数码航空相机DMC几何精度探讨

数码航空相机DMC几何精度探讨
刘丽
【摘要】利用武汉大学自行建设的登封航空定标场和飞行试验数据,对数码航空相机DMC不同控制点分布下的几何精度进行了对比分析和评估。

实验结果证明,DMC平面精度相对稳定,均匀布设控制点时间隔基线数量的减少,和密集周边布点时中心控制点的加布,均可以提高高程精度。

%By using the Henan Song mountain calibration test field built by Wuhan University and three flights image data, the attainable geometric accuracy of DMC imagery was evaluated, considering the distribution of the control points. The results prove that, The X/Y accuracy is stable, but the Z accuracy is improved, by reducing the number of the base station to adding control points and adding in the middle of the flight.
【期刊名称】《大众科技》
【年(卷),期】2013(000)003
【总页数】3页(P87-88,91)
【关键词】数码航空相机DMC;几何精度;控制点
【作者】刘丽
【作者单位】广东工贸职业技术学院，广东广州 510510
【正文语种】中文
【中图分类】TH74
目前广泛应用于测绘生产的数码航空相机主要有三种：瑞士徕卡公司的三线阵航空数码相机 ADS40，Z/I公司的DMC(Digital Mapping Camera，简称 DMC)，奥地利 Vexcel生产的大面阵航空数码相机UCD（UltraCAM-D，简称UCD）。

DMC相机幅面较UCD大，与线阵相机ADS40相比获取的是框幅式影像，数据
处理流程和传统框幅式相机类似，因此在国内外得到广泛应用。

然而，由于CCD
制作工艺的限制等技术原因，数码航空相机DMC为几个小面阵CCD阵列，几何
关系要比常规的与胶片的航空相机复杂[1]，系统误差影响存在不确定性，在实际
生产中也没有太多经验可以借鉴。

本文利用 2009年武汉大学河南嵩山摄影测量遥感定标与综合实验场600m、1000m、2500m三个航高航飞数据，研究DMC航空相机区域网平差中控制点布网的规律性。

为DMC相机应用于实际生产提供一定的建议及经验。

1 实验数据
1.1 地面定标场
武汉大学河南嵩山摄影测量遥感定标与综合实验场位于河南登封市东南10公里处，是典型的中国北方农村地区。

整个区域为丘陵地，南北和东西方向都为 8km，海
拔高程最高为423m，最低为252m。

定标场中均匀分布217个永久性地面标志点，平面利用GPS静态测量，高程用三等水准测量，精度均为1cm。

1.2 实验数据
2009年12月在登封检校场飞行了600m、1000m、3000m三个航高的数据。

航高525m，东西8条平行航线，覆盖3km×3km区域；航高1000m，东西10
条平行航线，覆盖5km×5km区域；航高2500m，东西7条平行航线，覆盖
8km×8km区域。

其重叠度均为旁向60%重叠，航向80%重叠。

1.3 控制点量测精度
为了保证空三加密中量测误差不会影响几何精度，评估了控制点量测精度。

在航高1000m影像中选取十个控制点，每个控制点分别量测十次，记录每次测标移动量测的误差，计算十次误差的标准差，如图1所示。

图1
图2 左边为1号点右边为4号点
可见对于在影像上成像清晰控制点如控制点1、2、3、5、6、7、9、10，量测精度在1/3GSD以内，对于成像不清晰控制点如点号4、10误差则为1/2GSD，如图2。

因此在选取控制点时，保证尽量选择成像清晰的点位。

2 实验方案实施及精度研究
对于传统的航空影测量控制点布设有严格的要求，如控制点的选取要与成图比例尺和航摄比例尺严密联系，每隔五条航线布设一个平高点，三条航线中间加布高程点[2]。

DMC相机影像质量更清晰，影像重叠度更高，其在空中三角测量控制点布设上能否放宽要求，增大跨越基线数量，这是本文实验研究的重点。

因此，实验利用航高500m、1000m、2500m三个航高数据，分别设计了间隔一定基线数量布设控制点以及中心加点与否两种方案，探究几何精度的变化。

为了便于描述，将航高500数据记为gsd05，以此类推航高1000m数据记为gsd10，航高2500m数据记为gsd25。

（1）间隔基线数量的研究
表1 检查点中误差统计1检查点中误差（RMS of check points 单位：m）方案方案描述RMS-X RMS-Y RMS-Z MAX-X MAX-Y MAX-Z gsd05_12g 0.09 0.12 0.27 0.22 0.35 0.46 航高500m，间隔11条航线gsd05_16g 0.09 0.11 0.25 0.22 0.37 0.49 航高500m，间隔7条航线gsd05_21gb 0.08 0.11 0.23 0.19 0.43 0.51 航高500m，间隔4条航线gsd10_9g 0.05 0.07 0.26 0.19 0.20 -0.52 航高1000m，间隔15条航线gsd10_16g 0.05 0.06 0.16 0.15 0.18 0.45 航高
1000m，间隔10条航线gsd10_25g 0.04 0.05 0.15 0.13 0.17 0.38 航高1000m，间隔8条航线gsd10_36g 0.04 0.05 0.13 -0.13 0.17 0.32 航高1000m，间隔6
条航线gsd25_9g 0.08 0.11 0.32 -0.27 -0.36 1.34 航高2500m，间隔15条航线gsd25_16g 0.05 0.07 0.29 -0.19 -0.25 0.85 航高2500m，间隔10条航线
gsd25_25g 0.05 0.07 0.26 -0.16 -0.23 1.01 航高2500m，间隔8条航线
gsd25_36g 0.05 0.06 0.19 0.15 -0.17 0.74 航高2500m，间隔6条航线
可见，随着选择控制点间隔基线数量减少，三个航高数据平面精度几乎无变化，高程精度有所提高。

航高500m数据，基线数量由11个到4个，高程精度提高航高的0.078‰。

航高1000m数据，基线有15条到6条，高程精度提高0.132‰。

航高2500m数据基线由15条提高到6条，高程精度提高0.054‰。

由于气流的影响航高500m的数据结果相对精度较其他两个航高差。

三个航高数据基线间隔
十条布控均可以达到制作1∶1000地形图测图规范要求。

（2）中心布点与否的研究
由表2数据结果可见，三个航高的数据，中心加点对提高平面精度都无作用，可
以提高高程精度但提高幅度有区别。

航高500m的数据，高程精度有明显提高，
周围密集布设16个控制点的情况，中心加布2个点，高程精度提高0.386‰。

航高1000m数据和航高2500m数据，中心加点也可以带来高程方向精度的提高，但是影响不太明显，周围密集布设 16个点时，高程精度提高分别是0.03‰和
0.0068‰。

表2 检查点中误差统计表2检查点均方根（RMS of check points 单位：m）方
案方案描述RMS-X RMS-Y RMS-Z MAX-X MAX-Y MAX-Z gsd05_8g 0.10
0.13 0.52 0.24 0.38 -0.84 gsd05_8g+1 0.10 0.12 0.35 0.24 0.39 -0.56中心无
点中心加点gsd05_16gb 0.08 0.10 0.49 0.19 0.35 -0.77 gsd05_16gb+1 0.07 0.10 0.37 0.19 0.35 -0.57 gsd05_16g+2 0.07 0.10 0.30 0.18 0.36 -0.49中心无
点中心加1点中心加2点gsd10_12g 0.05 0.06 0.23 0.14 0.18 -0.54
gsd10_12g+1 0.05 0.06 0.19 0.14 0.19 -0.44中心无点中心加1点
gsd10_16gb 0.04 0.06 0.21 0.13 0.18 -0.51 gsd10_16gb+2 0.05 0.06 0.18 0.14 0.19 -0.43中心无点中心加2点gsd25_12g 0.06 0.10 0.33 -0.24 -0.34 0.79 gsd25_12g+1 0.06 0.09 0.28 -0.23 -0.31 0.92中心无点中心加1点
gsd25_16gb 0.07 0.09 0.30 -0.25 -0.33 0.89 gsd25_16gb+2 0.06 0.08 0.28 -0.22 -0.29 0.93中心无点中心加2点
3 结论
数码航空相机DMC在实际生产中优势明显，从武汉大学2009年底拍摄的三个航高DMC实验数据分析，我们可以得出如下结论：
（1）随着摄影测量全数字化的到来，航空摄影航向重叠度和旁向重叠度提高不再过多的增加成本，高航向和旁向重叠度，机载POS系统的引入[3、4]，使数码航空相机DMC几何精度更加稳定。

无论是间隔基线均匀布点还是周边密集布点，平面精度都相对比较稳定。

间隔基线数量的变换，或者中心布点与否主要影响高程精度，但是提高幅度有限。

不同航高的数据，一般基线数量间隔八个，平面精度和高程精度都已经相对稳定。

（2）由于受空气气流影响，三个航高的数据精度相比，航高500m的数据相对精度最差。

相同控制点数量和分布的情况下，几何精度航高1000m的优于航高500m。

因此对于数码航空摄影，尽量不采取低空拍摄。

（3）通过不同控制点分布比较可见，间隔一定基线数量的均匀布点方式仍然优于密集周边布点中心加点的布点方式。

一般情况下，三个航高的数据间隔十条基线布设控制点，几何精度都可以满足测图要求。

[1]张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程, 2004,13(4):1-5.
[2]王树文关于数字航摄像机(DMC)若干问题的探讨及研究[J].影像技术,2007(05).
[3]Brown D.C.The Bundle Adjustment - Progress and
Prospects[C].International Archive of
Photogrammetry,Helsinki,Finland,1976.Vol.21 Part III:1-31.
[4]袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用[M].北京:测绘出版社,2001:25-26.。