GPS輔助數(shù)字航空影像在地形圖測繪中的應(yīng)用

1、268 四川測繪第30卷第6期2007年12月GPS輔助數(shù)字航空影像在地形圖測繪中的應(yīng)用鄔江平 石江南（四川省遙感信息測繪院，四川成都，610100）摘要 本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐討論了利用GPS輔助數(shù)字航空影像進(jìn)行全數(shù)字空中三角測量、數(shù)字線劃圖（DLG）制作、數(shù)字高程模型（DEM）制作、數(shù)字正射影像（DOM）制作的工藝流程，并對實(shí)驗(yàn)區(qū)成果的精度進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)和分析。關(guān)鍵詞 GPS；數(shù)字航空影像；DLG；DEM；DLG；精度中圖分類號P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1001-8379（2007）06-0268-06The Application of GPS Assistant Digital A

2、erialPhotograph in Map SurveyingWU Jiang-pin SHI Jiang-nan(Sichuan Remote Sensing Geomatics Institute, Chengdu 610100, China)Abstract: From the practical point of view, this article discusses the procedure system of full digital aerial of triangulation, production of Digital Line Graphic (DLG) , pro

3、duction of Digital Elevation Model (DEM) , production of Digital Orthophoto Map (DOM) to make use of GPS assistant digital aerial photograph, and some primary statistic and analysis for the precision of the mapping in testing area was presented. Key words: GPS; digital aerial photograph; DLG; DEM; D

4、LG; precision1 引言隨著空間定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空攝影方式及航空攝影測量技術(shù)也發(fā)生著顯著變化。數(shù)字航空攝影儀的出現(xiàn)，使航空影像在影像質(zhì)量、幾何精度上均有提高；GPS全球定位系統(tǒng)的出現(xiàn)，人們開始利用GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)來確定攝影瞬間攝站的空間位置，利用其進(jìn)行空中三角測量可大量減少控制點(diǎn)、縮短航測成圖周期、減少生產(chǎn)成本。從膠片航空攝影到數(shù)字航空攝影，從常規(guī)航空攝影測量到GPS輔助航空攝影測量，GPS輔助數(shù)字航空影像在地形圖測繪中發(fā)揮著顯著的優(yōu)勢。然而，在國內(nèi)，對GPS輔助航空數(shù)字影像的運(yùn)用才剛剛起步，影像的質(zhì)量如何、怎樣進(jìn)行空中三角測量工作、制作的地形圖是否滿

5、足現(xiàn)行規(guī)范要求還有待進(jìn)一步探討。因此，通過生產(chǎn)試驗(yàn)來討論、分析采用GPS輔助數(shù)字航攝影像生產(chǎn)各種比例尺測繪產(chǎn)品的可行性是十分必要的。東經(jīng)104°29 46、北緯28°40 47。該地區(qū)平均海拔在400米500米左右，屬山地地貌。該地區(qū)氣候濕潤、雨量充沛，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚，以水稻、小麥、玉米等糧食生產(chǎn)為主。該地區(qū)居民居住多以分散居住為主，除城鎮(zhèn)外多以散列式分布。該地區(qū)交通較為發(fā)達(dá)，內(nèi)宜（內(nèi)江宜賓）高速公路從測區(qū)內(nèi)穿過。3 試驗(yàn)區(qū)資料情況3.1 數(shù)字航攝影像數(shù)據(jù)該影像數(shù)據(jù)資料由SWDC-2數(shù)字航空攝影儀數(shù)碼相機(jī)獲取，為真彩色影像，影像紋理清晰、反差適中、色調(diào)接近自然色，整個(gè)攝區(qū)

6、影像數(shù)據(jù)色調(diào)、反差基本接近一致。該數(shù)碼相機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為：表1項(xiàng)目 像幅大小 像素大小 焦距 旁向視場角 基高比主要技術(shù)指標(biāo) 8000像素×5440像素9m 35.7mm 980 0.552 試驗(yàn)區(qū)概況本次試驗(yàn)區(qū)位于四川省盆地南部的宜賓地區(qū)，四川測繪第30卷第6期2007年12月 269為了適用1:1000，1:2000，1:5000三種不同比例尺DLG、DOM、DEM產(chǎn)品的生產(chǎn)試驗(yàn)要求，對同一地區(qū)采用不同航高分別進(jìn)行攝影，具體情況見表2：表2項(xiàng)目用于制作1:1000比例尺產(chǎn)品的航片用于制作1:2000比例尺產(chǎn)品的航片用于制作1:5000比例尺產(chǎn)品的航片絕對航高 1000 1500

7、 2800相對航高 600 110022003.2 控制資料該資料由機(jī)載GPS數(shù)據(jù)、控制成果數(shù)據(jù)和控制片資料組成。機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和控制成果數(shù)據(jù)均為文本文件，機(jī)載GPS數(shù)據(jù)記錄了相應(yīng)像片像主點(diǎn)坐標(biāo)，控制片資料上標(biāo)識(shí)有控制點(diǎn)點(diǎn)位。其中：1:1000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，外業(yè)布設(shè)了13對（每對2個(gè)點(diǎn)）平高控制點(diǎn)，布點(diǎn)方式為每條航線的首末各布一對點(diǎn)，網(wǎng)中間布設(shè)了一對點(diǎn)。控制點(diǎn)布設(shè)情況圖1。1:2000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，外業(yè)布設(shè)了11對（每對2個(gè)點(diǎn)）平高控制點(diǎn)，布點(diǎn)方式為每條航線的首末各布一對點(diǎn)，網(wǎng)中間布設(shè)了一對點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)布設(shè)情況如圖2。1:5000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，外業(yè)布設(shè)了6對（每對2個(gè)點(diǎn)）平高控制點(diǎn)，

8、布點(diǎn)為四個(gè)角各一對，中間兩對?？刂泣c(diǎn)布設(shè)情況如圖3。圖1圖2圖3270 四川測繪第30卷第6期2007年12月3.3 外業(yè)檢查點(diǎn)成果資料該資料為外業(yè)檢查點(diǎn)成果數(shù)據(jù)和像片資料組成，外業(yè)檢查點(diǎn)成果數(shù)據(jù)為文本文件，像片資料上標(biāo)識(shí)有外業(yè)檢查點(diǎn)的點(diǎn)位，該資料共計(jì)122個(gè)點(diǎn)，用于DLG、DOM、DEM成果的精度檢測。其中：1:1000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，3D成果檢測點(diǎn)49個(gè)。 1:2000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，3D成果檢測點(diǎn)34個(gè)。 1:5000比例尺試驗(yàn)范圍內(nèi)，3D成果檢測點(diǎn)39個(gè)。4 試驗(yàn)工作開展及精度檢測4.1 空三加密試驗(yàn)的開展及精度檢測 4.1.1 試驗(yàn)方法及步驟1）區(qū)域網(wǎng)劃分依據(jù)航攝資料情況、外業(yè)控

9、制情況和現(xiàn)行規(guī)范要求，將1:1000、1:2000、1:5000三個(gè)試驗(yàn)區(qū)域劃分為三個(gè)獨(dú)立的加密區(qū)域網(wǎng)，每個(gè)區(qū)域網(wǎng)情況為：a）1:1000比例尺：共有5條航線，75個(gè)模型，面積10.63平方公里；b）1:2000比例尺：共有4條航線，80個(gè)模型，面積47.69平方公里；c）1:5000比例尺：共有6條航線（其中2條為構(gòu)架航線），128個(gè)模型，面積277.78平方公里。由于在每種比例尺試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，外業(yè)控制均采用對點(diǎn)（每對2個(gè)點(diǎn)）布測像片控制點(diǎn)，因此，加密定向時(shí)均選用雙點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)作為絕對定向點(diǎn)，而另一個(gè)點(diǎn)作為多余控制點(diǎn)來使用。本次外業(yè)沒有專門布測空三加密精度檢測點(diǎn)，空三加密作業(yè)時(shí)，將外業(yè)布測的12

10、2個(gè)3D產(chǎn)品精度檢測點(diǎn)作為多余控制點(diǎn)來使用，以保證空三加密成果的可靠性和初步評價(jià)空三加密成果精度情況。2）控制點(diǎn)量測a）按區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行影像列表。b）采用全數(shù)字?jǐn)z影測量JX4-pbba系統(tǒng)，準(zhǔn)確量測外業(yè)平高控制點(diǎn)、外業(yè)檢測點(diǎn)和按3×1量測加密點(diǎn)。3）平差計(jì)算a）引入機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和外業(yè)平高控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。 b）進(jìn)行相對定向和絕對定向。c）采用JX4-pbba光束法平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算。4.1.2 加密計(jì)算檢查情況1）1:1000加密計(jì)算檢查結(jié)果 相對定向（見表3）； 絕對定向（見表4）。2）1:2000加密計(jì)算檢查結(jié)果 相對定向（見表5）； 絕對定向（見表6）。3）1:5000加密計(jì)算檢查結(jié)

11、果 相對定向（見表7）； 絕對定向（見表8）。表3航線 01 02 03 04 05平均中誤差 E(Mq)( m)3.4 3.5 3.2 3.5 3.2模型數(shù) 15 15 15 15 15表4點(diǎn)別中誤差基本定向點(diǎn) 多余控制點(diǎn)0.083 0.233平面（m）最大較差 0.205 0.453中誤差 0.055 0.272高程（m）最大較差 0.111 0.572四川測繪第30卷第6期2007年12月 271表5航線 01 02 03 04平均中誤差 E（Mq）（m）3.2 3.2 3.3 3.6模型數(shù) 20 20 20 20表6點(diǎn)別中誤差基本定向點(diǎn) 多余控制點(diǎn)0.120 0.454平面（m）最大較

12、差 0.261 0.921表7航線 01 02 03 04 05 06平均中誤差 E（Mq）（m）3.2 3.1 2.8 3.1 2.6 2.9表8點(diǎn)別中誤差基本定向點(diǎn) 多余控制點(diǎn)0.431 1.078平面（m）最大較差 0.758 2.428高程（m）中誤差 0.198 0.643最大較差 0.410 -1.588模型數(shù) 26 26 26 26 12 12 高程（m）中誤差 0.041 0.269最大較差 0.079 0.9714.1.3 小結(jié)從平差計(jì)算結(jié)果我們可以看到：相對定向、絕對定向殘差和多余控制點(diǎn)的平面、高程中誤差均達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的要求。4.2 DLG生產(chǎn)試驗(yàn)的開展及精度檢測 4.

13、2.1 試驗(yàn)步驟1）定向直接引用空三加密成果創(chuàng)建立體模型，使用后相對定向、絕對定向進(jìn)行檢查。2）DLG地形數(shù)據(jù)測繪在立體模型上測繪地物和地貌要素，地物要素的采集包括居民地、工礦建筑物及公共設(shè)施、水系及附屬設(shè)施、道路及附屬設(shè)施、管線和垣柵與植被等內(nèi)容。3）特征點(diǎn)、線采集在山頭、鞍部、肩部、凹地等地形變化處測量272 四川測繪第30卷第6期2007年12月特征點(diǎn)或特征線，對靜止水面（如湖泊、水庫、池塘等）鎖定高程采集特征線。4）DLG地形數(shù)據(jù)編輯按照相應(yīng)比例尺地形圖的現(xiàn)行圖式、規(guī)范要求，對DLG地形數(shù)據(jù)進(jìn)行符號化編輯。 4.2.2 精度檢測比例尺地形類別檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定中誤差（米） 平面1:

14、1000 1:2000 1:5000山地 山地 山地14 32 890.8 1.6 3.75高程 0.7 1.2 2.51）檢測方法由于外業(yè)檢查點(diǎn)在DLG數(shù)據(jù)中通常找不到相對應(yīng)的點(diǎn)位，所以采用重新在立體影像上對照控制片上外業(yè)檢查點(diǎn)點(diǎn)位量測特征點(diǎn)的方式與外業(yè)檢查點(diǎn)比較精度（包括高程精度與平面精度）。2）檢測結(jié)果（見表9）表9中誤差（米）最大誤差（米）平面 0.210 0.382 0.715高程 0.170 0.356 0.548平面 0.370 0.532 2.390高程 0.417 1.321 1.9094.2.3 小結(jié)從表中現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的中誤差和檢查誤差比較可以看出，各種比例尺DLG的平面精

15、度及高程精度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)行規(guī)范中的相應(yīng)要求。 4.3 DEM生產(chǎn)試驗(yàn)的開展及精度檢測 4.3.1 試驗(yàn)步驟本次試驗(yàn)分別采用兩種方法獲得DEM數(shù)據(jù)，兩種方法分別為：直接依據(jù)立體模型精編輯獲取DEM數(shù)據(jù)、利用DLG地形數(shù)據(jù)構(gòu)TIN獲取DEM數(shù)據(jù)。方法一：直接依據(jù)立體模型精編輯獲取DEM數(shù)據(jù)試驗(yàn)步驟1）匹配前將采集的三維矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)行預(yù)處理，編輯等視差曲線，使等視差曲線切準(zhǔn)立體表面，生成單模型數(shù)字高程模型。2）將單模型數(shù)字高程模型進(jìn)行接邊、鑲嵌、裁切等處理，得到以圖幅為單位的數(shù)字高程模型。方法二：利用DLG地形數(shù)據(jù)構(gòu)TIN獲取DEM數(shù)據(jù)試驗(yàn)步驟1）高程要素提取在DLG地形數(shù)據(jù)成果中提取相應(yīng)的高程要

16、素，如等高線、高程點(diǎn)等。2）構(gòu)TIN、內(nèi)插DEM利用提取的高程要素和采集的特征點(diǎn)、線成果生成TIN；再采用線性內(nèi)插的方法生成DEM。 4.3.2 精度檢測1）檢測方法用線性內(nèi)插的方式內(nèi)插出外業(yè)檢查點(diǎn)處的高程值，將內(nèi)插出的高程值與外業(yè)檢查點(diǎn)高程值作比較，檢測得到數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程精度，未在地面上（如：在房頂上）的檢查點(diǎn)不參予精度檢測。2）檢測結(jié)果方法一：直接依據(jù)立體模型精編輯獲取DEM數(shù)據(jù)檢測結(jié)果（見表10）方法二：利用DLG地形數(shù)據(jù)構(gòu)TIN獲取DEM數(shù)據(jù)檢測結(jié)果（見表11） 4.3.3 小結(jié)從表10、表11中現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的中誤差和檢查誤差比較可以看出，各種比例尺DEM的高程精度均能達(dá)到現(xiàn)行

17、規(guī)范中的相應(yīng)要求。 4.4 DOM生產(chǎn)試驗(yàn)的開展及精度檢測表10比例尺 1:1000 1:2000 1:5000地形 類別 山地 山地 山地檢查點(diǎn) 個(gè)數(shù) 10 18 44現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定中誤差（米） 0.8 1.6 3.75高程中誤差（米）0.610 0.799 0.887最大高程誤差（米） 1.051 1.210 3.008四川測繪第30卷第6期2007年12月 273表11地形比例尺 1:1000 1:2000 1:5000類別 山地 山地 山地檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)10 18 44現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定中誤差（米） 0.8 1.6 3.75高程中誤差（米）0.309 0.588 0.957最大高程誤差（米） 0.

18、616 1.240 2.6224.4.1 試驗(yàn)步驟1）利用全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)生成單模型DOM。 2）將單模型DOM進(jìn)行鑲嵌、裁切和整飾，得到圖幅DOM數(shù)據(jù)。 4.4.2 精度檢測1）檢測方法利用外業(yè)檢查點(diǎn)檢測數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)的平面精度，未在地面上（如在房頂上）的檢查點(diǎn)不參與精度檢測。2）檢測結(jié)果（見表12） 4.4.3 小結(jié)從表中現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的中誤差和檢查誤差比較可以看出，各種比例尺DOM的平面精度都優(yōu)于現(xiàn)行規(guī)范中的相應(yīng)要求。表12比例尺地形類別檢查點(diǎn) 個(gè)數(shù)1:1000 1:2000 1:5000山地 山地 山地10 23 48現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定中誤差（米） 0.8 1.6 3.750.376 0.479 0.8100.600 0.768 4.115平面中誤差（米） 最大平面誤差（米）5 在實(shí)驗(yàn)工作中的一些體會(huì)與膠片航空影