地面攝影測量

1、無地面控制點的地面攝影測量研究意義研究現(xiàn)狀基本理論系統(tǒng)硬件及軟件系統(tǒng)校準實驗總結(jié)主要內(nèi)容研究意義地面攝影測量有許多固有的優(yōu)勢：除了豐富的信息內(nèi)容和圖像的歸檔功能外，在大多數(shù)情況下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性可以提供準確和可靠的結(jié)果。然而攝影測量影像配準比較麻煩，需要攝影測量專業(yè)知識，所以在測量中人們更喜歡用的是全站儀。自2000年初以來，INS/GPS集成的發(fā)展使直接進行影像配準成為可能。然而，直接影像配準由于價格和精度的原因?qū)κ殖衷O(shè)備并不適用。針對這個問題本文提出地面GPS輔助攝影測量系統(tǒng)的簡單版本，該系統(tǒng)由GPS接收機和相機組成。研究現(xiàn)狀在這一領(lǐng)域，有三大突出的發(fā)展：第一種系統(tǒng)：由ETH 在洛桑市為了

2、測量人工釋放雪崩而涉及到的雪的體積而開發(fā)。優(yōu)點：不需要控制點 缺點：使用直升機進行拍照，重量和功率大第二個系統(tǒng)：卡爾加里大學(xué)開發(fā)。優(yōu)點：可以直接進行影響配準 缺點：結(jié)果的精度比較低，25cm-1m。第三個系統(tǒng)：Applanix背包。該系統(tǒng)旨在為比較差的GPS環(huán)境（森林，地震測量，樹的測量），提供1m級的3D精度，但是這個系統(tǒng)并沒有在攝影測量中進行使用。上邊提到的產(chǎn)品局限于一些應(yīng)用，不利于它的發(fā)展，并且重量和費用仍然是一個問題。使用GPS提供位置信息，直接影像配準得到的精度比本文所提出方法的低。雖然測量需要測量幾個點，但是大多是點可能不容易接近，攝影測量是一種非常靈活的工具，通過本文的改進能使一

3、個觀測點得到更多的信息。使用的儀器只有校準過的數(shù)字攝影相機和GPS接收機，所以重量和費用比較低。基本理論系統(tǒng)由GPS接收機和校準過的攝影測量相機組成。一個影像塊需要記錄每個可用信號的GPS測站的位置。影像塊使用GPS數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，通過光束平差法進行定向、建立參考系。為了將影像中的GPS信息加入到共線方程數(shù)學(xué)模型中，必須將共線方程改為為專門的觀測方程。如下（2.1）所示：上式中： 是影像坐標； 是內(nèi)方位元素；X、Y、Z 是點的地面坐標； 是中心坐標；R是觀測矩陣使用以下方程將天線相位中心和相機中心連接起來 是曝光時刻的GPS天線的笛卡爾坐標； 觀測點中心坐標；e為觀測點中心和天線相位中心之間

4、的補償。式2.1中，只有觀測中心是未知的：偏心距矢量通過校準獲得；狀態(tài)矩陣通過攝影測量的觀測或光束法平差的非線性迭代得到。系統(tǒng)硬件及軟件基本系統(tǒng)硬件：數(shù)碼相機和GPS接收器為了達到比較高的精度，接收機必須在差分模式運作,所以需要一個參考站。由于在城市環(huán)境中缺少信號，所以需要使用網(wǎng)絡(luò)GPS永久站和NRTK服務(wù)提高系統(tǒng)的效率系統(tǒng)校準2、使用一個全站儀和一個反射棱鏡，反射棱鏡裝在測量桿上，在垂直方向安裝天線。攝影站由空間后方交會確定，由全站儀測量反射棱鏡的位置，通過測量桿上棱鏡與相機之間的高度差求得偏心距矢量。這種方法的精度2-3mm實驗實驗1 停車場通過GPS以及整個站的測量，停車場（圖5a）的測

5、量的精度為2厘米。實驗2 帕爾瑪大學(xué)數(shù)學(xué)系在數(shù)學(xué)系，22個面（圖6b）用Stop&Go進行GPS測量，GPS數(shù)據(jù)后處理。在某些測站，由于樹蔭，GPS會失鎖。實驗3 帕爾瑪大學(xué)的建筑在技術(shù)單元建筑樓（圖7b）中，11個面（圖7a）用Stop&Go中的GPS來測量，GPS數(shù)據(jù)后處理。實驗4 圖8a中的建筑物被測量兩次，第一次是用尼龍D70s數(shù)碼照相機：被拍到18個面，但是只有在最短邊的8個面，NRTK可得到GPS永久網(wǎng)絡(luò)的固定解第二次測量在一周后用尼龍D100進行的18個面拍攝，都用NRTK固定解，沒有可以使用的檢查點兩個測量之間的比較是為了表明GPS中塊運用的穩(wěn)定性。實驗5 測量克雷莫納中一個城

6、區(qū)的獨立式住宅這個實驗的目的主要是研究系統(tǒng)在極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中的測量情況兩個同步的尼龍D70s照相機與一個GPS接收器在廂式貨車頂部左邊照相機中軸直指建筑物的前面。沿著城市街區(qū)以很小的間隔（站點之間間距2m）按照順序拍攝了600張影像（300對影像），形成兩個閉合環(huán)（圖9）閉合環(huán)最長為600m。連接點是用EyeDEA軟件自動提取和匹配；由于點不均勻分布特性,使用一個過濾器來優(yōu)化提取，并且保證了影像的多樣性。實驗結(jié)果：表2總結(jié)了5個塊調(diào)整實驗的結(jié)果：第五和第六列分別表示塊調(diào)整中連接點的精度和檢查點的RMS差異。實驗的精度大約比理論精度差了兩倍（計算估計西格瑪零）。對第四次實驗而言，第二塊的理論精度大約是第一塊的兩倍，這可能是由于影像質(zhì)量比較好、相機的姿態(tài)和GPS測站的數(shù)目多、分布比較好。在實驗5中，RMSE與檢查點的一致，然而理論精度更好。總體來說，系統(tǒng)提供的精度要高于城市地圖更新需要的精度。從數(shù)個實驗案例的研究可知，該系統(tǒng)測量建筑的精度范圍是3-7cm（相對精度1/1000-1/2000），這些案例都是由未經(jīng)訓(xùn)練的人員進行的。使用不同的相機和不同的衛(wèi)星配置得到的GPS影像配準和目標的精度在相同的范圍。盡管相對精度比較低，