基于ERDAS区域网空三的技术方案和精度指标

基于ERDAS区域网空三的技术方案和精度指标

王继徐晓峰

（江苏省测绘工程院南京 210013）

摘要：利用ERDAS IMAGINE进行航空影像的纠正有多种方法，包括：单片纠正，基于外业地面控制点的区域网空三加密以及基于外方位元素的前方交会

等。每种方法能达到怎样的精度、能否适合生产单位的实际应用，为此选取了

一个区对这些问题作了详细的试验，本文就是该试验的有关结论。

关键词：ERDAS DOM 空中三角测量

一、引言

在ERDAS IMAGINE遥感应用系统中，航空像片的几何纠正方法有多种，仿射变换、多项式纠正、正射校正、数字微分纠正等，都可满足一定精度的成图需要。但是，这些方法在每张航片中都要选取足够量的地面控制点（GCP）后才能实现，对于规模较大测区，往往将大量的作业时间花费在地面控制点位的识别和选择上，工作效率较低。

LPS是基于ERDAS IMAGINE的区域数字影像正射纠正模块，它能通过建立区域网实现空中三角测量，来减少建立正射影像的时间和费用。LPS创造了一个全新的概念，即没有文件大小和数量的限制，只需很少的地面控制点（甚至不需要）和相机检校数据为选项，就能建立无缝镶嵌的正射影像。因此它是具有特定功能的数字摄影测量系统，并且以功能强大的ERDAS遥感影像处理系统为基础平台，数据输入、数据输出、数据分析、处理和应用相当方便。

本文是在进行新一轮基础测绘1：1万DOM技术可行性试验的基础上，对利用LPS中的无外方位元素预测的区域网纠正，有外方位元素预测的区域网纠正以及精确外方位元素（等权值）预测无地面控制点的区域网纠正等技术方法进行正射纠正的过程以及关键技术作了一个总结。

二、试验情况

1、试验目的：

1．运用LPS中3种纠正方法，以上一轮基础测绘1:1万DOM（1M分辨率）为控制源，进行新一轮基础测绘1：1万DOM的技术可行性试验，并使用常州测区1：5千DOM为参考检测其精度。

2．从精度和效率方面对这3种纠正方法进行比较，选取适合本单位实际生产情况的最优方法。

2、试验区地形概况：

试验区位于常州市西北部孟河镇一带，西北面临长江，大部为4米左右的平坦地区，在试验区中上部有小部分东西走向丘陵，最高海拔92.1米。

3、数据源：

1. 控制源：

①、DOM：地面控制点平面坐标采集自2001年基础测绘1:1万DOM成果（1m分辨率）；

②、DEM：地面控制点高程采集自2001年基础测绘1:1万ＤＥＭ成果（5m间隔），同时该DEM还运用于纠正时进行地形投影差的改正。

2. 监督检查参考源：使用2006年4月常州市区土地更新调查1:5千DOM成果（0.5m

分辨率）作为精度检测依据。该成果是由ERDAS区域网加密和制作的，经江苏省测绘产品质量监督检验站检测验收，平面精度优于1.5米，满足1：5千成图要求，其地形投影差改正也是采用2001年基础测绘1:1万DEM成果。

3. 影像源：使用2006年4月第二轮基础测绘常泰测区航空摄影资料，航摄比例尺为1：2万，黑白航片。

4、试验运用的纠正方法：

A：无外方位元素预测的区域网纠正（16个地面控制点）；

B：有外方位元素预测的区域网纠正（5个地面控制点）；

C：精确外方位元素（等权值）预测无地面控制点的区域网纠正，

5、软硬件设备：

本次试验是运用Erdas Imagine平台下的LPS模块进行建立空三模型进行解算。

6、生成数据：

生成数据1:1万DOM（地面分辨率0.5米）。

7、精度检测方法：

精度检测方法采用在参照源和成果数据上选取同名点影像进行坐标对比的方法。对比时，分平坦地区和丘陵地区分别进行比较。对于平坦地区，选取测区中3条航线，每航线3片共9张航片进行比较试验，每张航片分别选取：航片中心附近、左上、左下、右下、右上共5个采样点，总共45个采样点。对于丘陵地区，选择测区中1条航线连续的3张航片进行比较试验，每张航片在判读为丘陵地区的影像上选取10个采样点，总共30个采样点。三、试验过程:

A：无外方位元素预测的区域网纠正（16个地面控制点）

该方法就是我们常规作业所运用的加密纠正方法，常州土地利用调查1:5千DOM、海门测区1:5千DOM的制作即采用了该方法。本试验采用Erdas Imagine环境中LPS模块进行加密纠正。先新建项目组，导入原始影像构建影像金字塔。然后进行内定向，定向残差控制在0.5个像素以内。接着在各影像之间选取连接点，保证每片影像都相互关联。再选取地面控制点。在以上过程中都是严格按照以往的作业规程进行操作，以保证对比试验的可信度。控制点的点位和点的密度按照航测外业的要求进行布点，共选取了16个控制点，连接点选取了43个，共计59个点，其区域网点位分布如图1：

图1

其空中三角形参数为默认值，计算后，其简要误差报告如下：

Total Image Unit-Weight RMSE : 0.5899

Control Point RMES :

Ground X : 0.1303 (16)

Ground Y : 0.1429 (16)

Ground Z : 0.1283 (16)

Image X : 0.4042 (60)

Image X : 0.3993 (60)

在数据重采样过程中采用“Bilinear Interpolation”（双线性内插）方法，导入DEM 文件进行地形投影差的改正，以0.5米分辨率进行采样生成DOM。

B：有外方位元素预测的区域网纠正（5控制点）；

该方法是在A所述的区域网纠正方法的基础上加入每张影像外方位元素的概略值，以期减少其后控制点的选取工作量以及提高纠正精度。首先新建项目组，导入原始影像进行影像采样和创建影像金字塔。然后进行内定向，定向残差控制在0.5个像素以内。在Frame Camera Frame Editor（框幅相机结构编辑器）中的Exterior Intormation（外方位元素信息）中，输入相片的外方位元素的概略值和阈值。

外方位元素中，摄站坐标（投影中心）Xs，Ys的概略值通过在1：1万DOM中概略量测获得，Zs根据摄影机焦距×航飞比例尺的分母+地面平均高程算出，Ω，Φ，Κ均取值0，Standard Deviations（阈值）根据经验设臵，在本试验测区内△Ｘs，△Ｙs，△Ｚs均设为50米，△ωs，△θs，△κs分别设臵为5°，5°，8°。将计算Status（状态）设臵为：Initial（初始值）。接着在各影像之间选取连接点，本次试验采用的是用自动影像匹配的方式获取连接点,共421个，经观测对比并剔除匹配错误的点77个，共获取到344个有效连接点。为兼顾精度和尽可能少选控制点，在测区中部、左上、左下、右下、右上各选取1个控制点，共选取了5个控制点。共计349个点，其区域网点位分布如图2：

图2

因连接点过多，为不影响控制点位的识别，所以图中没有显示连接点及其标识号。

其空中三角形参数为默认值，计算后，其简要误差报告如下：

Total Image Unit-Weight RMSE : 0.3670

Control Point RMES :

Ground X : 0.0730 (5)

Ground Y : 0.0578 (5)

Ground Z : 0.4545 (5)

Image X : 0.2515 (7)

Image X : 0.1051 (7)

在数据重采样过程中采用“Bilinear Interpolation”（双线性内插）方法，导入DEM

文件进行地形投影差的改正，以0.5米分辨率进行采样生成DOM。

C：精确外方位元素（等权值）预测无控制点的区域网纠正

为了试验无地面控制点的精确外方位元素的纠正精度指标，本试验设臵精确外方位元素（等权值）预测无控制点的区域网纠正的作业方法，该方法为以后应用数字摄影测量系统或遥感软件进行GPS/IMU辅助空中三角测量提供经验。由于无法通过在航摄中实时获取外方位元素数据，因此使用B方法加密成果中的外方位元素数据来替代。该方法与B方法基本一致，但是Deviations（阈值）使用系统默认设臵，即△Ｘs，△Ｙs，△Ｚs均设为10米，△ωs，△θs，△κs均设臵为0.5°。连接点选取仍然采用的是用自动影像匹配的方式获取，在各影像之间建立关联。本次试验,匹配到421个连接点，经观测对比剔除匹配错误的点77个，共获取到344个有效连接点。不选取地面控制点。在Aerial Triangulation（空中三角测量）对话框中的Exterior(外方位元素)设臵中的Type（类型）条中选取：Same weighted values（等权值），因为此项能使模型建立并误差报告结果最优。其区域网点位分布如图3：

图3

其空中三角形参数如上设定，计算后，其简要误差报告如下：

Total Image Unit-Weight RMSE : 0.3367

Control Point RMES :

Ground X : 0.0000 (0)

Ground Y : 0.0000 (0)

Ground Z : 0.0000 (0)

Image X : 0.0000 (0)

Image X : 0.0000 (0)

在数据重采样过程中采用“Bilinear Interpolation”（双线性内插）方法，导入DEM 文件进行地形投影差的改正，以0.5米分辨率进行采样生成DOM。

3、精度报告：

以下是3种方法生成DOM成果的平面精度报告，My为平面Ｙ方向中误差，△d为各点位在平面距离的误差，Md为平面距离中误差。

四、结论

1、A、B、C方法以1：1万DOM（１m分辨率）为控制源进行1：1万DOM生产均能满足生产的精度要求；

2、如果可以在航飞阶段通过GPS/IMU获取精确外方位元素数据，或者从其他方式获取精确外方位元素数据（例如其他环境下获取的空三加密成果数据），运用C方法进行数据纠正最方便。这为解决多套空三加密程序的成果共享和准确的转换提供试验依据。

3、在没有精确外方位元素数据的情况下，运用1：1万DOM（１m分辨率）数据为控制源进行1：1万DOM（0.5m分辨率）生产，A、B两种方法的精度总体上相差不大。但根据试验，本人觉得：

1．应首选B方法，它以确定概略外方位元素的工作量替代了选取控制点的工作量，概略外方位元素的确定较选取控制点在精度上要求低，较容易避免人为差错，选取的控制点不要求在像片间关联，选择余地更大，并且最少只要求3个控制点（为确保精度，本次试验在区域网四周和中心各选１控制点共5个点）。

2．运用A方法进行纠正，经过以往多个测区的验证，具有很高的可行性，精度也是可以接受的。

4、最后，从以上3种方法可以看出，选取高精度的DEM用于地形投影差的改正，所生成的DOM成果，其平坦地区和丘陵地区的平面精度基本相当。