基于POS系统的数字正射影像制作研究

摘要

航空摄影测量是基础地理信息数据的主要获取手段，其主要任务是制作数字正射影像图（DOM）。传统的航空摄影测量需布设地面控制点，导致成图工序复杂、制作周期长，不能满足DOM对现势性的要求，即无法及时更新地理信息数据。 针对以上问题，POS定位定姿技术提供了一种有效解决办法。其核心思想是将POS系统装置在无人机上，以实现直接对地目标定位，打破了必须布设地面控制点的限制。但是，无地面控制点条件下制作的DOM存在精度不高的缺陷，导致无法准确判读DOM的真实信息。基于以上背景，本文在POS系统与无人机遥感集成的作业模式下，研究了无地面控制点时，基于POS参数的数字正射影像制作。主要研究内容和结论为： 通过构建畸变和非畸变影像间的映射关系，然后进行像素插值处理，消除了因镜头畸变引起的影像畸变。通过几何旋转关系实现了POS参数的校准，将POS参数转换成DOM成图所需的外方位元素。 分析了现有正射纠正算法的优缺点，针对直接法容易导致影像像素不均的问题，以及间接法无法确定影像覆盖范围的缺陷，本文改进了基于共线条件方程的正射纠正方法。首先通过直接法计算影像四个顶点的地面坐标，确定正射影像的覆盖范围，再结合间接法完成影像的纠正过程。通过对航拍影像进行纠正实验，表明经本文算法纠正后的DOM精度符合摄影测量成图规范要求。同时，可减少计算时间，提高运算效率。 研究了经典区域网平差算法的原理和不足，针对无地面控制点时DOM结果精度不高的问题，改进了基于虚拟控制点的自由网平差算法。通过改进平差过程中虚拟控制点的生成和平差模型的构建方式，减少DOM成图对地面控制点的依赖。首先利用改进的平差算法对原始数据进行实验，然后以中误差指标对经平差后的DOM结果进行分析，结果证明了该算法的有效性。 利用改进的正射纠正方法对佛山测区的航拍影像进行处理，最终获得的DOM满足在1∶1000大比例尺测图下，地物点中误差不大于0.6m的精度要求。将平差后得到的DOM与Terra photo软件生成的DOM进行对比分析，验证了本文改进平差算法的可行性。 无控制点;无人机遥感;基于POS参数的正射纠正;外方位元素；自由网平差

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摘　　要

绪论

论文研究背景及意义

课题研究现状

基于POS系统的对地定位技术

航拍影像的正射纠正

区域网平差

本文主要研究内容

论文结构

摄影测量理论和POS定位定姿技术

摄影测量解析基础

中心投影与正射投影

摄影测量常用坐标系

影像的内、外方位元素

航摄比例尺

机载POS系统

POS系统硬件组成及其工作原理

GPS/IMU组合测量原理

本章小结

无人机遥感数据预处理

实验数据获取

POS参数文件

DEM数据

影像畸变校正

构建畸变校正模型

影像重采样

外方位元素的转换

坐标转换

外方位角元素转换

外方位线元素转换

本章小结

航拍影像正射纠正

像点位移

共线条件方程的推导

影像的正射纠正算法

直接法影像纠正

间接法影像纠正

改进的正射纠正方法

DOM生成实验

实验设备参数

实验测区简介

实验结果

DOM精度评价指标

结果精度与分析

本章小结

自由网平差改进算法

平差理论

最小二乘法原理

间接平差

经典区域网平差算法

虚拟控制点的生成

基于虚拟控制点的平差解算

实验结果与对比分析

本章小结

总结与展望

论文工作总结

论文展望

致　　谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果