2024年3月30日发(作者：)
１０ 铁道勘察 ２０１３年第２期 文章编号：１６７２—７４７９（２０１３）０２—００１０—０４ 基于新型传感器的空三加密研究及精度分析 刘江瑜 （中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉４３００６３） Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｅｒｉａｌ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｎｅｗ Ｓｅｎｓｏｒ ＬＩＵ Ｊｉａｎｇｙｕ 摘 要 利用ＤＭＣ数码航空影像，采用两种不同的空三加密软件（ＯＲＩＭＡ和ＭＡＴＣＨ—ＡＴ），对外业 控制点的布设方案、基线数量、点位选取、是否引入ＰＯＳ数据等，采取不同的方案进行空三加密的研究、 分析和总结。 关键词 空中三角测量中图分类号：Ｐ２３１ 数码影像ＯＲＩＭＡ ＭＡＴＣＨ—ＡＴ 外业控制点 文献标识码：Ａ １ 新型传感器简介 目前，新型传感器主要有两种类型：一种是机载三 线阵数字传感器，如ＡＤＳ４０，另一种是大幅面框幅式数 字成像系统，如ＤＭＣ、ＵｌｔｒａＣａｍＤ¨ 。三线阵传感器 ＡＤＳ４０为单镜头系统，内置ＰＯＳ（ＧＰＳ／ＩＭＵ）系统，在 ２工程项目基本情况 ２．１ 概述 本次试验选用我国某条铁路线中的一段外控点比 较密集的地区进行，该铁路线路走向基本为东西向，地 势平坦，试验测区位于东经１１７。１５ ～１１９。２０ ，北纬 ３４。１Ｏ ～３４。５Ｏ 。坐标系统：平面采用２０００国家大地 坐标系，按３。分带计算平面直角坐标系，为方便施工 飞行瞬问获取扫描行的外方位元素。ＤＭＣ为多镜头 成像系统，摄影时同时曝光，所获得的四幅子影像经一 定的处理拼接而成一幅虚拟影像。框幅式ＤＭＣ成像 系统由４台全色相机和４台多光谱相机组成，具有 建设，将中央子午线暂定为１１７。３０ 、１１８。００ 、１１８。３０ 、 １ １９。００ ；高程系统采用１９８５国家高程基准，高程抵偿 面根据设计线路高程和测区高程异常值确定（以满足 ＦＭＣ（自动像移补偿），摄影时８台相机同时曝光，所 获得的（１３ ８２４ｘ７ ６８０）像素的大幅面虚拟影像由四个 ＣＣＤ面阵经处理拼接而成，像素大小１２ ｍ×１２ ｍ。 由于其成像系统是对中心投影影像的一种近似模拟， 拼接时的误差对影像有系统性的影响。为了提高影像 精度，需要补偿此类系统误差 。 每公里投影变形小于１０ｍｍ）。 ２．２资料准备 收集测区所需２０００国家坐标系及１９８０西安坐标 系成果资料，平面点应为国家四等（ＧＰＳ点为Ｃ级）及 以上点；高程点应为国家四等及以上水准点。 航摄资料为ＤＭＣ２００１数码相机拍摄的像片，焦距 ．鉴于自身具有的特点和优势，大面阵相机在高精 度航天立体测绘领域的应用基本可以分为两种模式： 厂＝１２０ ｍｍ的镜头，摄影比例尺约１：２０ ０００左右，航向 南北飞行，航向重叠为６０％～６５％，像元尺寸为１２ ①高分辨率交向立体摄影测量模式。②小基线立体摄 影测量模式。 Ｉｘｍ，地面分辨率ＧＳＤ为０．２４ Ｉｎ，像幅大小为９６ ｒａｍ￣ １６８ ｍｍ 收稿日期：２０１３—０２—０４ ３ 实验方案 本次试验主要选择了两款常用的软件来进行，即 作者简介：刘江瑜（１９７９一），女，２００３年毕业于中国地质大学地理信息 系统专业，工程师，Ｅ－ｍａｉｌ：６７５９３７４８９＠ｑｑ．Ｃｏｎ。ｒ
基于新型传感器的空三加密研究及精度分析：刘江瑜 ＨＥＬＡＶＡ数字摄影测量工作站及ＩＮＰＨＯ摄影测量软 再进行两个系统之间的比较，利用ＩＮＰＨＯ系统 件。依据多年空三加密的实践经验，对本项目实验设 计了四个大组、八个小组的试验方案，这些方案基本囊 括了实际工作中可能遇到的一系列典型问题。 试验中，设定四个空三加密处理的方案：方案Ａ、 方案Ｂ、方案Ｃ、方案Ｄ。首先进行ＨＥＬＡＶＡ软件系统 时，加入了ＰＯＳ数据利用系统自动生成模型进行空三 加密，在操作上比起ＨＥＬＡＶＡ系统的手动添加模型连 接点的方案有很大的不同，ＰＯＳ数据作为外方位元素 ４～嗍 ～ ９ 的引入，对于整个模型稳定性起到多大的作用，也应该 能在两个系统中相同检查点的绝对精度和加密点的相 对精度中体现出来。 为了尽可能减少人为因素对本次实验的影响，选 取了铁路线路中相对外业控制点分布比较均匀，影像 和ＩＮＰＨＯ软件系统下四个方案内部的比较，即全控制 方案和外部为平面或高程点方案的比较，验证空三加 密时测区外边缘采用不同控制方案（即平面控制、高 程控制、平高控制方案）对检查点绝对精度的影响，以 及对加密点相对精度的影响。其次是进行两个系统下 四个方案之间的对比，验证外控点的数量及分布对检 查点绝对精度和加密点相对精度的影响。 比较清楚的一段作为本次试验的实验区域。如图１为 依据外控点及空三加密后得出的加密点所做的像对结 合图。从图１中可以看出，这一段区域采用的是铁路 测量中最常用的单基线双模型方案布设外业控制点。 Ｐ３２１２２．１７ Ｔ丽３２１３ ｇ １４５ ７．３０ －３－２１４２ ７．４５ ３２１—４４／４３ Ｉ ３２１４３／４ Ｔ３２１４３Ａ ｌ Ｂ３２１４２ —１ Ｏ７～ Ｔ３３１５３ Ｆ－，ｔｓ￣～ Ｐ３４１５０ ２凇２ Ｔ３３１４９Ａ ．Ｂ３３１４６ １８．６４ ８１ Ｂ３４１４７ ＩＴ．０４ Ｂ３４１５４ ２０．７７ ｉ４１５３Ａ １９．９ｌ ４９ １３．０７ 图１像点结合示意 方案Ａ：属于基础实验方案，对于外业控制点，可 以将其作为检查点来检验空三加密后得出的大地坐标 与真实大地坐标，得到它们的绝对误差；而对于加密点 来说，无法得知空三加密后加密点的绝对精度。因此，
１２ 铁道勘察 ２０１３年第２期 把方案Ａ中２０个外控点全控制下得出加密点的大地 坐标作为绝对真值来检验本次试验后面几个方案中加 密点的精度变化。 方案Ｂ：针对目前很多项目工期紧，时间不充分的 情况。在方案Ａ的基础上均匀抽稀外控点的布设，将 单基线抽稀为三基线的情况，即１２个外控点进行区域 控制，计算８个检查外控点和加密点的大地坐标。此 方案中这１２个外控点在整个试验区域仍然属于均匀 分布的情况。 方案Ｃ：可以说是一种比较极限的试验，因为在大 量的实践工作中发现，在很多项目中会遇到大山、无人 区、军事禁区等一系列的困难地区，这些地区没有办法 深入进行外业控制点的采集，外控点非常有限。本方 案就是以极限的状况作为试验的部分来测试。本方案 中把方案Ｂ中的１２个外控点继续抽稀为６个外控点 方案Ｄ：和方案Ｃ一样属于比较极限的试验，同样 是６个外业控制点，但在方案Ｄ中改变外业控制点的 分布，将四周分布改为区域均匀分布。 ４实验数据结果及分析 ４．１ 方案Ｂ 分析方案Ｂ的数据可以看出，整个区域从２０个外 控点抽稀为１２个外控点之后，虽然说也是属于均匀分 布，但对于区域网外围的检查点精度而言，已经有很明 显的下降，平面绝对误差达到了０．５ ｍ，高程绝对误差 达到了０．６ ｍ左右，依据“某客专航测制图技术设计 书”的要求，平面达到要求，而高程都属于超限范围， 这样的结果，应用于实际生产测图，精度将整体偏低。 ４．２ 方案Ｃ 随着外业控制点的减少，整个区域的模型也逐渐 变差，表现在高程上尤为明显，检查点和外业控制点的 平均误差都为１ Ｉｎ左右，最大的甚至达到了１．５ ｍ左 右。从ＨＥＬＡＶＡ系统的ｏｒｉｍａ加密报告中看到加密报 告显示的结果很好，所有的外业控制点都在限差范围 内，按平常的理解认为这样的加密报告满足“某客专 航测制图技术设计书”的要求，空三加密的结果也能 应用于１：２ ０００铁路图的绘制。但和外业控制点比 较之后可知，这样的精度不能用于制作１：２ ０００的铁 路线划图。以方案Ａ中全控制下的加密点大地坐标 为相对的真实大地坐标值来进行这一组的比较。从数 据比较中看出，整个区域的加密点坐标平面影响不大， 而差异主要表现为高程方面。 外业检查点的高程绝对误差平均值 ｐ全控制＝０．８０２ ５ 平高控制＝０．８８９ ８ 、加密点的高程绝对误差平均值 Ｔ全控制＝０．７２１ ７ 垂Ｔ平、高控制＝０．８２１ ２ 从以上平均值可以看出，在６个外控点，四周分布 的情况下，平、高控制下的检查点和加密点的绝对误差 要大于全控制下的误差值；而对于加密点来说，平均误 差值小于外业检查点的平均误差值。由此可以看出， 对于整个空三加密的过程来说，加密点是根据外业控 制点的大地坐标计算得来的，本身加密的过程就会损 失一部分精度。 ＩＮＰＨＯ系统下试验的两个数据明显的优于 ＨＥＬＡＶＡ系统下的两组数据。从表上看，平面的误差 基本满足“某客专航测制图技术设计书”的要求，误差 主要集中在高程方面。 ４．３ 方案Ｄ 与方案ｃ同为６个外控点控制，但由于外控点位 置的分布不同，对检查点的精度影响很大。以方案Ａ 中的加密点作为真实值，方案Ｄ中加密点的绝对精度 也是大大优于方案Ｃ中加密点的绝对精度。下面求 一个方案Ｄ中高程值的平均值。 外业检查点的高程绝对误差平均值 ｐ全控制＝０．３２４ ４ ｐ平高控制＝０．３０７ ０ 、加密点的高程绝对误差平均值 Ｔ全控制＝０．２９７ ３ Ｔ平高控制＝０．２３６ ４ 、方案Ｄ中所求的平均值与方案Ｃ中的所求的平 均值比较起来，有明显的提高。在实际生产中可以利 用外控点的分布来提高整个区域的作业精度。 与ＨＥＬＡＶＡ系统不同，在ＩＮＰＨＯ系统下改变了 外控点的分布之后，整个区域的加密点及检查点的绝 对精度也有所提高，但是变化不是很大。 外业检查点的高程绝对误差平均值 ｐ全控制＝０．３７８ ｐ平高控制：０．２７３ ５ 、加密点的高程绝对误差平均值 Ｔ全控制＝０．２５９ Ｔ平高控制＝０．１２４ ８ 、与方案Ｃ中的平均值比较起来，本方案中的平均 值变化不是很大，因此说明加入了ＰＯＳ数据的ＩＮＰＨＯ 系统下，外控点的分布对于整个区域网的精度影响不 大，因此也说明了ＩＮＰＨＯ系统的区域网更稳定。 ５ 结 论 为验证空三加密时测区外边缘采用不同的控制方 案（即平面控制、高程控制、平高控制方案）对检查点 的绝对精度的影响，以及对加密点的相对精度的影响， 外控点的数量及分布对检查点绝对精度和加密点相对
基于新型传感器的空三加密研究及精度分析：刘江瑜 １３ 精度的影响，ＰＯＳ数据辅助空三的结果精度影响等，选 取某铁路段作为试验测区，并设计四个加密方案进行 空三加密的对比试验。 尽可能让有限的外业控制点均匀分布于整个测区是提 高精度的重要方法。 第五，ｈｅｌａｖａ系统的容差能力较强，而Ｉｎｐｈｏ系统 的粗差探测功能较强。ＩＮＰＨＯ系统的稳定性明显强 于ＨＥＬＡＶＡ系统。这些结果证明了加入ＰＯＳ数据辅 助空中三角测量，可以有效地减少地面控制点的数量。 而通过平、高的选择实验方案也可以看出，平、高点的 从实验数据中可以发现，在几个方案中平面的影 响不大，而高程变化比较明显。在ｈｅｌａｖａ和Ｉｎｐｈｏ两 个系统中，本研究根据四个方案进行对比试验及结果 分析比较，得出以下几个结论： 第一，从四个方案的实验数据来看，外业控制点的 变化对于检查点的平面坐标精度影响较小，主要的误 差都变现在高程的变化上。在外业控制时对于困难地 试验方案精度也高于全控制点的精度，由此也说明，多 增加外业控制点并不能提高整个区域的加密精度。 参考文献 ［１］ 高文革，范永杰，宋倩，等．空三加密在数字摄影测量中的精度分 析［Ｊ］．山东国土资源，２０１０（１２） ［２］ 王光明，张勇，高淑芬．空三加密更新测量在大比例尺数字化成图 中的应用［Ｊ］．地理空间信息，２０１０（６） 区可以适当的添加高程点或ＧＰＳ点来提高空三加密 的精度。 第二，随着外业控制点的减少，检查点的高程绝对 精度有很明显的下降。对于１２个外控点均匀分布控 制，相当于三条基线布设航外业控制点，基本满足航外 控的精度要求。 第三，对于每个方案中的两种状况，即外业点采用 全控制或采用部分平、高控制对整个区域的整体精度 影响不大。因此，在实际空三加密作业中，遇到错点或 ［３］ 张彩仙．基于Ｉｎｐｈｏ测量系统下ＡＤＳ４０数据的正射影像制作方法 ［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２０１０（５） ［４］ 刘艳芳．ＡＤｓ４０数字航摄仪在铁路航测中的生产试验［Ｊ］．铁道勘 察，２０１０（１） ［５］马军．ＯＲＩＭＡ空三加密软件在铁路航测中的应用与开发［Ｊ］．铁 道勘察，２００９（２） ［６］ 张玉世．ＯＲＩＭＡ空三加密操作手册［Ｊ］．测绘技术装备，２００８（５） 者判断不清的点可以有针对的选择平面或者高程控 制，提高整个区域的加密精度。 第四，从方案ｃ和方案Ｄ的比较可以得出结论， 外业控制点的分布对整个加密区域的影响比较大，均 匀分布的方案Ｄ中，检查点和加密点的绝对精度相较 ［７］邢闽，黄建．ＥＲＤＡＳ ＬＰｓ进行空三加密的精度分析［Ｊ］．现代测 绘，２００７（３） ［８］方诗明，姬海莉，数字摄影测量空三加密精度控制实践与探讨 ［Ｊ］．测绘标准化，２００６（３） ［９］ 陈书贵．对ＤＭＣ影像进行空三加密的生产试验【Ｃ］∥２ｏｏ６年铁 道勘测技术学术会议论文集．呼和浩特：铁道勘察技术专业委员 会，２ｏｏ６ 于方案Ｃ中的绝对精度有很大的提高。因此，也可以 得出这样一个结论，外业控制点的分布对两个系统的 影响是相同的，因此均匀布设外业控制点适用于传统 模式的相机拍摄，同样也适用于新型数码相机的拍摄， ［１Ｏ］张永生，范永弘，戴晨光．集成化数字摄影测量工作软件、硬件及 其应用［Ｍ］．北京：星球地图出版社，１９９８ （上接第９页） 质量。 ４结束语 通过本次高速铁路轨道精密测量技术在宁波市轨 道交通１号线一期工程中的应用试验，可以得出如下 结论： 为满足轨道精密测量的精调要求，应对调轨的施 工工艺和工装设备进行配套研究，以提高建网测量与 轨道精调施工的效率。同时结合城市轨道交通工程的 特点，进一步研究相关技术指标，使之满足于城市轨道 交通的建设需求。 参考文献 ［１］ 安国栋．高速铁路精密工程测量技术标准的研究与应用【Ｊ］．铁道 学报，２０１０（２）：９９—１０４ ①轨道基础控制网建网测量方法及其主要技术指 标，符合相关规范的规定，能够指导城市轨道交通的精 调施工。 ②基于轨道精密测量技术的整体道床轨道铺设与 精调施工工艺，合理可行，提高了轨道的铺设精度和平 Ｊ『顾性。 ［２］ 刘成龙，杨雪峰，卢建康，等．高速铁路ｃＰｍ三角高程网构网与平 差计算方法［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１１（３）：４３４—４３９ ［３］ 中铁二院．ＴＢ １０６０１－－２００９高速铁路工程测量规范［Ｓ］．北京： 中国铁道出版社，２ｏｏ９． ［４］ ＧＢ ５０２９９１１９９９地下铁道工程施工及验收规范『Ｓ］ ③轨道精密测量技术与传统的铺轨测量技术相 比，自动化与程序化程度高，提高了轨道工程的精度与
