航空摄影测量中空三加密技术的精度分析
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摘要：全数字摄影测量系统进行空三加密自动化程度高，工作站在各生产单位已开始了比较广泛的应用，大大提高了工效。本文简述了航空摄影测量的名项要求，对航空摄影测量中空三加密的技术问题进行研究、分析和总结。
关键词：航空摄影；空三加密；精度分析家
中图分类号：P258 文献标识码：A
航空摄影测量一直是我国大比例尺基础地理信息数据获取的手段。一般地，从航空摄影到基础地理信息数据产品的获取包括航空摄影、地面控制、空三加密、内业测图等几个阶段。传统航空摄影测量需要进行大量的地面像控测量工作，并通过空三加密获得内业测图所需的外方位元素数据。随着DMC等数字航摄仪开始应用到航测生产领域当中，DMC影像数据在全数字摄影测量中发挥了越来越重要的作用。
1 航空摄影测量各项要求
1.1航测成图精度要求
像控点的精度要求与图根控制点的精度要求相同，1：2000比例尺航测成图中，加密点与地物点的精度要求: 城市建筑区, 等高距为0.5m平坦地区高程注记点的高程误差不大于 0.15mm。此外，城市建筑区, 等高距为0.5m平坦地区高程和等高线宜由外业测绘。其余地区的高程和等高线均可采用平高区域网加密，在数字摄影工作站上测绘。
1.2航摄质量要求
在用卫片进行摄影测量时，一方面有RPC参数的引入；另一方面卫片像对面积覆盖较大，因而外业控制点的布设数量可大大的减少。如该试验区大小的区域，最极端的情况，如果卫片的质量较好，即无云层覆盖的时候，大多在测区中间测量设1 控制点，但测量中往往含测量误差，1个控制点不便发现粗差。一般建议在测区四角和中央布设控制点共5个，既可满足有多余观测，便于发现粗差，又可满足测制 1：2000地形图的需要。像偏角不宜大于2°, 个别最大不宜大于4°；在同一航线上达到或接近最大旋转角的像片不得连续超过3片；航线弯曲度不应大于3%。一条航线最大和最小航高之差不得超过30 m，分区实际航高与预定航高之差不应大于航高的5%。
1.3像控点的布设
像控点布设采用区域网法布设，航向间隔4条基线。该项目像控点采用GPS - RTK施测，布设像控点均按平高点要求布设。布设在航向重叠3片的范围内，在区域网布点时保证5~ 6片重叠；像控点距像片边缘不少于1.5cm。
1. 4 像控点的选刺
像控点选在影象清晰的明显地物点、接近正交的线状地物交点、地物拐角点或固定的点状地物上，高程点选在局部高程变化小且点位周围相对平坦的地区，平高控制点则要求选在同时满足平面和高程点, ，像控点在相邻像片上均清晰可见,，并选择最清晰的一张作主刺片。像控点选刺在夹角良好的线状地物交点上，点位高程变化不大，且相邻像片上影像清晰，便于联测。实地判刺精度均在像片上0.1mm以内，像片点位刺孔明显。点位略图及点位说明齐全、详细。像控点以航线号加自然数顺序编排，点号前冠以英文字母P，测区内不重号；该测区单号片为刺点片。
2.1 空三加密技术方案
从整个航测流程来看, 空三加密对最终的地籍图精度影响, 是航测中的一个十分关键的环节。在方兴未艾的跨越式大发展的进程中, 时间紧、任务量大, 利用空三加密软件, 能快速高效地完成加密任务。传统外业像控布点对控制点的点位位置有较严格的要求, 如控制点要根据成图比例尺及航摄比例尺严格紧密相连, 每 5条基线布设一个平高点, 3 条航线的中间航线加布高程点, 能否打破这种格局, 尽量的减少控制点的数量, 增大航线间的跨度, 而不影响测区加密的精度, 这成为研究的主要课题。
2.2内业空三加密的精度分析
在该项试验中, 我们分别采用了跨度为 4 条基线、8条基线、16 条基线, 20条基线和 25条基线 5 种不同组合的周边布设平高像控点的区域网布点方案, 在系统平台上完成空三加密作业。
1)试验一
按照空三加密规范要求，每隔4条基线取一列地面控制点参与平差计算，进行多项式法整体平差，并统计平差精度，经过统计分析，地面定向点中误差统计表见表1。
表 1 地面定向点中误差统计表
2)试验二
将参与平差的地面控制点减少，每隔8条基线取一列地控点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。地面定向点、检查点及模型连接点的中误差统计表见表2。
表 2 地面定向点、检查点、模型连接点中误差统计表
3)试验三
将参与平差的地面控制点减少，每隔16条基线取一列地控点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析，地面定向点、检查点及模型连接点的中误差统计表见表3。
表 3 地面定向点、检查点、模型连接点中误差统计表
4)试验四
将参与平差的地面控制点减少，每隔20条基线取一列地面控制点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析，地面定向点、检查点及模型连接点的中误差统计表见表4。
表 4 地面定向点、检查点、模型连接点中误差统计表
5)试验五
将参与平差的地面控制点减少，每隔25条基线取一列地面控制点参与平差计算，其余地面控制点抽取部分作为检查点。经过统计分析, 地面定向点、检查点及模型连接点的中误差统计表见表 5。
表 5 地面定向点、检查点、模型连接点中误差统计表
通过上述表格比较和分析,我们可以得出以下结论:
1) 随着像控点间航向跨度基线数的增加，定向点和检查点的点位中误差和高程中误差虽然呈增大的趋势但增大并不明显；即使跨度基线数增加到8条，其平面精度和高程精度仍然远远高于现行规范要求，实践表明采用DMC数据进行区域网空三加密还有潜力可挖。
2)光束法平差算法高程理论精度公式为σ2/σ0 ＝0.93+ 0.19 ,i其中σ2为待定点高程中误差,σ0为像点高程中误差, i为基线条数。由上式可知，航向跨度基线数增加,高程理论精度将下降；另外高程量测精度的经验估算公式为:mh＝±1 21Hm/2BR，其中mh为高程量测精度，H为航高，m为航摄比例尺，B为基线实地长度，R为地面分辨率。从上式可知在航摄比例尺、航高和地面分辨率同等的条件下，像幅为16cm×9cm的DMC数据由于基线长度变短，从而高程量测精度要低于23cm ×23cm的传统胶片数据。但由于DMC的像元大小为12µm, 这在很大程度上弥补了由于基线长度变短而损失的高程量测精度。
3)数字空中三角测量的模型连结强度是很强的，不仅表现在加密点数量多，重叠度加密点的数量也很多，而且质量高，有利于模型的连结。加上 DMC影像幅面较小，像对的基线较短基线长不到传统航摄资料的一半，因此，把基线长提高到与传统航摄资料接近的长度,空三加密也可达到精度要求。根据已有规范，外业像控点距相片边缘不得小1 cm，这主要考虑到影像的边缘变化较大，对空三加密的成果有影响，而对 DMC影像而言，由于影像是由四张影像拼接而成的加上相机的镜头较小，影像的边缘变形就很小控制点布设在影像边缘不会影响空三加密成果。
3 结语
随着计算机技术和因特网的应用与普及，解析空中三角测量已经发展到GPS辅助空中三角测量，测量速度和精度得到大大的提高，这必将促进测绘由数字化向信息化的转变，并将为国民经济建设发挥更大的作用。