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摘要:本文介绍了DMC系统的构成以及DMC数码影像在航测数字化成图中的特点和优点,并以我院实际工作举例,对利用DMC数码影像来测图的各项精度进行分析,进一步阐述了其在数字摄影测量中对提高成果精度的重要作用
关键词:DMC 数码航空影像 数字摄影测量 空中三角测量 精度分析
一、引言
航空摄影测量技术得到广泛的应用,已成为新建铁路、新建公路选线和设计所需带状地形图成图的重要手段之一。随着光电技术和计算机传输技术的发展,数码航空影像的获取已成为现代航空摄影测量的一种手段。数字航摄相机(DigitalMappingCamera简称DMC)系统的诞生改变了常规胶片航空摄影像片获取的方法。
二、DMC数字航摄仪及其影像特点
数字航摄相机是一个高分辨率、高精度的数字航空摄影系统,它可完成小比例尺和大比例尺航空摄影测量航摄工作。同时在恶劣气候下,也能以不同的曝光时间在不同的光线条件下曝光,完成航空摄影测量航摄工作,解决了传统航摄方式在恶劣气候下不能进行航空摄影的缺陷。下面简单介绍一下DMC数字航摄仪及其影像特点:
1、DMC系统的主体部分包括DMC的镜头系统与电子控制系统,T-AS陀螺稳定平台及过渡架以及机载数据存储设备等组成。DMC镜头系统是由8个镜头组合而成的,其中4个全色镜头,4个多光谱镜头(红、绿、蓝以及近红外)。每个单独镜头都配有大面阵的CCD传感器,在航空摄影飞行中,DMC数字航摄仪的8个镜头同步曝光(间隔小于10-9秒),一次飞行可同步获取分辩率为7680×13824高分辨率黑白、真彩色和彩红外航空影像数据。获取的航空影像数据比传统相机获取的航片信息多、信息丰富,精度高,省去了胶片的冲洗、航片扫描中间环节。获取影像数据周期短,速度快,成本低,效率高。
2、数字航摄相机自动化程度高,摄影飞行航线设计在地面设计好后输入计算机,航空摄影时从航线的进入、启拍点、以及每张航片的定位到关闭点都由计算机自动完成,每张航片拍摄完成后,能即时在计算机上看到所拍摄的成果,如有漏动立即能发现,可以马上进行补拍。
三、我院利用DMC影像在航测数字化成图中的应用
我院在实际生产中,DMC影像的主要利用是在防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图的项目生产中,该项目全长30公里, 铁路设计线沿线地貌为丘陵地,采用DMC数码影像进行测图。
1、在空中三角测量过程中,由于DMC影像四个角没有框标,Geolord-AT空中三角测量软件根据输入的相机信息文件和影像信息文件,自动生成各影像的内定向文件,完成内定向,不需要逐片测框标,从而减少了工作量,提高了工作效率。另一方面由于内定向的残差为零,而且DMC影像分辨率高、纹理细腻、影像清晰,大大提高了观测精度和加密成果的精度。同时采用DMC影像放大喷绘成1:4000像片作为像片控制片,提高了像片控制点判读和刺点的精度,对提高加密成果的精度也有很大的帮助。
DMC影像这些优点,有效的提高了防城港至企沙1:2000铁路地形图空中三角测量成果的定向精度,防城港至企沙1:2000铁路地形图空中三角测量成果的定向精度计算如下:
(1)相对定向中误差最大为:0.0031mm;
(2)模型连接点的中误差为:Mcx=0.130m;Mcy=0.081mMcz=0.124m;
(3)定向点中误差为:Mkx=0.224mMky=0.216mMkz=0.015m
(4)公共点最大较差为:dx=0.215mdy=0.248mdz=0.207m
为了确保加密成果的精度,每个加密分区还施测了4个外业平高控制点作为加密检查点用于检查加密成果的精度,施测的加密检查点均匀分布在三个加密分区内,三个加密分区共施测了12个外业平高控制点作为加密检查点。最后的检查结果计算为:加密检查点的中误差(m):Mjx=0.043Mjy=0.046Mjz=0.138。检查点平面最大误差:Maxjs=0.104米,高程最大误差Maxjz=0.231米可见,检查点平面最大误差几乎小于规范规定限差的1/5,高程最大误差几乎小于规范规定限差的1/2,整个项目加密平差结果精度非常好。
2、1:2000矢量测图。采用全数字摄影测量工作站JX4C进行1:2000矢量测图,由于DMC影像分辨率为12μm,影像数据信息丰富,具有高度的清晰度,而且全数字摄影测量工作站JX4C矢量测图功能比较完善,在全数字摄影测量工作站JX4C进行矢量测图时其立体模型影像非常清晰。为了更有效的提高成图的平面和高程精度,建立立体模型进行核线重采样时,采用放大1.3倍或1.5倍的核线采样倍率进行核线重采样,使建立的立体模型影像大而清晰以便提高立体模型影像的观测精度。但是由于DMC影像数据的摄影基线较短,会对高程精度产生一些影响,针对这一问题,根据DMC影像分辨率高的特点,进行1:2000矢量测图时,把立体模型影像放大3至4倍(因为DMC影像分辨率为12μm,建立立体模型进行核线重采样时,采用1.3倍或1.5倍的核线采样倍率进行核线重采样,把立体模型影像放大到6至7倍影像还是很清晰的,不会产生马赛克),并调整影像的亮度和反差到最佳进行1:2000矢量测图的地物、地貌测绘。这样可以有效提高立体模型影像的观测精度,进一步提高成图的平面和高程精度。
四、与常规航空摄影测图成果的精度分析
(1)采用DMC航空影像与采用常规的航空胶片扫描影像加密相比,常规的胶片航空摄影从摄影开始,到获取数字影像的整个过程,都会带来很多系统误差,如摄影物镜畸变差、摄影材料的几何变形、胶片的压平误差、底片暗匣的改变过程,及更换绿光片的过程等都会在加密过程中使加密成果受到系统误差的影响,为了迷补系统误差的影响,往往要使用自检校法补偿系统误差的功能来提高加密精度。而DMC航空影像从摄影开始到获取数字影像的整个过程中没有上述过程,在很大程度上减少了系统误差对空三加密成果的影响。
(2)以防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图为例,为了提高成果的精度,向用户提供可靠、高精度的成果,该项目专门在测区对防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图成果进行了抽样检测,抽样检测了3幅图,检测的地物点平面位置中误差为0.26米,检测的高程点中误差为0.19米,地形点中误差为0.23米,符合精度要求。目前,该项目已经提供给铁路部门使用,在设计路线的选线、设计、放样过程中都发挥了较大的作用,得到了很高的评价和赞赏。
五、结论
从DMC系统的组成、DMC获取数据的原理以及对防城港至企沙1:2000铁路专业地形图测图成果的精度分析中不难得出如下结论;
(1)电子像移补偿FMC技术消除了传统航空摄影的局限性;
(2)由于内定向的残差为零,提高了航测成图的几何精度;
(3)高分辨率的影像数据提高了立体模型观测的精度,从而提高了成图的数学精度。
(4)缩短了从航摄到成图的周期;
(5)相对传统的航片而言,由于没有影像扫描这一环节,因此,在整个作业过程中既节省了人力,物力资源及扫描这一环节的成本。
(6)避免了摄影物镜畸变差、摄影材料的几何变形、胶片的压平误差等摄影过程引起的误差以及冲洗航片引起的变形而产生的误差。免除了航片扫描过程引起的变形和损失像素而影响测图精度的问题。随着科学技术的发展,DMC技术将发挥出它所具备的优势,将成为测绘行业所关注的焦点,在数字摄影测量中得到越来越广泛的应用。
关键词:DMC 数码航空影像 数字摄影测量 空中三角测量 精度分析
一、引言
航空摄影测量技术得到广泛的应用,已成为新建铁路、新建公路选线和设计所需带状地形图成图的重要手段之一。随着光电技术和计算机传输技术的发展,数码航空影像的获取已成为现代航空摄影测量的一种手段。数字航摄相机(DigitalMappingCamera简称DMC)系统的诞生改变了常规胶片航空摄影像片获取的方法。
二、DMC数字航摄仪及其影像特点
数字航摄相机是一个高分辨率、高精度的数字航空摄影系统,它可完成小比例尺和大比例尺航空摄影测量航摄工作。同时在恶劣气候下,也能以不同的曝光时间在不同的光线条件下曝光,完成航空摄影测量航摄工作,解决了传统航摄方式在恶劣气候下不能进行航空摄影的缺陷。下面简单介绍一下DMC数字航摄仪及其影像特点:
1、DMC系统的主体部分包括DMC的镜头系统与电子控制系统,T-AS陀螺稳定平台及过渡架以及机载数据存储设备等组成。DMC镜头系统是由8个镜头组合而成的,其中4个全色镜头,4个多光谱镜头(红、绿、蓝以及近红外)。每个单独镜头都配有大面阵的CCD传感器,在航空摄影飞行中,DMC数字航摄仪的8个镜头同步曝光(间隔小于10-9秒),一次飞行可同步获取分辩率为7680×13824高分辨率黑白、真彩色和彩红外航空影像数据。获取的航空影像数据比传统相机获取的航片信息多、信息丰富,精度高,省去了胶片的冲洗、航片扫描中间环节。获取影像数据周期短,速度快,成本低,效率高。
2、数字航摄相机自动化程度高,摄影飞行航线设计在地面设计好后输入计算机,航空摄影时从航线的进入、启拍点、以及每张航片的定位到关闭点都由计算机自动完成,每张航片拍摄完成后,能即时在计算机上看到所拍摄的成果,如有漏动立即能发现,可以马上进行补拍。
三、我院利用DMC影像在航测数字化成图中的应用
我院在实际生产中,DMC影像的主要利用是在防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图的项目生产中,该项目全长30公里, 铁路设计线沿线地貌为丘陵地,采用DMC数码影像进行测图。
1、在空中三角测量过程中,由于DMC影像四个角没有框标,Geolord-AT空中三角测量软件根据输入的相机信息文件和影像信息文件,自动生成各影像的内定向文件,完成内定向,不需要逐片测框标,从而减少了工作量,提高了工作效率。另一方面由于内定向的残差为零,而且DMC影像分辨率高、纹理细腻、影像清晰,大大提高了观测精度和加密成果的精度。同时采用DMC影像放大喷绘成1:4000像片作为像片控制片,提高了像片控制点判读和刺点的精度,对提高加密成果的精度也有很大的帮助。
DMC影像这些优点,有效的提高了防城港至企沙1:2000铁路地形图空中三角测量成果的定向精度,防城港至企沙1:2000铁路地形图空中三角测量成果的定向精度计算如下:
(1)相对定向中误差最大为:0.0031mm;
(2)模型连接点的中误差为:Mcx=0.130m;Mcy=0.081mMcz=0.124m;
(3)定向点中误差为:Mkx=0.224mMky=0.216mMkz=0.015m
(4)公共点最大较差为:dx=0.215mdy=0.248mdz=0.207m
为了确保加密成果的精度,每个加密分区还施测了4个外业平高控制点作为加密检查点用于检查加密成果的精度,施测的加密检查点均匀分布在三个加密分区内,三个加密分区共施测了12个外业平高控制点作为加密检查点。最后的检查结果计算为:加密检查点的中误差(m):Mjx=0.043Mjy=0.046Mjz=0.138。检查点平面最大误差:Maxjs=0.104米,高程最大误差Maxjz=0.231米可见,检查点平面最大误差几乎小于规范规定限差的1/5,高程最大误差几乎小于规范规定限差的1/2,整个项目加密平差结果精度非常好。
2、1:2000矢量测图。采用全数字摄影测量工作站JX4C进行1:2000矢量测图,由于DMC影像分辨率为12μm,影像数据信息丰富,具有高度的清晰度,而且全数字摄影测量工作站JX4C矢量测图功能比较完善,在全数字摄影测量工作站JX4C进行矢量测图时其立体模型影像非常清晰。为了更有效的提高成图的平面和高程精度,建立立体模型进行核线重采样时,采用放大1.3倍或1.5倍的核线采样倍率进行核线重采样,使建立的立体模型影像大而清晰以便提高立体模型影像的观测精度。但是由于DMC影像数据的摄影基线较短,会对高程精度产生一些影响,针对这一问题,根据DMC影像分辨率高的特点,进行1:2000矢量测图时,把立体模型影像放大3至4倍(因为DMC影像分辨率为12μm,建立立体模型进行核线重采样时,采用1.3倍或1.5倍的核线采样倍率进行核线重采样,把立体模型影像放大到6至7倍影像还是很清晰的,不会产生马赛克),并调整影像的亮度和反差到最佳进行1:2000矢量测图的地物、地貌测绘。这样可以有效提高立体模型影像的观测精度,进一步提高成图的平面和高程精度。
四、与常规航空摄影测图成果的精度分析
(1)采用DMC航空影像与采用常规的航空胶片扫描影像加密相比,常规的胶片航空摄影从摄影开始,到获取数字影像的整个过程,都会带来很多系统误差,如摄影物镜畸变差、摄影材料的几何变形、胶片的压平误差、底片暗匣的改变过程,及更换绿光片的过程等都会在加密过程中使加密成果受到系统误差的影响,为了迷补系统误差的影响,往往要使用自检校法补偿系统误差的功能来提高加密精度。而DMC航空影像从摄影开始到获取数字影像的整个过程中没有上述过程,在很大程度上减少了系统误差对空三加密成果的影响。
(2)以防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图为例,为了提高成果的精度,向用户提供可靠、高精度的成果,该项目专门在测区对防城港至企沙1:2000带状铁路专业航测数字化地形图成果进行了抽样检测,抽样检测了3幅图,检测的地物点平面位置中误差为0.26米,检测的高程点中误差为0.19米,地形点中误差为0.23米,符合精度要求。目前,该项目已经提供给铁路部门使用,在设计路线的选线、设计、放样过程中都发挥了较大的作用,得到了很高的评价和赞赏。
五、结论
从DMC系统的组成、DMC获取数据的原理以及对防城港至企沙1:2000铁路专业地形图测图成果的精度分析中不难得出如下结论;
(1)电子像移补偿FMC技术消除了传统航空摄影的局限性;
(2)由于内定向的残差为零,提高了航测成图的几何精度;
(3)高分辨率的影像数据提高了立体模型观测的精度,从而提高了成图的数学精度。
(4)缩短了从航摄到成图的周期;
(5)相对传统的航片而言,由于没有影像扫描这一环节,因此,在整个作业过程中既节省了人力,物力资源及扫描这一环节的成本。
(6)避免了摄影物镜畸变差、摄影材料的几何变形、胶片的压平误差等摄影过程引起的误差以及冲洗航片引起的变形而产生的误差。免除了航片扫描过程引起的变形和损失像素而影响测图精度的问题。随着科学技术的发展,DMC技术将发挥出它所具备的优势,将成为测绘行业所关注的焦点,在数字摄影测量中得到越来越广泛的应用。