地面摄影测量

1、无地面控制点的地面摄影测量研究意义研究现状基本理论系统硬件及软件系统校准实验总结主要内容研究意义地面摄影测量有许多固有的优势：除了丰富的信息内容和图像的归档功能外，在大多数情况下网络设计的灵活性可以提供准确和可靠的结果。然而摄影测量影像配准比较麻烦，需要摄影测量专业知识，所以在测量中人们更喜欢用的是全站仪。自2000年初以来，INS/GPS集成的发展使直接进行影像配准成为可能。然而，直接影像配准由于价格和精度的原因对手持设备并不适用。针对这个问题本文提出地面GPS辅助摄影测量系统的简单版本，该系统由GPS接收机和相机组成。研究现状在这一领域，有三大突出的发展：第一种系统：由ETH 在洛桑市为了

2、测量人工释放雪崩而涉及到的雪的体积而开发。优点：不需要控制点 缺点：使用直升机进行拍照，重量和功率大第二个系统：卡尔加里大学开发。优点：可以直接进行影响配准 缺点：结果的精度比较低，25cm-1m。第三个系统：Applanix背包。该系统旨在为比较差的GPS环境（森林，地震测量，树的测量），提供1m级的3D精度，但是这个系统并没有在摄影测量中进行使用。上边提到的产品局限于一些应用，不利于它的发展，并且重量和费用仍然是一个问题。使用GPS提供位置信息，直接影像配准得到的精度比本文所提出方法的低。虽然测量需要测量几个点，但是大多是点可能不容易接近，摄影测量是一种非常灵活的工具，通过本文的改进能使一

3、个观测点得到更多的信息。使用的仪器只有校准过的数字摄影相机和GPS接收机，所以重量和费用比较低。基本理论系统由GPS接收机和校准过的摄影测量相机组成。一个影像块需要记录每个可用信号的GPS测站的位置。影像块使用GPS数据作为辅助数据，通过光束平差法进行定向、建立参考系。为了将影像中的GPS信息加入到共线方程数学模型中，必须将共线方程改为为专门的观测方程。如下（2.1）所示：上式中： 是影像坐标； 是内方位元素；X、Y、Z 是点的地面坐标； 是中心坐标；R是观测矩阵使用以下方程将天线相位中心和相机中心连接起来 是曝光时刻的GPS天线的笛卡尔坐标； 观测点中心坐标；e为观测点中心和天线相位中心之间

4、的补偿。式2.1中，只有观测中心是未知的：偏心距矢量通过校准获得；状态矩阵通过摄影测量的观测或光束法平差的非线性迭代得到。系统硬件及软件基本系统硬件：数码相机和GPS接收器为了达到比较高的精度，接收机必须在差分模式运作,所以需要一个参考站。由于在城市环境中缺少信号，所以需要使用网络GPS永久站和NRTK服务提高系统的效率系统校准2、使用一个全站仪和一个反射棱镜，反射棱镜装在测量杆上，在垂直方向安装天线。摄影站由空间后方交会确定，由全站仪测量反射棱镜的位置，通过测量杆上棱镜与相机之间的高度差求得偏心距矢量。这种方法的精度2-3mm实验实验1 停车场通过GPS以及整个站的测量，停车场（图5a）的测

5、量的精度为2厘米。实验2 帕尔玛大学数学系在数学系，22个面（图6b）用Stop&Go进行GPS测量，GPS数据后处理。在某些测站，由于树荫，GPS会失锁。实验3 帕尔玛大学的建筑在技术单元建筑楼（图7b）中，11个面（图7a）用Stop&Go中的GPS来测量，GPS数据后处理。实验4 图8a中的建筑物被测量两次，第一次是用尼龙D70s数码照相机：被拍到18个面，但是只有在最短边的8个面，NRTK可得到GPS永久网络的固定解第二次测量在一周后用尼龙D100进行的18个面拍摄，都用NRTK固定解，没有可以使用的检查点两个测量之间的比较是为了表明GPS中块运用的稳定性。实验5 测量克雷莫纳中一个城

6、区的独立式住宅这个实验的目的主要是研究系统在极具挑战性的环境中的测量情况两个同步的尼龙D70s照相机与一个GPS接收器在厢式货车顶部左边照相机中轴直指建筑物的前面。沿着城市街区以很小的间隔（站点之间间距2m）按照顺序拍摄了600张影像（300对影像），形成两个闭合环（图9）闭合环最长为600m。连接点是用EyeDEA软件自动提取和匹配；由于点不均匀分布特性,使用一个过滤器来优化提取，并且保证了影像的多样性。实验结果：表2总结了5个块调整实验的结果：第五和第六列分别表示块调整中连接点的精度和检查点的RMS差异。实验的精度大约比理论精度差了两倍（计算估计西格玛零）。对第四次实验而言，第二块的理论精度大约是第一块的两倍，这可能是由于影像质量比较好、相机的姿态和GPS测站的数目多、分布比较好。在实验5中，RMSE与检查点的一致，然而理论精度更好。总体来说，系统提供的精度要高于城市地图更新需要的精度。从数个实验案例的研究可知，该系统测量建筑的精度范围是3-7cm（相对精度1/1000-1/2000），这些案例都是由未经训练的人员进行的。使用不同的相机和不同的卫星配置得到的GPS影像配准和目标的精度在相同的范围。尽管相对精度比较低，