基于立體像對的三維模型空間精度(詳細(xì))

-基于立體像對的三維模型空間精度一、動態(tài)RTK〔Real-timekinematic〕測量1.1概述RTK〔Real-timekinematic〕實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)展解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并到達(dá)厘米級精度。由于RTK測量的實時性和高精度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于施工放樣、實時導(dǎo)航定位、圖根控制點(diǎn)布設(shè)以及變形監(jiān)測等。1.2RTK實驗精度研究控制點(diǎn)的選擇和控制網(wǎng)的布設(shè)(1)本次實驗共選擇了8個控制點(diǎn)，在選點(diǎn)過程中盡量讓點(diǎn)位滿足以下要求：①點(diǎn)位設(shè)在視野開闊的地點(diǎn)上,對于樓房和樹木密集的地方，選擇相比較而言最正確的信號承受位置。②與無線電發(fā)射臺距離不得小于200m。③與高壓的距離不得小于50m,從而防止磁場對衛(wèi)星信號的干擾。④觀測站附近不應(yīng)有大面積的水域等對電磁波反射(或吸收)強(qiáng)烈的物體,以減弱多路徑效應(yīng)的影響。. z.-(2)選擇的控制點(diǎn)根本都在水泥道路上，所以用水泥釘子代替控制點(diǎn)。由于是實驗，所以并沒有埋設(shè)點(diǎn)位的標(biāo)石和標(biāo)志，但是所選擇的控制點(diǎn)位置穩(wěn)定、穩(wěn)固，完全不會因為點(diǎn)位的移動而影響本次實驗。(3)點(diǎn)位分布圖如下：圖4.1控制點(diǎn)點(diǎn)位分布圖從上圖我們不難看出，G001、G002和G003點(diǎn)周圍視野開闊，根本不受其他因素的影響。G005和G007點(diǎn)周圍不僅有高樓還有大樹,視野不開闊,測量受較大的影響。G004、G006和G008點(diǎn)只是在*個方向上受高樓影響，所以在測量過程中一定要注意選擇好觀測時間，根據(jù)衛(wèi)星星歷的預(yù)報情況，選擇衛(wèi)星狀態(tài)分布較好的時間進(jìn)展測量。獨(dú)立坐標(biāo)系的建立圖4.2建立的獨(dú)立坐標(biāo)系圖如圖4.2所示，以G002點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以G002-G009的方向為坐標(biāo)北方向，G002-G009所在軸為*坐標(biāo)軸，順時針旋轉(zhuǎn)90度，與其垂直的方向作為Y坐標(biāo)軸方向，建立獨(dú)立坐標(biāo)系。假定G002點(diǎn)的坐標(biāo)為〔5000，5000，400〕，采用5秒閉合導(dǎo)線施測。所用儀器為索佳SET-210全站儀,其標(biāo)稱精度為測角2s、測距3mm+2ppm。導(dǎo)線閉合差為-3。最后進(jìn)展簡易平差得到控制點(diǎn)坐標(biāo)如下表所示：坐標(biāo)點(diǎn)號*(m)Y(m)G0025000.0005000.000G0015133.1635010.547. z.-G003 5062.666 5073.901表4.1控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)因為測區(qū)沒有國家點(diǎn)，因此上面所測的點(diǎn)將做為點(diǎn)參于RTK地方參數(shù)的轉(zhuǎn)換，以及作為GPS平差的數(shù)據(jù)。四等水準(zhǔn)測量(1)水準(zhǔn)測量的作業(yè)方法及步驟G002點(diǎn)的假定高程400.000作為高程值，用四等水準(zhǔn)測量的方法,最后再次閉合到G002，中間閉合到G004點(diǎn)，用于臨時檢查。最后經(jīng)典平差來求取其他點(diǎn)的高程，用來與RTK高程數(shù)據(jù)比較，來驗證RTK測量的高程精度。水準(zhǔn)測量閉合環(huán)閉合差為+15mm,每公里觀測高差中誤差為±13mm。(2)水準(zhǔn)測量結(jié)果如下表：水準(zhǔn)點(diǎn)號 水準(zhǔn)高程G001 399.961G002 400.000G003 399.976G004 398.385G005 397.180G006 397.595G007 396.834G008 397.088表4.2控制點(diǎn)高程數(shù)據(jù)動態(tài)RTK測量(1)基準(zhǔn)站的選定和建立基準(zhǔn)站設(shè)置除滿足GPS靜態(tài)觀測的條件外,還應(yīng)設(shè)在地勢較高、四周開闊的位置,便于電臺的發(fā)射?？稍O(shè)在具有WGS84和54坐標(biāo)(或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo))的點(diǎn). z.-上,也可在未知點(diǎn)設(shè)站。本次實驗基準(zhǔn)站都是設(shè)置在測區(qū)較高的未知點(diǎn)?；鶞?zhǔn)站的安置是順利進(jìn)展RTK測量的關(guān)鍵,所以在選點(diǎn)時應(yīng)注意:①防止選擇在無線電干擾強(qiáng)烈的地區(qū)。②基準(zhǔn)站站址及數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線必須具有一定的高度。③為防止數(shù)據(jù)鏈喪失以及多路徑效應(yīng)的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域、大型建筑物等)。(2)求取地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)合理選擇控制網(wǎng)中的WGS84和54坐標(biāo)(或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo))以及高程的公共點(diǎn),求解轉(zhuǎn)換參數(shù),為RTK動態(tài)測量做好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時要注意:①要選測區(qū)四周及中心的控制點(diǎn),均勻分布。②為提高轉(zhuǎn)化精度,最好選3個及以上的點(diǎn)。(3)外業(yè)操作①將基準(zhǔn)站接收機(jī)架設(shè)在未知點(diǎn)上,把發(fā)射天線盡量架高，便于發(fā)射和接收信號。等連線工作完成后先開接收機(jī)后開電臺，進(jìn)展接收機(jī)初始化。期間翻開移動站接收機(jī)進(jìn)展初始化，也可以與基準(zhǔn)站接收機(jī)同時開機(jī)。②等待初始化都完成后，將手簿與流動站接收機(jī)連接好后，首先新建一個JOB文件,點(diǎn)擊進(jìn)入JOB文件后，選擇WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)和參考橢球系。③將流動站依次架設(shè)在G001、G002和G003點(diǎn)上，每個點(diǎn)位上測量數(shù)據(jù)6次。比較選擇最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)展參數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換之前先新建地方格網(wǎng)直角坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系關(guān)系好之后，在手簿里輸入校正點(diǎn)G001、G002和G003的獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)，通過這些校正點(diǎn)坐標(biāo)來求取地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。④將坐標(biāo)系選擇為剛剛新建地方格網(wǎng)直角坐標(biāo)系中，看轉(zhuǎn)換后的G001、G002G003點(diǎn)的坐標(biāo)與轉(zhuǎn)換前獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，比較發(fā)現(xiàn)較差最大為3mm，滿足要求。. z.-坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換前的獨(dú)立坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換后的直角格網(wǎng)坐標(biāo)系點(diǎn)號 *(m) Y(m) *(m) Y(m)G001 5133.163 5010.547 5133.164 5010.544G002 5000.000 5000.000 4999.999 5000.001G003 5062.666 5073.901 5062.668 5073.902表4.3轉(zhuǎn)換參數(shù)較差(4)RTK測量結(jié)果如下表：坐標(biāo)高程點(diǎn)號*(m)Y(m)H(m)G0015133.1645010.544399.944G0024999.9995000.001400.000G0035062.6685073.902399.951G0044872.6555145.644398.417G0054767.6325185.980397.126G0064857.6505264.219397.642G0074601.9505264.142396.775G0084630.0415333.500397.1354.4RTK測量成果表靜態(tài)GPS測量的作業(yè)方法及步驟(1)數(shù)據(jù)采集靜態(tài)GPS測量采用邊連式布網(wǎng)，共設(shè)5個時段，每個時段觀測時間不低于90分鐘。(2)靜態(tài)GPS測量結(jié)果如下表：坐標(biāo)點(diǎn)號*(m) Y(m)G001 5133.168 5010.547. z.-G0025000.0015000.002G0035062.6735073.899G0044872.6615145.649G0054767.6455185.965G0064857.6395264.228G0074601.9705264.159G0084630.0485333.491表4.5靜態(tài)GPS測量成果表實驗結(jié)果比照和分析(1)動態(tài)RTK測量和靜態(tài)GPS測量的精度比較實驗結(jié)果：RTK坐標(biāo)GPS坐標(biāo)坐標(biāo)較差點(diǎn)號*(m)Y(m)*(m)Y(m)∣△*∣∣△Y∣G0015133.1645010.5445133.1685010.54743G0024999.9995000.0015000.0015000.00221G0035062.6685073.9025062.6735073.89953G0044872.6555145.6444872.6615145.64965G0054767.6325185.9804767.6455185.9651315G0064857.6505264.2194857.6395264.228119G0074601.9505264.1424601.9705264.1592017G0084630.0415333.5004630.0485333.49179表5.1RTK測量和靜態(tài)GPS測量的比較結(jié)果分析：通過比較,兩次坐標(biāo)較差值最大為20mm，經(jīng)計算平均坐標(biāo)差值為8.1mm。(2)RTK高程測量和水準(zhǔn)測量高程的精度比較實驗結(jié)果:. z.-∣△H∣點(diǎn)號RTK高程水準(zhǔn)高程〔mm〕G001399.944399.96117G003399.951399.97625G004398.417398.38532G005397.126397.18054G006397.642397.59547G007396.775396.83459G008397.135397.08847表5.2RTK高程與四等水準(zhǔn)高程比較RTK高程與水準(zhǔn)高程較差分布如下表誤差區(qū)間/cm 數(shù)量 百分比0≤∣△H∣≤5 5 71.40%5<∣△H∣≤7 2 28.60%7<∣△H∣ 0 0表5.3RTK高程與水準(zhǔn)高程較差分布結(jié)果分析:通過表5.2我們可以看出，RTK高程與四等水準(zhǔn)高程差值最大到達(dá)了59mm，最小也到達(dá)了17mm，經(jīng)計算平均值到達(dá)了40mm。實驗總結(jié)：基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并到達(dá)厘米級精度。二、利用立體像對建立城市三維景觀2.1概述. z.-低空數(shù)字航空攝影測量相對傳統(tǒng)攝影測量來說，機(jī)動快速，操作簡單，云下攝影，能獲取高分辨率航空影像，影像制作周期短，效率高，本錢低，在應(yīng)急測繪、困難地區(qū)測繪、小城鎮(zhèn)測繪、重大工程工程測繪、小范圍高精度測繪應(yīng)用廣泛。利用航空立體像對建模的方法制作三維景觀簡單模型，應(yīng)用于城市三維管理系統(tǒng)是一種新的方法、新的應(yīng)用，與虛擬現(xiàn)實的其他建模方法相比較有速度快、本錢低、更新快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。適用于大面積城市三維景觀模型中簡單模型的建立。2.2航測精度研究1、影響無人機(jī)航測精度的幾大要素固定翼無人機(jī)航空測量系統(tǒng)在進(jìn)展地形測量時，存在著測量誤差。這些誤差主要來源于儀器誤差、人為誤差、氣候等外界因素影響產(chǎn)生的誤差。儀器誤差。由于儀器設(shè)計、制作不完善，或經(jīng)校驗還存在剩余誤差。這局部誤差主要是傳感器量化過程帶來的系統(tǒng)誤差。人為誤差。由于人的感官鑒別能力、技術(shù)水平和工作態(tài)度因素帶來的誤差，以及像控識別、空三加密、立體采集產(chǎn)生的人為誤差。外界因素。由于天氣狀況對飛行器姿態(tài)和成像質(zhì)量的影響產(chǎn)生的誤差。2、無人機(jī)航攝誤差分析由于固定翼無人機(jī)的載重及體積的原因，無法搭載常規(guī)的航攝儀進(jìn)展測繪航空攝影，目前選用的是中幅面CCD作為傳感器的感光單元，經(jīng)過加固和電路改裝以后，成為具有穩(wěn)定內(nèi)方價元索豹數(shù)碼相機(jī)。由于感光單元的非正方形因子和非正交性以及畸變差的存在，畸變差的存在使測量成果無法滿足精度要求。3、像片控制測量誤差分析. z.-像控點(diǎn)精度有刺點(diǎn)精度和觀測精度。利用RTK進(jìn)展觀測，在觀測精度符合設(shè)計要求的情況下，刺點(diǎn)精度成為影響像片控制測量精度的主要因素。由于固定翼無人機(jī)的像幅較小，可供選擇像控點(diǎn)位的范圍相對較小，經(jīng)常會出現(xiàn)在像控點(diǎn)布設(shè)的范圍內(nèi)找不到明顯地物刺點(diǎn)，尤其是在野外居民地稀少地區(qū)，像控點(diǎn)選刺在地物棱角是否明顯，影像反差是否理想的地點(diǎn)，都是制約像控點(diǎn)精度的因素。4、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集誤差分析內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集分為空三加密與立體量測。像控點(diǎn)識別與判讀均會與外業(yè)實際位置產(chǎn)生一定的誤差，空三加密時也會有一定的誤差，還有在立體采集量測時切測的誤差等等。5、結(jié)論上述分析歸納了影響無人機(jī)航測精度的誤差種類。下面根據(jù)完成的1：1000比例尺，分辨率0.1m，一個像素相當(dāng)于地面10cm×10cm，地形圖測繪任務(wù)為例進(jìn)展精度統(tǒng)計。測區(qū)在**市千金鄉(xiāng)境內(nèi)，面積約5km。由于像片控制點(diǎn)是采用GPS-RTK獲得，測圖時平面和高程精度完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。像控點(diǎn)的選刺位置在內(nèi)業(yè)識別、判讀時所到達(dá)的精度如下：點(diǎn)位說明精度明顯地物點(diǎn)棱角明顯且無植被覆蓋、無陰影遮擋的建筑物的1像素角上較明顯地物點(diǎn)棱角不明顯的建筑物，雖然棱角明顯但被植被覆2像素蓋或有陰影遮擋的建筑物的角一般地物點(diǎn)邊界清晰的道路交匯處2-3像素. z.-普通地物點(diǎn) 邊界不清晰的道路交匯處、普通地貌邊角點(diǎn) 3-4像素立體量測時，因作業(yè)人員的能力、技術(shù)水平和工作態(tài)度等因素，采集精度：明顯建筑物邊線誤差一般在1-2像素之間；一般建筑物邊線2-3像素；普通地物3-4像素；地貌線、地類界限等4-5像素。這是在影響較好無遮蓋、無陰影的情況下的精度，如果有遮蓋和陰影時誤差還要加大。綜上所述，根據(jù)誤差累積原理，固定翼無人機(jī)航空攝影測量立體量測成果的精度總結(jié)如下：像控點(diǎn)位量測位置精度實地誤差明顯建筑物1-2像素一般建筑物2-3像素明顯地物點(diǎn)普通地物3-4像素地類界4-5像素明顯建筑物2-3像素一般建筑物3-4像素較明顯地物點(diǎn)普通地物4-5像素地類界5-6像素0.5m-0.6m明顯建筑物3-4像素一般建筑物4-5像素一般地物點(diǎn)普通地物5-6像素0.5m-0.6m地類界6-7像素0.6m-0.7m明顯建筑物4-5像素一般地物點(diǎn)一般建筑物5-6像素0.5m-0