第29卷第4期 测绘与空间地理信息 Vo1.29,No.4 2006年08月 GEoMATlCs&SPATIAL lNFoRMATlON TECHNOLOGY Au昏,2OO6 近地超轻型飞机小数码航空摄影测量试验分析 李天子,郭辉,徐克科 (1.河南理工大学,河南焦作4540 ̄;2.中国测绘科学研究院,北京100039) 摘要:数码相机应用于航空摄影测量是目前摄影测量界关注的焦点,为此在山西省稷山县用近地超轻型飞机 小数码航空摄影测量系统,进行了航空摄影测量试验,试验取得的精度,满足了大比例尺成图的精度要求。本文 叙述了整个实验过程,并对所取的精度进行了分析,给出了本系统的优缺点,提出克服系统缺点的方案。本系统 的应用,给出了数码相机和超轻型飞机应用于航空摄影测量的方法,加快了航空摄影测量内外业一体化的进程。 关键词:超轻型飞机;数码相机;航空摄影测量 中图分类号:P231 文献标识码:B 文章编号:1672—5867【2006)o4—0o38—05 Analysis of Nearby Ground Lighter Plane Mini Digital Photogrammetry Experiment LI Tian·zi,GUO Hut,XU Ke—ke (1.Henan Polytechnic University ̄Jiaozuo 454008,China;2.Chinese Academy of Surveying &Mapping,Beijing 100039,China) Abstract:It becomes the focus of photogrammetric ifeld to apply diig ̄camera in aerial photogrnaunetry.Thus an experiment was im- plemented in Jishan county of Shanxi province using nearby ground lighter plane mini digital aerial photogrammetry system.The accu— racy ofthe experiment caD_meet the demand oflarge scale topographical mapping.This paper speciifed the course ofthe whole expert- ment and analyzed the accuracy. It presented the advantages and disadvantages of the system and gave schemes to overcome the short— age.The application of hte system gave the way to implement aerial photogrammetry using diigtal cslllera and lighter plnae.It is able to quicken the course of aerial photogrammetry indoor and field integrative work. Key words:lihgter plane;diigtal camera;aerial photogrammetry 0 引 言 0 km,南北长3·2 km。 基于电荷藕合器件CCD的数码相机正广泛地应用于 1试验过程 摄影测量,由于数码相机体积小、重量轻、像元的几何位 1.1地标的布设 置精度高、无需框标标定内方位元素坐标系、无需标准格 在测区内共布设了77个地标点。地标由1.2×1.2 m 网以改变底片变形,特别是生成的影像信号可立即存放 的白色塑料板和直径0.6 m的黑色塑料板粘合而成,中心 于影像存储卡,或直接与计算机相连实现在线作业,实现 点用木桩固定到地面。 数字(而不是数字化)摄影测量乃至实时摄影测量。本次 试验采用了自行研制的JxDc45数码相机,由于数码相 1.2分解力板的布设 机、相机伴侣和为本次实验研制的重力稳定平台总重量 将分解力板平铺在拍摄范围内。分解力板由宽度分 只有15.48 kg,总体积不到0.14 m ,所以试验采用了蜜蜂 别为5O、20、15、10、7.5 cm的黑白相间的布条构成。 3型超轻型飞机,大大降低了成本。试验时间为2005年6 1.3地标点野外测量 月23 13~7月7 13。试验测区位于山西省稷山县县城西 地标点的测量利用TOPCON LE型RTK测量系统完 北部,地势比较平坦,高差100 m,参照GB7931—87,属山 成,该系统RTK标称精度为平面10 mm+1.5 p.m×D、高 地。交通便利,机场位于测区的中北部。测区东西长 程20mm+1.5 p.m×D。 收稿日期:2005一ll一08 基金项目:河南省科技攻关资助项目(0524220043) 作者简介:李天子(1979一),男,汉,河南理工大学在读研究生,研究方向:摄影测量与遥感。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第4期 1.4航线设计 李天子等:近地超轻型飞机小数码航空摄影测量试验分析 39 (如图l所示),每条航线31张航片。相对航高750 m,航 1.4.1 l:2000区域网试验飞行 摄地面分解力为20 cm。 采用GPS飞控管理系统进行定点曝光,共四条航线 翟牡‘ 第四航线 GCP16 GCP15 GcP14 Ga GCP12 GCP11 GEe10 GCP9 第三航线 胡塞庄 蠕村 ‘ GCP17 GCP18 CCElO . GCP20 GCP21 GCP22 CCP23 l I l I I l 吉囊庄 ‘ ,蜃窑- 第"-tVt ̄. GaP30 — ;卅 卜r二一 GCP27 GCP26 GCP25 GCP24 第一航线 ‘ 加庄 箍 I 一 GCP3l GCP32 GCP33 GPC34 GCP35 C,CP36 . GCP37 GCP38, 图1航线及地标点布设图 Fig.1 The planning of lfight course and ground control points 1.4.2单像对精度试验飞行 在同一航线上拍摄5次,2.5 S连续曝光。相对航高 300 m横拍(航线方向为4K,旁向为5K)一次(如图2所 示)、竖拍(航线方向为5K,旁向为4K)一次(如图3所 示);相对航高400 m横拍一次(如图4所示)、竖拍一次 (如图5所示);相对航高750 m横拍一次(如图6所示)。 图4航高414m横拍 iFg.4 The horizontal shot with 414 m lfihgt height 图2航高325 m横拍 Fig.2 The horizontal shot with 325 m lfihgt heihgt 图5航高446m竖拍 Fig.5 The vertical shotwith446mflight heihgt 图3航高348 m竖拍 图6航高759m横拍 Fig·3 The vertical shot wiht 348 m lfihgt heihgt Fig.6 The horizontal shot with 759 m flight height 维普资讯 http://www.cqvip.com
测绘与空间地理信息 2006年 1.5单像对JX4采点精度统计试验 验。 利用Jx4将航高为300 m、4OO m横拍、竖拍和700 m 横拍构成的像对共计5对进行了采点试验。像对范围内 2试验结果 有近4JD个地标点。 2.1 相机分解力试验结果 1.6自动空三试验 10 cm像元尺寸可以看清15 cm宽的黑白相问的分解 利用Jx4 PBBA自动空中三角测量软件对750m航高 力板,符合采样定理。相机地面分辨率的标称值与试验 进行区域网加密和平差。 结果相符。 1.7正射影像的制作 2.2密集点单像对试验结果(如表1所示) 作为实验结果,利用Jx4一C进行正射影像的制作试 表1密集控制点区单像对精度试验结果 Tab.1 The accuracy result of single stereo pair in high density control points area 注:上述精度是在2倍核线影像,2倍放大立体观察条件下获得的精度。 结论:在铺有地标的情况下,平面中误差约为像元地 为基线长) 面尺寸的0.5倍,高程中误差约为像元地面尺寸的0.5 即高程误差等于平面误差/基高比。 倍/基高比。 2)没有地标时,平面精度会因为辨认误差而降低,但 分析: 高程精度不会有大的改变。为了排除辨认误差的影响, 1)设航向重叠度为 ,则基线(像方)为b=(1一 )· 本次试验全部采用地标,这样可以搞清相机的原理误差 Z (如图7示), 和检校水平。实验结果表明相机检校水平已经达到子像 元级。 3)由上表可以看到,地面分辨率20 cm,759 m航高拍 摄的平面精度相当高,达到了1/4地面像元尺寸,约6 cm。 把整个试验重作一次,精度仍然那么高。经过分析,主要 是由于密集区地标点是为10 cm分辨率飞行设计的,在20 cm分辨率飞行时,所有点都是由于集中在1/2像对面积 之内引起的。如果地标密集点分布全相对时,1/2像元中 误差(±10 era)应当可以达到的精度如表2所示。 2.3 区域网加密和平差结论 图7测图精度估计 分析:用4条基线一对控制点对数码照片进行加密作 Fig.7 The accuracy estimation of mapping 业,与常规胶片相机作业无明显区别。按照GB 7931— ^一 =手=器一 c基高 87,加密精度能满足1:2 000成图精度要求。从精度情况 看:4条基线一对点,可考虑增加至8条基线一对点。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第4期 李天子等:近地超轻型飞机小数码航空摄影测量试验分析 41 表2区域网加密精度统计表 Tab.2 The accuracy statistics of the denqiifcation of regional network 2.4正射影像制作试验结果 分析:制作正射影像图,与常规做法一样,制作简单。 没有用色彩融合,色调均衡,彩色逼真。接边差小,平面精 度高。 3 本系统的优缺点 3.1 优点 1)数码相机代替了传统的胶片航摄仪,影像无需冲 洗和扫描,降低了成本,缩短了成图周期,增强了地图的 现势性。 2)数码相机体积小、重量轻、耗电少可使用超轻型飞 图7 l:500正射影像图 机,超轻型飞机在测区内部利用草地,公路就地起飞,起 Fig.7 The l:500 orthophoto map 飞方便,成本低。 3)角分辨率大,飞行高度低,是同样地面分辨率的国 外航空数码相机航高的1/2~1/3。CCD为4k×5k的大 面阵,所以基线长,基高比大,提高了高程精度。 4)由于航高低、CCD动态范围宽和大的角分辨率,可 以在云下和轻雾天拍摄。对飞行天气的要求大大低于传 统相机和国外的数码相机要求,节约了时间,降低了成 本。 5)由于采用GPS定点曝光,用相片漏洞检查软件检 查航飞区域内是否有漏洞,当时就能进行定点补拍。胶 片大飞机航拍,不能及时检查漏洞,补飞代价高,所以加 图8 l:1000正射影像图 大重叠度,造成航线增加,效率降低。 Fig.8 The l:1000 orthophoto map 6)控制点的外业测量、航飞、内业资料检查和补拍可 以同时在测区进行,加快了航测内外业一体化的进程。 7)不会发生因压平误差导致的无法相对定向;没有 像片伸缩变形,所以影像边缘也可以使用。 8)影像为RGB自然彩色,比融合彩色更加逼真。 3.2缺点 1)由于每个像对覆盖面积小,导致航线数量和像对 数量增多。JXDCA5的旁向覆盖宽度是常规摄影仪(23 cm ×23 cm)的59%,航线数增加近一倍,像对数增加近3~4 倍。例如测图比例尺为1:2 000时,RC30用1:8 000摄影 图9 l:2000正射影像图 比例尺拍摄,地面旁向宽度为1.84 km,JXDCA5在相同地 Fig.9 The l:2000 orthophoto map 面分辨率时旁向宽度为1.06 km。但由于可将控制点的 维普资讯 http://www.cqvip.com
42 测绘与空间地理信.g- 换,解决大城市的高楼投影差问题。 2006年 布设由4条基线一个点减为8条基线一个点,因此控制点 的数量增加有限。内业测图工作量并不与像对数量成正 比,内业工作量增加不到2倍。 4 结论 2)JXDC45追求的是大的视场角,5k方向相当于焦 距为150 nl/n的传统相机,4k方向相当于200 nl/n焦距的 此次试验的成功,使我国航空摄影测量由胶片时代 迈进了数码相机时代。超轻型飞机的使用、手持GPS布 地标、RTK像控点测量、GPS定点导航型航拍、自动相关 软件检查航向旁向漏洞、GPS定点补拍、空三、正射均在测 区一次完成,大大缩短航测成图周期,并满足了大比例尺 成图的精度要求,加快了航测内外业一体化的进程。 传统相机。低的飞行高度,焦距只有35 nl/n,在高楼大城 市区域拍照正摄影像时,投影差太大,不合适,而作向量 测图时没有影响。 3.3解决上述缺点的出路 3.3.1为解决覆盖小,像对数加多,正在研制更大视场角 参考文献: [1]张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程,2004, (6):1—5. 的相机(如JXDC58),既保留云下拍摄优点、覆盖又与传 统相机相当。 ’ 3.3.2拍摄时带DGPS,对天线进行无分量安装,暂不安 装光纤陀螺,而是每次上天顺便拍摄架构航线,这样就可 以大大减少外业控制点,甚至不要外业控制点。 [2]冯文灏.数码相机实施摄影测量的几个问题[J].测绘信息与 工程,2002,(3):3—5. ] ] ] [3]毛志红,王晓临、石家庄市航空摄影测量综述[J].测绘通报, 2001,(5):24—26. 3.3.3 研制新一代面向区域自动跨像对的全数字 JX5DPS作业的工作量与像对无关,只与区域面积有关。 3.3.4目前的成图放大倍数是按传统相机设计,而数码 相机潜力巨大,经过一定生产试验后,可以大胆提高航高 拍摄可获得大的覆盖面积。 [4]萧敏凯,等.航测内外业一体化的探讨和实践[J].遥感信息. 2000,(4):78—8o. [5]L.ZhHANG,A.GRUEN.Sensor Modeling for Aerial Triangulation with Three—Line—Scanner(TLS)Imagery[C]//Commemorative Volueforthe 60th birthday ofProf.Dr.Armin gcuen.2004. 3.3.5生产可更换镜头的数码相机,这样就可以用同一 套数字后配备不同的镜筒、镜头来实现长焦、短焦的更 [责任编辑:栾丽杰] (上接第34页) 的需求是不言而喻的。而我国也准备发射高分辨率的海 洋卫星和资源卫星用于区域环境监测。 遥感技术在环境监测中应用的基本趋势是航空、航 天遥感数据和图像与全球定位系统、地理信息系统在网 络上实现一体化。此外,海量的数据处理及二次开发环 境监测半自动或全自动软件,具备自动识别、快速智能、 制图、预报的功能,这可为区域的可持续发展提供决策信 息。 究[J].国土资源遥感,2003,2o(3). 万余庆,等.高光谱遥感技术在水环境监测中的应用研究 [J].国土资源遥感,2003,26(3). Saundem J S,Jupp DLB.Mapping oP6cal Water Quality of the Hawkesbury River Using CASI Airborne Spectrometer Data [C]ll Presented at the 7th Australian Remote Sensing Coder— ence.Melbourne Anstndia Marth 124,1994. Jupp DLB.The Use of Highly Discriminating Spectral Informa— ifon for Mapping nd Monia ̄ring Optical Water Quality nd Shala· low Benthic Cover[C]//Presented at 8th Australin Remotae ensiSngConference.Canberra 25—29 Marth 1996. Jupp DLB 1 Detection,Identiicatfion and Mapping of Cyano bac— 参考文献: [1] 浦瑞良,宫鹅.高光谱遥感及应用[M].北京:高等教育出版 社,2000. teria Using Remote Sensing to Measure the Optical Quality of Turbid Inland waters[J].Anst Mar Freshwater Res,1994,45: 801—828. [2] 张均萍,张哗,周迁显.成像光谱技术超谱图像分类研究现状 与分析[J].中国空间分析技术,2001,23(1):37—44. 范文义.荒漠化程度评价高光谱遥感信息模型[J].林业学 报,2002,(2):61—67. [3] 胡著智,等.遥感技术与地学应用[M].南京:南京大学出版 社。1999. 谭炳香.高光谱遥感森林应用研究探讨[J].世界林业研究, [4] 范学炜,等.成像高光谱数据在赤潮检测和识别中的应用研 2003,16(4). [责任编辑:栾丽杰]
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