作步骤具体包括如下子步骤：

采用有人机在第一绝对航高获取测区第一轮数码影像；

采用无人机在第二绝对航高获取测区第二轮数码影像。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述第一绝对航高的高度大于第二绝对航高。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述第一轮数码影像的地面分辨率优于5cm，所述第二轮数码影像的地面分辨率优于3cm。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述内业操作步骤具体包括如下子步骤：

1)对POS数据进行预处理；

2)进行数据导入与参数配置；

3)进行影像同名点的自动匹配；

4)经过人工检查并剔除飞点与粗差点；

5)对航摄相机进行自检校得出相对检校前准确的相机参数；

6)将相机参数更新导入，再平差优化所有像片的对齐方式：

7)重复执行步骤4)-6)直至满足预设条件后输出平差结果。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤1)具体为：对POS数据的平面坐标与高程值进行转换和精化处理，其中，所述平面坐标采用高斯-克吕格直角平面投影，3度分带，中央经线为117度；所述高程值采用测区起算控制点所求的七参数进行转换，或采用似大地水准精化面改算。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤7)的预设条件具体为：平差精度满足1/2像素的要求。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述步骤3)具体为：获取第一轮数码影像和第二轮数码影像，对第一轮数码影像和第二轮数码影像中的影像同名点进行匹配连接。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述有人机搭载焦距为79.8mm的UCD航摄仪，所述无人机采用搭载焦距为35mm的神思P1航摄仪的大疆经纬M300或搭载焦距为8.8mm的FC6310R航摄仪的大疆精灵4RTK。

作为一种可能的实施方式，进一步的，所述外业操作航摄航线设计具体为：根据地形均匀设置基线，以垂直基线的方向进行构架航线布设设计，其中，平均跨度不大于六条基线就补充一条构架航线。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：本发明基于高精度POS构架航线的补充航摄资料代替像控点辅助空三加密平差计算不仅能减少外业内业的工作量，还能有效提升空三平差过程的稳定性和精准性，在降低成本，提高效率方面具有显著效果。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明实施例测区构架航线示意图；

图2为本发明实施例内业加密作业流程图；

图3为本发明实施例构架航线的像主点坐标值权重值界面示意图；

图4为本发明实施例构架航线和基本航线相机参数配置图；

图5为本发明实施例构架航线和基本航线连接点效果图；

图6为本发明实施例构架航线和基本航线影像匹配效果图；

图7为本发明实施例相机畸变误差分析图；

图8为本发明实施例检查点分布图；

图9为本发明实施例检查点精度值统计表；

图10为本发明实施例误差统计表。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，具体包括如下步骤：

外业操作：进行多次分辨率精度递增的航摄操作；外业操作航摄航线设计具体为：根据地形均匀设置基线，以垂直基线的方向进行构架航线布设设计，其中，平均跨度不大于六条基线就补充一条构架航线。具体包括如下子步骤：

采用有人机在第一绝对航高获取测区第一轮数码影像；

采用无人机在第二绝对航高获取测区第二轮数码影像。

其中，第一绝对航高的高度大于第三绝对航高。第一轮数码影像的地面分辨率优于5cm，所述第二轮数码影像的地面分辨率优于3cm。

其中，有人机搭载焦距为79.8mm的UCD航摄仪，所述无人机采用搭载焦距为35mm的神思P1航摄仪的大疆经纬M300或搭载焦距为8.8mm的FC6310R航摄仪的大疆精灵4RTK。

内业操作：将经过预处理后的POS数据依序进行影像点匹配、检查、自检校和再平差后输出。具体包括如下子步骤：

1)对POS数据进行预处理；具体为：对POS数据的平面坐标与高程值进行转换和精化处理，其中，所述平面坐标采用高斯-克吕格直角平面投影，3度分带，中央经线为117度；所述高程值采用测区起算控制点所求的七参数进行转换，或采用似大地水准精化面改算。

2)进行数据导入与参数配置；

3)进行影像同名点的自动匹配；具体为：获取第一轮数码影像和第二轮数码影像，对第一轮数码影像和第二轮数码影像中的影像同名点进行匹配连接。

4)经过人工检查并剔除飞点与粗差点；

5)对航摄相机进行自检校得出相对检校前准确的相机参数；

6)将相机参数更新导入，再平差优化所有像片的对齐方式：

7)重复执行步骤4)-6)直至满足预设条件后输出平差结果。其中，预设条件具体为：平差精度满足1/2像素的要求。

实施例：

测试测区位于福建省沿海地区，地形平坦，以城镇居民区和新建新区为主，面积约40km²。需测绘1：500地形图。测区交通便利，植被较多。采用有人机搭载UCD航摄仪获取测区优于5cm分辨率的数码影像，虽然有带POS数据，但坐标定位精度较差，不能满足空三加密。因此采用大疆精灵4RTK与大疆经纬M300分别进行补充构架航线，航摄情况如表1：

表1航摄情况表

带高精度POS的构架航线是为减少像控点的布设，因此构架航线设计一般垂直于基本航向，也可根据测区形状灵活设计，也可参照像控布设的规范要求来设计，构架航线航摄时一定要采用带GPS-RTK功能的无人机平台搭载航摄仪进行，确保航摄过程中所获取的每一张相片都能参与空三加密平差使用。目的就是完全替代像片控制点，并且通过增加构架航线密度和高精度POS辅助空三加密，对于平差结果精度和区域网之间的连续性具有较好的效果。

本测区根据像控布设的规范要求来设计构架航线，平均跨度6条基线就补充一条构架航线，基本满区域网布控的原则。构架航线示意图如图1所示。

内业数据处理首先对POS数据的平面坐标与高程值进行转换和精化处理。平面坐标直接采用高斯－克吕格直角平面投影，3度分带，中央经线为117度，高程值采用测区起算控制点所求的七参数进行转换，这部分的POS数据处理工作至关重要。具体包括如下步骤，如图2所示：1)对POS数据进行预处理；2)进行数据导入与参数配置；3)进行影像同名点的自动匹配；4)经过人工检查并剔除飞点与粗差点；5)对航摄相机进行自检校得出相对检校前准确的相机参数；6)将相机参数更新导入，再平差优化所有像片的对齐方式：7)重复执行步骤4)-6)直至满足预设条件后输出平差结果。本测区空三加密平差采用photoscan软件进行，此软件影像同名点匹配精度高，匹配点连接效果好，准确度高，能满足此方法作业的需求。空三作业中每步聚都非常关键，每个参数配置都不能有误，不同时期的影像存在色差、纹理、地物要素等不同，匹配误差相应的增大，因此更需要高精度的POS数据作为辅助，才能提高匹配点的可靠性和提升匹配的速度。同时需要对POS数据的权重进行设置，每张构架航线的像主点坐标值的权重参数如图3所示。影像匹配点首先需要经过人工检查并剔除飞点与粗差点，同时对航摄相机进行自检校得出相对准确的相机参数，再将相机参数更新导入，再平差优化所有像片对齐方式，反复前述工作流程直到平差精度满足1/2像素的要求。构架航线和基本航线相机参数更新配置如图4所示。

本测区中，构架航线和基本航线间航高不一致，航摄时间不同，影像色差大，但是通过高精度的POS数据辅助空三匹配后，影像匹配连接点较多，匹配精度高，满足空三加密精度指标要求。构架航线和基本航线匹配连接点效果图如图5所示，构架航线和基本航线影像匹配效果图如图6所示。

精度结果分析：本测区空三平差过程需要对相机参数进行自检校后重新配置相机的参数。因此我们首先需查看相机参数畸变误差。本测区的相机畸变误差分析图如图7所示。

根据本测区的实际情况，在构架航线之间均匀布设了23处检查区，每个检查区采用外业碎部测量的方式采集特征点坐标，通过平面坐标转换和高程精化导入空三做为检查点。检查点分布图如图8：航测法成图内业空三加密点平差精度要求如表2所示：

表2内业加密点精度要求

本测区空三加密经过多次优化平差，最终检查点精度值见图9，可看出检查点精度满足表2要求。空三成果输出后，进行立体测图，外业巡图，编辑建库形成本项目最终DLG成果。本测区DLG成果通过野外精度验证，分别统计出平面绝对精度中误差±11.42cm，平面相对精度中误差±8.07cm，高程点精度中误差±11.66cm。统计表如图10所示。

以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

外业操作：进行多次分辨率精度递增的航摄操作；

内业操作：将经过预处理后的POS数据依序进行影像点匹配、检查、自检校和再平差后输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述外业操作步骤具体包括如下子步骤：

采用有人机在第一绝对航高获取测区第一轮数码影像；

采用无人机在第二绝对航高获取测区第二轮数码影像。

3.根据权利要求2所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述第一绝对航高的高度大于第二绝对航高。

4.根据权利要求2所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述第一轮数码影像的地面分辨率优于5cm，所述第二轮数码影像的地面分辨率优于3cm。

5.根据权利要求1所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述内业操作步骤具体包括如下子步骤：

1)对POS数据进行预处理；

2)进行数据导入与参数配置；

3)进行影像同名点的自动匹配；

4)经过人工检查并剔除飞点与粗差点；

5)对航摄相机进行自检校得出相对检校前准确的相机参数；

6)将相机参数更新导入，再平差优化所有像片的对齐方式：

7)重复执行步骤4)-6)直至满足预设条件后输出平差结果。

6.根据权利要求5所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：对POS数据的平面坐标与高程值进行转换和精化处理，其中，所述平面坐标采用高斯-克吕格直角平面投影，3度分带，中央经线为117度；所述高程值采用测区起算控制点所求的七参数进行转换，或采用似大地水准精化面改算。

7.根据权利要求5所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述步骤7)的预设条件具体为：平差精度满足1/2像素的要求。

8.根据权利要求5所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：获取第一轮数码影像和第二轮数码影像，对第一轮数码影像和第二轮数码影像中的影像同名点进行匹配连接。

9.根据权利要求2所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述有人机搭载焦距为79.8mm的UCD航摄仪，所述无人机采用搭载焦距为35mm的神思P1航摄仪的大疆经纬M300或搭载焦距为8.8mm的FC6310R航摄仪的大疆精灵4RTK。

10.根据权利要求2所述的一种基于高精度POS构架航线的辅助空三加密联合平差方法，其特征在于：所述外业操作航摄航线设计具体为：根据地形均匀设置基线，以垂直基线的方向进行构架航线布设设计，其中，平均跨度不大于六条基线就补充一条构架航线。

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