浅析像控点数目对正射影像图精度的影响_常利军.pdf

第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46，No 6Jun，2023收稿日期:20210906作者简介:常利军(1988)，男，河南济源人，工程师，学士，主要从事工程测绘等相关工作。浅析像控点数目对正射影像图精度的影响常利军，娄佳慧(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南 郑州 450000)摘要:数字正射影像图获取快捷，具有很好的现势性和完整性，在测绘行业应用非常广泛，而如何布设像控点，在减少外业工作量的同时又能保证数据精度是正射影像图研究的重点和难点。本文根据航摄区实际情况，研究像控点数量对正射影像图的影响，通过对不同方案下生产的数字正射影像图的精度进行检查和对比，在兼顾作业效率的前提下探讨最优像控点布设方案。关键词:正射影像;像控点;布设方案;精度中图分类号:P231文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06021203Discussion on the Influence of the Number of Image ControlPoints on the Accuracy of Orthophoto MapsCHANG Lijun，LOU Jiahui(The First Geological Environmental Survey Institute of Henan Bureau of Geology and Mineral Explorationand Development，Zhengzhou 450000，China)Abstract:The digital orthophoto map has the advantages of high accuracy，fast acquisition，etc，has good current situation and com-pleteness，and is widely used in the surveying and mapping industry How to set up image control points that can reduce the workloadin the field while ensuring the data accuracy is the focus and difficulty of orthophoto map research According to the actual situation ofthe aerial photography area，this paper studies the influence of the number of image control points on the quality of orthophoto mapThrough the inspection and comparison of the accuracy of the digital orthophoto map produced under different schemes，the optimal im-age control point layout plan is discussed under the premise of taking into account the operating efficiencyKey words:Orthophoto images;image control points;layout plan;accuracy0引言摄影测量属于非接触式测量方式，具有生产效率高、生产成本低、信息获取丰富等优势，而数字正射影像图(DOM)的生产是摄影测量主要工作内容之一。高精度的正射影像图离不开合理的像控点布设1，作为空三加密运算和测图的基础，像控点位置的选择和坐标的测定直接影响到内业成果精度。目前，针对像控点布设与测图精度之间还没有统一的规范要求，而作为测绘工作者如何针对项目区地形特点，选择最优化的像控点布设方案，既能降低工作强度和减少生产成本，又能提高成果精度2。本文结合工程实例，针对项目地形特点设计多种像控点布设方案，并对每种布设方案下生产的正射影像图进行精度检查，总结出相关项目像控点布设的特点和最合理的布设方案，对 DOM 高效率生产具有重要参考价值。1像控点布设方案理论基础外业像控点布设基本要求是，布设在成像清晰、无遮挡、开阔的区域，且避免分布在航片的边缘，且至少要求被 3 张及以上航片拍摄，以便控制多航片。布设方法有全野外法和非全野外法，全野外像控点全部由外业测定，精度高，外业工作量大，应用于特殊要求及特殊地形。非全野外布点方案包 括 航 带 法 布 点 方 案 和 区 域 网 布 点方案3。像控点布设数量首先要考虑测区地形和精度要求。如地形起伏较大、地貌复杂，需增加像控点的布设数量(10%20%)。很多飞机有 TK 或者 PPK 后差分系统，理论上可以减少地面控制点的数量，可以根据项目测试经验自行调整4。像控点布设数量对应参照见表 1。表 1像控点布设数量对应参照表Tab 1Corresponding reference table for the number ofimage control points影像分辨率(cm)像控点密度项目类型1 5100200 m/个地籍高精度测量2200300 m/个1 500 地形图测量3300500 m/个11 000 地形图测量5500 m 左右/个常规规划测量设计2试验区验证分析2 1测区概况测区位于某市沿海滩涂区域，面积约为 1 1 km2，东西长 1 23 km，南北长约 870 m，测区北面靠近黄海，南面靠近城市郊区。测区整体属于滩涂和平原地形，地势平坦，域内多为农村居民房屋和厂房，中间有一条国道，但是由于测区主要是滩涂，特征点数量少且接近一半区域为水域，多路径效应会降低定位精度。测图选择的是大疆精灵 Phantom 4 TK 小型多旋翼高精度航测无人机，该款无人机主要面向低空摄影测量应用。垂直定位精度为1 5 cm+1 ppm(MS);水平精度为 1 cm+1 ppm(MS)，外业作业前先申请空域，空域申请获批后进行像控点布设，本次需进行 11 000 地形图测量。2 2像控点布设方案探讨2 2 1外业飞行参数计算本次作业主要是进行常规规划测量设计，根据低空摄影测量规范，相对航高计算公式:H=f GSDa，大疆精灵 Phantom 4 TK 无人机有效像素为2 000 万，f(焦距)为 24 mm;光感原件尺寸为 6 mm4 mm，分辨率为 4 9003 700，则 a(像元尺寸)约为 1 2 m;GSD(影像地面分辨率)为 3 cm，则确定飞行高度为 60 m。根据表 1 像控点布设数量对应参照表(见表 1)，本项目应布设像控点数量不少于 7 个。2 2 2像控点布设方案设计本次实验主要研究像控点密度对影像精度的影响，经过实地调查，并结合试验区地形地貌、植被覆盖情况以及实际面积等因素，共设计了 10 种布设方案，依据“均匀布设原则”5，从布设 2 个控制点开始逐次增加 2 个，直到布设 20 个控制点为止，共在测区布设 20 个像控点，其中滩涂上布设 11 个点(三角形标记)，公路附近分布 4 个点(十字形标记)，居民区附近布设 5 个点(圆形标记)。像控点采用布状靶标进行布设，以方便与周围环境进行区分，像控点坐标采集使用的是 GPS 动态测量方法。像控点分布如图 1 所示，除了像控点外，另布设 8 个检查点(星形标记)，布设检查点的目的是方便精度检验，检查点坐标同样采用 GPS 动态测量方法，均匀分布在测区范围内。在 20 个像控点布设完成后，共进行了 10 次实验，各方案进行空三解算对应像控点编号见表 2。图 1像控点及检查点位置分布图Fig 1Image control point and check pointlocation distribution map表 2像控点分布示意图Tab 2Schematic diagram of image control point distribution方案编号方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5方案 6方案 7方案 8方案 9方案 10像控点编号XKD12XKD14XKD16XKD18XKD110XDK112XKD114XKD116XKD118XKD120内业使用 Pix4Dmapper 软件进行处理，该软件是目前测绘领域常见的低空航测软件，能够快速将数据转换为高精度的正射影像图。10 次实验均在相同环境下进行，同一工作人员进行处理，首先按照软件要求导入影像数据，提交进行空中三角测量;其次按照提示导入像机参数和 POS 数据，进行构网平差，自由网平差完成后导入控制点坐标数据，进行空三解算，得到空三加密成果6。2 3精度分析精度分析，主要是基于野外检查点测量坐标与空三加密成果计算检查点平面点位精度与高程方向精度，从而评估最优布点方案78。各检查点精度计算公式如式(1):x=(X X)2/(n 1)y=(Y Y)2/(n 1)z=(Z Z)2/(n 1)Ms=2x+2y(1)式中，x、y、z分别为各方案中检查点 x、y、z 方向的单位权中误差，单位为 mm;Ms为各方案中检查点点位中误差，单位为 mm;X、Y、Z 分别为 8 个检查点的实测坐标。依据测绘成果质量检查与验收(GB/T 243562009)要求，基于 10 种方案对 DOM 成果拾取精度检验点坐标，与外业实测坐标比对进行成果精度统计，各方案的成果精度统计见表 3。根据表 3 得到检查点精度随着像控点数据变化趋势如图 2 所示。312第 6 期常利军等:浅析像控点数目对正射影像图精度的影响表 3检查点精度统计(单位:m)Tab 3Check point accuracy statistics(unit:m)方案编号方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5方案 6方案 7方案 8方案 9方案 10平面点位误差0 8210 7610 7010 6850 6430 6400 6380 6300 6260 621高程中误差0 3620 3520 3280 3060 2690 2650 2610 2570 2530 248图 2不同方案检查点精度统计图Fig 2Check point accuracy statistics ofdifferent schemes从图 2 可以看出，随着像控点数目的增加，检查点无论是平面点位误差还是高程中误差都逐渐减小，但是当像控点数据增加到一定时，两者误差减小趋势逐渐减弱直至没有。根据低空数字航空摄影测量内业规范(CH/Z 30032010)，本项目成图比例尺是 1 1 000，因此最大平面点位中误差为 0 8 m，最大高程中误差为0 35 m，看以看出方案 1 和方案 2 即像控点数量为 2 个和4 个时，测量精度无法完全满足规范要求;当像控点数目达到 6 个时符合规范要求，成图误差在合理范围内，分析认为由于大疆精灵 Phantom 4 TK 无人机还属于小型无人机，定位精度有限，并且滩涂区域特征点数量少，加上靠近海域，易产生多路径效应，因此，外业观测时还是需要布设像控点以提高观测精度。但是当像控点数量为 10个时，再增加像控点数目，平面点位误差和高程中误差变化不大，在考虑外业效率情况下，本项目像控点数目高于规范要求的 20%左右，精度会更高。3结束语本文研究像控点数目对正射影像图精度影响，通过工程案例的形式设计了 10 种外业像控点布设方案，经过空三加密解算结果与检查点对比，进行平面点位中误差和高程中误差计算，得出在轻量型无人机作业时需按规范要求布设一定数量像控点，若对成果精度有更高要求，在地形复杂或者高差较大区域，综合考虑可以合理增加一定数量像控点。参考文献:1赵业隆，吉长东，杜全叶 电力线巡检的无人机数字正射影像制作