基于立體像對的三維模型空間精度(詳細)

-基于立體像對的三維模型空間精度一、動態(tài)RTK〔Real-timekinematic〕測量1.1概述RTK〔Real-timekinematic〕實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進展解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并到達厘米級精度。由于RTK測量的實時性和高精度，已經(jīng)廣泛應用于施工放樣、實時導航定位、圖根控制點布設以及變形監(jiān)測等。1.2RTK實驗精度研究控制點的選擇和控制網(wǎng)的布設(1)本次實驗共選擇了8個控制點，在選點過程中盡量讓點位滿足以下要求：①點位設在視野開闊的地點上,對于樓房和樹木密集的地方，選擇相比較而言最正確的信號承受位置。②與無線電發(fā)射臺距離不得小于200m。③與高壓的距離不得小于50m,從而防止磁場對衛(wèi)星信號的干擾。④觀測站附近不應有大面積的水域等對電磁波反射(或吸收)強烈的物體,以減弱多路徑效應的影響。. z.-(2)選擇的控制點根本都在水泥道路上，所以用水泥釘子代替控制點。由于是實驗，所以并沒有埋設點位的標石和標志，但是所選擇的控制點位置穩(wěn)定、穩(wěn)固，完全不會因為點位的移動而影響本次實驗。(3)點位分布圖如下：圖4.1控制點點位分布圖從上圖我們不難看出，G001、G002和G003點周圍視野開闊，根本不受其他因素的影響。G005和G007點周圍不僅有高樓還有大樹,視野不開闊,測量受較大的影響。G004、G006和G008點只是在*個方向上受高樓影響，所以在測量過程中一定要注意選擇好觀測時間，根據(jù)衛(wèi)星星歷的預報情況，選擇衛(wèi)星狀態(tài)分布較好的時間進展測量。獨立坐標系的建立圖4.2建立的獨立坐標系圖如圖4.2所示，以G002點為坐標原點，以G002-G009的方向為坐標北方向，G002-G009所在軸為*坐標軸，順時針旋轉90度，與其垂直的方向作為Y坐標軸方向，建立獨立坐標系。假定G002點的坐標為〔5000，5000，400〕，采用5秒閉合導線施測。所用儀器為索佳SET-210全站儀,其標稱精度為測角2s、測距3mm+2ppm。導線閉合差為-3。最后進展簡易平差得到控制點坐標如下表所示：坐標點號*(m)Y(m)G0025000.0005000.000G0015133.1635010.547. z.-G003 5062.666 5073.901表4.1控制點的坐標數(shù)據(jù)因為測區(qū)沒有國家點，因此上面所測的點將做為點參于RTK地方參數(shù)的轉換，以及作為GPS平差的數(shù)據(jù)。四等水準測量(1)水準測量的作業(yè)方法及步驟G002點的假定高程400.000作為高程值，用四等水準測量的方法,最后再次閉合到G002，中間閉合到G004點，用于臨時檢查。最后經(jīng)典平差來求取其他點的高程，用來與RTK高程數(shù)據(jù)比較，來驗證RTK測量的高程精度。水準測量閉合環(huán)閉合差為+15mm,每公里觀測高差中誤差為±13mm。(2)水準測量結果如下表：水準點號 水準高程G001 399.961G002 400.000G003 399.976G004 398.385G005 397.180G006 397.595G007 396.834G008 397.088表4.2控制點高程數(shù)據(jù)動態(tài)RTK測量(1)基準站的選定和建立基準站設置除滿足GPS靜態(tài)觀測的條件外,還應設在地勢較高、四周開闊的位置,便于電臺的發(fā)射?？稍O在具有WGS84和54坐標(或地方獨立網(wǎng)格坐標)的點. z.-上,也可在未知點設站。本次實驗基準站都是設置在測區(qū)較高的未知點。基準站的安置是順利進展RTK測量的關鍵,所以在選點時應注意:①防止選擇在無線電干擾強烈的地區(qū)。②基準站站址及數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線必須具有一定的高度。③為防止數(shù)據(jù)鏈喪失以及多路徑效應的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域、大型建筑物等)。(2)求取地方坐標轉換參數(shù)合理選擇控制網(wǎng)中的WGS84和54坐標(或地方獨立網(wǎng)格坐標)以及高程的公共點,求解轉換參數(shù),為RTK動態(tài)測量做好準備。選擇轉換參數(shù)時要注意:①要選測區(qū)四周及中心的控制點,均勻分布。②為提高轉化精度,最好選3個及以上的點。(3)外業(yè)操作①將基準站接收機架設在未知點上,把發(fā)射天線盡量架高，便于發(fā)射和接收信號。等連線工作完成后先開接收機后開電臺，進展接收機初始化。期間翻開移動站接收機進展初始化，也可以與基準站接收機同時開機。②等待初始化都完成后，將手簿與流動站接收機連接好后，首先新建一個JOB文件,點擊進入JOB文件后，選擇WGS-84坐標系統(tǒng)和參考橢球系。③將流動站依次架設在G001、G002和G003點上，每個點位上測量數(shù)據(jù)6次。比較選擇最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進展參數(shù)轉換。轉換之前先新建地方格網(wǎng)直角坐標系，WGS-84坐標系關系好之后，在手簿里輸入校正點G001、G002和G003的獨立坐標系坐標，通過這些校正點坐標來求取地方轉換參數(shù)。④將坐標系選擇為剛剛新建地方格網(wǎng)直角坐標系中，看轉換后的G001、G002G003點的坐標與轉換前獨立坐標系下的坐標，比較發(fā)現(xiàn)較差最大為3mm，滿足要求。. z.-坐標 轉換前的獨立坐標系 轉換后的直角格網(wǎng)坐標系點號 *(m) Y(m) *(m) Y(m)G001 5133.163 5010.547 5133.164 5010.544G002 5000.000 5000.000 4999.999 5000.001G003 5062.666 5073.901 5062.668 5073.902表4.3轉換參數(shù)較差(4)RTK測量結果如下表：坐標高程點號*(m)Y(m)H(m)G0015133.1645010.544399.944G0024999.9995000.001400.000G0035062.6685073.902399.951G0044872.6555145.644398.417G0054767.6325185.980397.126G0064857.6505264.219397.642G0074601.9505264.142396.775G0084630.0415333.500397.1354.4RTK測量成果表靜態(tài)GPS測量的作業(yè)方法及步驟(1)數(shù)據(jù)采集靜態(tài)GPS測量采用邊連式布網(wǎng)，共設5個時段，每個時段觀測時間不低于90分鐘。(2)靜態(tài)GPS測量結果如下表：坐標點號*(m) Y(m)G001 5133.168 5010.547. z.-G0025000.0015000.002G0035062.6735073.899G0044872.6615145.649G0054767.6455185.965G0064857.6395264.228G0074601.9705264.159G0084630.0485333.491表4.5靜態(tài)GPS測量成果表實驗結果比照和分析(1)動態(tài)RTK測量和靜態(tài)GPS測量的精度比較實驗結果：RTK坐標GPS坐標坐標較差點號*(m)Y(m)*(m)Y(m)∣△*∣∣△Y∣G0015133.1645010.5445133.1685010.54743G0024999.9995000.0015000.0015000.00221G0035062.6685073.9025062.6735073.89953G0044872.6555145.6444872.6615145.64965G0054767.6325185.9804767.6455185.9651315G0064857.6505264.2194857.6395264.228119G0074601.9505264.1424601.9705264.1592017G0084630.0415333.5004630.0485333.49179表5.1RTK測量和靜態(tài)GPS測量的比較結果分析：通過比較,兩次坐標較差值最大為20mm，經(jīng)計算平均坐標差值為8.1mm。(2)RTK高程測量和水準測量高程的精度比較實驗結果:. z.-∣△H∣點號RTK高程水準高程〔mm〕G001399.944399.96117G003399.951399.97625G004398.417398.38532G005397.126397.18054G006397.642397.59547G007396.775396.83459G008397.135397.08847表5.2RTK高程與四等水準高程比較RTK高程與水準高程較差分布如下表誤差區(qū)間/cm 數(shù)量 百分比0≤∣△H∣≤5 5 71.40%5<∣△H∣≤7 2 28.60%7<∣△H∣ 0 0表5.3RTK高程與水準高程較差分布結果分析:通過表5.2我們可以看出，RTK高程與四等水準高程差值最大到達了59mm，最小也到達了17mm，經(jīng)計算平均值到達了40mm。實驗總結：基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并到達厘米級精度。二、利用立體像對建立城市三維景觀2.1概述. z.-低空數(shù)字航空攝影測量相對傳統(tǒng)攝影測量來說，機動快速，操作簡單，云下攝影，能獲取高分辨率航空影像，影像制作周期短，效率高，本錢低，在應急測繪、困難地區(qū)測繪、小城鎮(zhèn)測繪、重大工程工程測繪、小范圍高精度測繪應用廣泛。利用航空立體像對建模的方法制作三維景觀簡單模型，應用于城市三維管理系統(tǒng)是一種新的方法、新的應用，與虛擬現(xiàn)實的其他建模方法相比較有速度快、本錢低、更新快、精度高等優(yōu)點。適用于大面積城市三維景觀模型中簡單模型的建立。2.2航測精度研究1、影響無人機航測精度的幾大要素固定翼無人機航空測量系統(tǒng)在進展地形測量時，存在著測量誤差。這些誤差主要來源于儀器誤差、人為誤差、氣候等外界因素影響產(chǎn)生的誤差。儀器誤差。由于儀器設計、制作不完善，或經(jīng)校驗還存在剩余誤差。這局部誤差主要是傳感器量化過程帶來的系統(tǒng)誤差。人為誤差。由于人的感官鑒別能力、技術水平和工作態(tài)度因素帶來的誤差，以及像控識別、空三加密、立體采集產(chǎn)生的人為誤差。外界因素。由于天氣狀況對飛行器姿態(tài)和成像質量的影響產(chǎn)生的誤差。2、無人機航攝誤差分析由于固定翼無人機的載重及體積的原因，無法搭載常規(guī)的航攝儀進展測繪航空攝影，目前選用的是中幅面CCD作為傳感器的感光單元，經(jīng)過加固和電路改裝以后，成為具有穩(wěn)定內方價元索豹數(shù)碼相機。由于感光單元的非正方形因子和非正交性以及畸變差的存在，畸變差的存在使測量成果無法滿足精度要求。3、像片控制測量誤差分析. z.-像控點精度有刺點精度和觀測精度。利用RTK進展觀測，在觀測精度符合設計要求的情況下，刺點精度成為影響像片控制測量精度的主要因素。由于固定翼無人機的像幅較小，可供選擇像控點位的范圍相對較小，經(jīng)常會出現(xiàn)在像控點布設的范圍內找不到明顯地物刺點，尤其是在野外居民地稀少地區(qū)，像控點選刺在地物棱角是否明顯，影像反差是否理想的地點，都是制約像控點精度的因素。4、內業(yè)數(shù)據(jù)采集誤差分析內業(yè)數(shù)據(jù)采集分為空三加密與立體量測。像控點識別與判讀均會與外業(yè)實際位置產(chǎn)生一定的誤差，空三加密時也會有一定的誤差，還有在立體采集量測時切測的誤差等等。5、結論上述分析歸納了影響無人機航測精度的誤差種類。下面根據(jù)完成的1：1000比例尺，分辨率0.1m，一個像素相當于地面10cm×10cm，地形圖測繪任務為例進展精度統(tǒng)計。測區(qū)在**市千金鄉(xiāng)境內，面積約5km。由于像片控制點是采用GPS-RTK獲得，測圖時平面和高程精度完全滿足標準要求。像控點的選刺位置在內業(yè)識別、判讀時所到達的精度如下：點位說明精度明顯地物點棱角明顯且無植被覆蓋、無陰影遮擋的建筑物的1像素角上較明顯地物點棱角不明顯的建筑物，雖然棱角明顯但被植被覆2像素蓋或有陰影遮擋的建筑物的角一般地物點邊界清晰的道路交匯處2-3像素. z.-普通地物點 邊界不清晰的道路交匯處、普通地貌邊角點 3-4像素立體量測時，因作業(yè)人員的能力、技術水平和工作態(tài)度等因素，采集精度：明顯建筑物邊線誤差一般在1-2像素之間；一般建筑物邊線2-3像素；普通地物3-4像素；地貌線、地類界限等4-5像素。這是在影響較好無遮蓋、無陰影的情況下的精度，如果有遮蓋和陰影時誤差還要加大。綜上所述，根據(jù)誤差累積原理，固定翼無人機航空攝影測量立體量測成果的精度總結如下：像控點位量測位置精度實地誤差明顯建筑物1-2像素一般建筑物2-3像素明顯地物點普通地物3-4像素地類界4-5像素明顯建筑物2-3像素一般建筑物3-4像素較明顯地物點普通地物4-5像素地類界5-6像素0.5m-0.6m明顯建筑物3-4像素一般建筑物4-5像素一般地物點普通地物5-6像素0.5m-0.6m地類界6-7像素0.6m-0.7m明顯建筑物4-5像素一般地物點一般建筑物5-6像素0.5m-0