基于立体像对的三维模型空间精度(详细)

-基于立体像对的三维模型空间精度一、动态RTK〔Real-timekinematic〕测量1.1概述RTK〔Real-timekinematic〕实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进展解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并到达厘米级精度。由于RTK测量的实时性和高精度，已经广泛应用于施工放样、实时导航定位、图根控制点布设以及变形监测等。1.2RTK实验精度研究控制点的选择和控制网的布设(1)本次实验共选择了8个控制点，在选点过程中尽量让点位满足以下要求：①点位设在视野开阔的地点上,对于楼房和树木密集的地方，选择相比较而言最正确的信号承受位置。②与无线电发射台距离不得小于200m。③与高压的距离不得小于50m,从而防止磁场对卫星信号的干扰。④观测站附近不应有大面积的水域等对电磁波反射(或吸收)强烈的物体,以减弱多路径效应的影响。. z.-(2)选择的控制点根本都在水泥道路上，所以用水泥钉子代替控制点。由于是实验，所以并没有埋设点位的标石和标志，但是所选择的控制点位置稳定、稳固，完全不会因为点位的移动而影响本次实验。(3)点位分布图如下：图4.1控制点点位分布图从上图我们不难看出，G001、G002和G003点周围视野开阔，根本不受其他因素的影响。G005和G007点周围不仅有高楼还有大树,视野不开阔,测量受较大的影响。G004、G006和G008点只是在*个方向上受高楼影响，所以在测量过程中一定要注意选择好观测时间，根据卫星星历的预报情况，选择卫星状态分布较好的时间进展测量。独立坐标系的建立图4.2建立的独立坐标系图如图4.2所示，以G002点为坐标原点，以G002-G009的方向为坐标北方向，G002-G009所在轴为*坐标轴，顺时针旋转90度，与其垂直的方向作为Y坐标轴方向，建立独立坐标系。假定G002点的坐标为〔5000，5000，400〕，采用5秒闭合导线施测。所用仪器为索佳SET-210全站仪,其标称精度为测角2s、测距3mm+2ppm。导线闭合差为-3。最后进展简易平差得到控制点坐标如下表所示：坐标点号*(m)Y(m)G0025000.0005000.000G0015133.1635010.547. z.-G003 5062.666 5073.901表4.1控制点的坐标数据因为测区没有国家点，因此上面所测的点将做为点参于RTK地方参数的转换，以及作为GPS平差的数据。四等水准测量(1)水准测量的作业方法及步骤G002点的假定高程400.000作为高程值，用四等水准测量的方法,最后再次闭合到G002，中间闭合到G004点，用于临时检查。最后经典平差来求取其他点的高程，用来与RTK高程数据比较，来验证RTK测量的高程精度。水准测量闭合环闭合差为+15mm,每公里观测高差中误差为±13mm。(2)水准测量结果如下表：水准点号 水准高程G001 399.961G002 400.000G003 399.976G004 398.385G005 397.180G006 397.595G007 396.834G008 397.088表4.2控制点高程数据动态RTK测量(1)基准站的选定和建立基准站设置除满足GPS静态观测的条件外,还应设在地势较高、四周开阔的位置,便于电台的发射。可设在具有WGS84和54坐标(或地方独立网格坐标)的点. z.-上,也可在未知点设站。本次实验基准站都是设置在测区较高的未知点。基准站的安置是顺利进展RTK测量的关键,所以在选点时应注意:①防止选择在无线电干扰强烈的地区。②基准站站址及数据链电台发射天线必须具有一定的高度。③为防止数据链丧失以及多路径效应的影响,周围无GPS信号反射物(大面积水域、大型建筑物等)。(2)求取地方坐标转换参数合理选择控制网中的WGS84和54坐标(或地方独立网格坐标)以及高程的公共点,求解转换参数,为RTK动态测量做好准备。选择转换参数时要注意:①要选测区四周及中心的控制点,均匀分布。②为提高转化精度,最好选3个及以上的点。(3)外业操作①将基准站接收机架设在未知点上,把发射天线尽量架高，便于发射和接收信号。等连线工作完成后先开接收机后开电台，进展接收机初始化。期间翻开移动站接收机进展初始化，也可以与基准站接收机同时开机。②等待初始化都完成后，将手簿与流动站接收机连接好后，首先新建一个JOB文件,点击进入JOB文件后，选择WGS-84坐标系统和参考椭球系。③将流动站依次架设在G001、G002和G003点上，每个点位上测量数据6次。比较选择最稳定的数据进展参数转换。转换之前先新建地方格网直角坐标系，WGS-84坐标系关系好之后，在手簿里输入校正点G001、G002和G003的独立坐标系坐标，通过这些校正点坐标来求取地方转换参数。④将坐标系选择为刚刚新建地方格网直角坐标系中，看转换后的G001、G002G003点的坐标与转换前独立坐标系下的坐标，比较发现较差最大为3mm，满足要求。. z.-坐标 转换前的独立坐标系 转换后的直角格网坐标系点号 *(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转换参数较差(4)RTK测量结果如下表：坐标高程点号*(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测量成果表静态GPS测量的作业方法及步骤(1)数据采集静态GPS测量采用边连式布网，共设5个时段，每个时段观测时间不低于90分钟。(2)静态GPS测量结果如下表：坐标点号*(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静态GPS测量成果表实验结果比照和分析(1)动态RTK测量和静态GPS测量的精度比较实验结果：RTK坐标GPS坐标坐标较差点号*(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测量和静态GPS测量的比较结果分析：通过比较,两次坐标较差值最大为20mm，经计算平均坐标差值为8.1mm。(2)RTK高程测量和水准测量高程的精度比较实验结果:. z.-∣△H∣点号RTK高程水准高程〔mm〕G001399.944399.96117G003399.951399.97625G004398.417398.38532G005397.126397.18054G006397.642397.59547G007396.775396.83459G008397.135397.08847表5.2RTK高程与四等水准高程比较RTK高程与水准高程较差分布如下表误差区间/cm 数量 百分比0≤∣△H∣≤5 5 71.40%5<∣△H∣≤7 2 28.60%7<∣△H∣ 0 0表5.3RTK高程与水准高程较差分布结果分析:通过表5.2我们可以看出，RTK高程与四等水准高程差值最大到达了59mm，最小也到达了17mm，经计算平均值到达了40mm。实验总结：基于载波相位观测值的实时动态定位技术它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并到达厘米级精度。二、利用立体像对建立城市三维景观2.1概述. z.-低空数字航空摄影测量相对传统摄影测量来说，机动快速，操作简单，云下摄影，能获取高分辨率航空影像，影像制作周期短，效率高，本钱低，在应急测绘、困难地区测绘、小城镇测绘、重大工程工程测绘、小范围高精度测绘应用广泛。利用航空立体像对建模的方法制作三维景观简单模型，应用于城市三维管理系统是一种新的方法、新的应用，与虚拟现实的其他建模方法相比较有速度快、本钱低、更新快、精度高等优点。适用于大面积城市三维景观模型中简单模型的建立。2.2航测精度研究1、影响无人机航测精度的几大要素固定翼无人机航空测量系统在进展地形测量时，存在着测量误差。这些误差主要来源于仪器误差、人为误差、气候等外界因素影响产生的误差。仪器误差。由于仪器设计、制作不完善，或经校验还存在剩余误差。这局部误差主要是传感器量化过程带来的系统误差。人为误差。由于人的感官鉴别能力、技术水平和工作态度因素带来的误差，以及像控识别、空三加密、立体采集产生的人为误差。外界因素。由于天气状况对飞行器姿态和成像质量的影响产生的误差。2、无人机航摄误差分析由于固定翼无人机的载重及体积的原因，无法搭载常规的航摄仪进展测绘航空摄影，目前选用的是中幅面CCD作为传感器的感光单元，经过加固和电路改装以后，成为具有稳定内方价元索豹数码相机。由于感光单元的非正方形因子和非正交性以及畸变差的存在，畸变差的存在使测量成果无法满足精度要求。3、像片控制测量误差分析. z.-像控点精度有刺点精度和观测精度。利用RTK进展观测，在观测精度符合设计要求的情况下，刺点精度成为影响像片控制测量精度的主要因素。由于固定翼无人机的像幅较小，可供选择像控点位的范围相对较小，经常会出现在像控点布设的范围内找不到明显地物刺点，尤其是在野外居民地稀少地区，像控点选刺在地物棱角是否明显，影像反差是否理想的地点，都是制约像控点精度的因素。4、内业数据采集误差分析内业数据采集分为空三加密与立体量测。像控点识别与判读均会与外业实际位置产生一定的误差，空三加密时也会有一定的误差，还有在立体采集量测时切测的误差等等。5、结论上述分析归纳了影响无人机航测精度的误差种类。下面根据完成的1：1000比例尺，分辨率0.1m，一个像素相当于地面10cm×10cm，地形图测绘任务为例进展精度统计。测区在**市千金乡境内，面积约5km。由于像片控制点是采用GPS-RTK获得，测图时平面和高程精度完全满足标准要求。像控点的选刺位置在内业识别、判读时所到达的精度如下：点位说明精度明显地物点棱角明显且无植被覆盖、无阴影遮挡的建筑物的1像素角上较明显地物点棱角不明显的建筑物，虽然棱角明显但被植被覆2像素盖或有阴影遮挡的建筑物的角一般地物点边界清晰的道路交汇处2-3像素. z.-普通地物点 边界不清晰的道路交汇处、普通地貌边角点 3-4像素立体量测时，因作业人员的能力、技术水平和工作态度等因素，采集精度：明显建筑物边线误差一般在1-2像素之间；一般建筑物边线2-3像素；普通地物3-4像素；地貌线、地类界限等4-5像素。这是在影响较好无遮盖、无阴影的情况下的精度，如果有遮盖和阴影时误差还要加大。综上所述，根据误差累积原理，固定翼无人机航空摄影测量立体量测成果的精度总结如下：像控点位量测位置精度实地误差明显建筑物1-2像素一般建筑物2-3像素明显地物点普通地物3-4像素地类界4-5像素明显建筑物2-3像素一般建筑物3-4像素较明显地物点普通地物4-5像素地类界5-6像素0.5m-0.6m明显建筑物3-4像素一般建筑物4-5像素一般地物点普通地物5-6像素0.5m-0.6m地类界6-7像素0.6m-0.7m明显建筑物4-5像素一般地物点一般建筑物5-6像素0.5m-0