第18讲区域网平差的精度自检校.ppt

,1,6.5区域网平差的精度,Accuracy of Block Adjustment,山东科技大学测绘科学与工程学院,2,一、研究区域网平差精度,的基本方法,【一】理论分析方法【二】实验研究方法,山东科技大学测绘科学与工程学院,T,0,1 n,n 1,3,【一】理论分析方法 概念利用数理统计的理论和方法，如方差协方差的传播定律，来导出平差量的精度。原理间接平差误差方程式：AX L V 权P,法方程式：未知数权系数矩阵：单位权中误差：未知数中误差：,AT PAX AT PL1QX A PAV T PVr X 0 QX,平均中误差：,X Xi,最大中误差：(Xi)max山东科技大学测绘科学与工程学院,4,【一】理论分析方法,特点,优点：方法简便、易行，亦十分可靠，广泛应用。,缺点：,为了减少计算量，必须采取各种简化的假设。往往采用近似的随机模型。,输入和输出数据的误差都被看作是服从正态分布的偶然误差。,使用这种方法来研究空中三角测量的精度只能处理偶然误差，因为数理统计的理论和方法都是针对偶然误差。,山东科技大学测绘科学与工程学院,5,【二】实验研究方法 概念预先测定大量检查点上的平面位置和高程，然后将这些实地测量的平面位置和高程，同区域网加密的相应结果进行比较，将其差值视作真误差，再对这些真误差进行统计分析，从而得出区域网空中三角测量的精度。原理,x,(X 检 X 摄)2nX,山东科技大学测绘科学与工程学院,6,【二】实验研究方法,特点,优点：用实验法评定区域网的精度，其结果比较,接近于实际。,缺点：,它要求直接测定地面上大量的检查点，花费大量的人力、物力和时间。,一次实验所导出的精度，只能说明相对于本次实验某种空中三角测量成果的精度。不具备普遍的指导意义。,要想由此而确定出过程参数和最后结果的精度性能之间的函数关系，需要在系统改变这些过程参数的条件下，重复地进行实验，从而导致大量的野外作业量。,山东科技大学测绘科学与工程学院,7,【二】实验研究方法,解决办法,将这两种方法结合起来使用。,用理论分析方法，研究区域网加密的理论精度与区域网设计参数之间的函数关系；用实验区域的实验分析方法，则作为理论研究结果的一种验证和补充。,山东科技大学测绘科学与工程学院,8,二、影响区域网空中三角测量,精度的主要因素,【一】直接影响原始观测数据,的精度的因素,【二】直接影响到区域网的,几何强度的若干因素,【三】平差方法,山东科技大学测绘科学与工程学院,9,【一】直接影响原绐观测数据精度的因素,从,0 Q;,0,V T PVr,分析,1、航摄仪的类型（常角、宽角、特宽角）从几何角度看，特宽角所摄像片的基线/航高比大。但像片周边影像质量降低；畸变差增大。2、摄影比例尺 小比例尺的航摄像片，航高大，大气雾蒙影响大，影像质量下降。大比例尺的航摄像片，由于飞机运动造成的影像位移问题，则飞机必须带有像移补偿装置。山东科技大学测绘科学与工程学院,10,【一】直接影响原绐观测数据精度的因素,3、空中三角测量中点的类型,标志点量测精度最高。只在高精度的测量中使用。连接点人工转刺点量测精度低，匹配点高。自然地物点精度介于二者之间。,4、空中三角测量中所使用的量测仪器,仪器主要有三类，立体坐标量测仪，解析测图仪，数字摄影测量系统。其精度亦各不相同。,5、影像系统误差的改正,系统误差主要有三种：物镜畸变差、几何变形、大气折光差的影响。,山东科技大学测绘科学与工程学院,11,【二】直接影响到区域网几何强度的若干因素,从,0 Q;,Q AT PA,1,分析,1、控制点的精度、数量及其分布 小比例尺测图中，控制点数据误差相对于区域网空中三角测量来说可以忽略不计。大比例尺空中三角测量（如地籍测量）中，控制点数据的误差就十分重要而不可忽视。所以必须将控制数据看作是带有一定权值的观测值参数的平差。数量及其分布在后面详细讨论山东科技大学测绘科学与工程学院,12,【二】直接影响到区域网几何强度的若干因素,2、摄影覆盖方式,在通常的摄影测量作业中，大多是采用航向重叠,60%，旁向重叠20%。,有时补充横飞骨架航带，以减少对于高程控制点,的要求。,可采用增加旁向重叠来提高成果精度。,在Appenweir试验场，为了进行大地测量加密，,采用了四重摄影覆盖。其目的是使同一物体能在多张像片上同时成象，从而使某些类型的系统误差得到互相抵偿。,山东科技大学测绘科学与工程学院,13,【二】直接影响到区域网几何强度的若干因素,3、辅助数据的运用：,卫星导航系统GNSS，如GPS，则是利用卫星通过测距确定摄影瞬间航摄仪的位置，即摄影中心的外方位线元素。,将摄影测量数据同辅助数据、地面控制数据,一起进行联合区域网平差，可以改善区域网平差的成果。,山东科技大学测绘科学与工程学院,14,【三】平差方法,1、光束法区域网平差是最直接、最严密,的平差方法，因而其精度最高；,2、独立模型法次之；,3、航带法区域网平差精度最低。,山东科技大学测绘科学与工程学院,15,三、区域网空中三角测量的精度,【一】平面精度,【二】高程精度,山东科技大学测绘科学与工程学院,16,【一】平面精度 引用区域网的四种典型化的控制点布设方案时,密集周边布设,C1点间隔2b,C38个点,C216个点,C44个点,山东科技大学测绘科学与工程学院,17,平面精度的主要结论,对于平面区域网平差而言，只要有周边控制就够了。,区域内部的控制点可以局部改善精度，但不能代替周边控制。,在具有密集周边控制的条件下，区域网的平面精度与,区域大小几乎无关，且整个区域内精度的分布是十分均匀的。,在具有密集周边控制的条件下，区域的形状是无关紧,要的。,在具有稀疏周边控制的条件下，最大标准误差总是出,现在区域边缘上两个相邻控制点的中央地带。区域网的平面精度大体与控制点之间的距离成线性关系。,使用60%的旁向重叠的航片，大约可以提高精度40%。,山东科技大学测绘科学与工程学院,z,0 H,z max,0 H,1.3,z,0 H,z max,0 H,z max,ib,18,【二】高程精度高程精度主要与相邻两排高程控制点之间的跨距（平均基线长为单位）有关。最大标准误差和平均高程误差大体上与这个跨距成正比例地变化。,z max,ib 0.34 0.22i 0.27 0.31i z,2b,ib 0.25 i 0.31i z 1.24 山东科技大学测绘科学与工程学院,19,高程精度结论,对于由20%的旁向重叠的航摄像片所构成的区域，至少要有三,排高程控制点分别布设在区域的首末两端和中央。,区域网的高程精度主要取决于相邻两排高程控制点之间的跨,距（以平均基线长为单位表示）。随着跨距的增加，高程误差将成正比地增大。,在跨距较短（i5）的条件下，区域网的高程精度可以保持在,单位权中误差的数量级。大体相当于0.1%的航高。,如果区域的范围太大，则在区域的内部应该布置多排高程控,制点。,使用60%旁向重叠的航摄像片，能够提高平差区域的理论高程,精度，并且可以采用格网状的布点方案。,由于最大的高程误差总是出现在区域的上下两条边缘航带、,相邻两排高程控制点的中间部位，所以，在这些地方增补一个高程控制点，可以有效地提高区域网的高程精度，并改善精度分布的均匀性。,山东科技大学测绘科学与工程学院,20,6.6 区域网平差系统误差,Systematic Errors In Block Adjustment,山东科技大学测绘科学与工程学院,21,一、,概述,【一】系统误差的存在证据【二】系统误差对区域网平差的影响【三】消除系统误差影响的措施山东科技大学测绘科学与工程学院,22,【一】系统误差的存在证据,1.对同一组航空摄影资料进行解析空中三角测量，,平差后所得的单位权标准误差0并不是一个常数，,而是随着区域的大小、控制点的数量与分布等参数的变化而不同。,2.计算得到的/0的值远远大于理论值。,3.大量实践表明，在区域网平差之后，平差点上的,误差分布往往呈现出局部的系统性趋向。,4.光束法区域网平差精度不及独立模型法的主要原,因是由于残余系统误差的存在而造成的。,5.使用独立模型法平面区域网平差时，若采用稀疏的周边控制，实际的平差结果比理论分析所预期的要坏得多。,山东科技大学测绘科学与工程学院,23,【二】系统误差对区域网平差的影响,系统误差对区域网平差的影响结论：,大小相同但类型不同的系统性的影像误差，对,加密点的坐标之影响不相同。,当存在有某种不知其模式的系统影像变形时，就不能可靠地估计出区域网平差结果的精度。因此，系统误差的检测和消除，是空中三角测,量中需要解决的重要课题之一。,山东科技大学测绘科学与工程学院,24,【三】消除系统误差影响的措施,1.在区域网的平差之前，通过摄影机检定的办法，求出其存在的系统误差，而在量测的像点坐标中加以改正。,2.在平差过程中，使用扩充了的数学模型，用附加的参数来抵偿各种系统误差的联合影响。这些附加参数作为待定参数在整体平差的过程中确定。我们称这种方法为自检校法。由于这种方法不要求知道任何系统误差的具体形式，也不要求增加任何附加观测，所以得到了广泛的采纳。,3.在平差之后，采用某种内插方法，根据已知地面控制点上的残余误差，对平差结果加以调整改正。这种方法叫做区域网的外部平差。,山东科技大学测绘科学与工程学院,25,二、自检校区域网平差的基本原理,【一】自检校区域网平差的,基本思想,【二】光束法自检校区域网,平差的误差方程式,山东科技大学测绘科学与工程学院,26,【一】自检校区域网平差的基本思想,自检校区域网平差方法的基本思想，就是在通常的误差方程式中，增加由待定参数组成的若干项来抵偿系统误差的影响，这些附加的待定参数在区域网的平差过程中与其它未知参数一起同时解答出来。所以，也叫带附加参数的区域网平差。,山东科技大学测绘科学与工程学院,27,【二】光束法自检校区域网平差的误差方程式利用附加参数以抵偿在观测数据中存在的系统误差，一般都是针对光束法区域网平差而言的。假定像点坐标的系统误差的改正数为x，y，则有共线方程为：,x x fy y f,a1(X Xs)b1(Y Ys)c1(Z Zs)a3(X Xs)b3(Y Ys)c3(Z Zs)a2(X Xs)b2(Y Ys)c2(Z Zs)a3(X Xs)b3(Y Ys)c3(Z Zs)山东科技大学测绘科学与工程学院,c19 x lx v x,c29,dZs y ly v y,2,2,28,【二】光束法自检校区域网平差的误差方程式线性化，将像点坐标x，y视为基本观测量，则有误差方程：,c11 c21,c12c22,c13c23,c14c24,c15c25,c16c26,c17c27,c18c28,d x d d dXs dYs dX dY dZ,x a0 a1 x a2 y a3 x 2 a4 xy a5 y 2 y b0 b1 x b2 y b3 x b4 xy b5 y 山东科技大学测绘科学与工程学院,29,三、带有附加参数的,平差运算方案,山东科技大学测绘科学与工程学院,X,Y,1,1 1,T,30,带有附加参数的平差运算方案 在自检校区域网平差中，扩展的误差方程式为：,AX BY L V1;Q11A B L V1;Q11 CW L V1;Q11W C Q11 C C T Q11 L,A=未知数的系数矩阵X=未知数的地面坐标和像片外方位元素向量B=附加参数的系数矩阵Y=附加参数向量L=观测值向量V1=改正数向量Q11=观测值的权系数矩阵山东科技大学测绘科学与工程学院,T,31,带有附加参数的平差运算方案 为了使全部未知数都有一个稳定的解，可将附加参数作为具有适当权值的观测值来处理，即再增加一组附加参数的虚拟观测方程，使其为非自由参数。,AX BY L V1;EY S V2;,Q11 QSS,E=单位矩阵Y=附加参数向量,A B X L V1 0 E Y S V2;Q11 Q1 S Q1 S QSS,S=附加的观测值向量V2=附加的改正数向量QSS=附加观测值的权系数矩阵山东科技大学测绘科学与工程学院,32,四、自检校区域网平差,的操作过程,山东科技大学测绘科学与工程学院,33,自检校区域网平差的操作过程,1.第一遍区域网平差不使用附加参数，按常规平差方法进行。平差的目的是为了取得十分接近的近似值，同时也可以初步地清除观测数据和控制数据中的粗差，为以后的平差运算扫清障碍。,2.第二遍区域网平差使用完整的参数进行平差，并把附加参数当作带有一定权值的观测值来对待。之后进行参数有效性检验。,3.第三遍区域网平差是利用剩余有效的附加参数进行自检校区域网平差，并把这些有效的附加参数处理成自由参数。,山东科技大学测绘科学与工程学院,34,6.7 摄影测量与非摄影测量联合平差,一、定义二、分类,三、GPS辅助光束法,区域网联合平差,山东科技大学测绘科学与工程学院,35,一、定义,联合平差是指以摄影测量观测值为主，综合利用其它非摄影测量信息，采用统一的数学模型和算法，整体测定点位并对其质量进行评价的理论、技术和方法。,山东科技大学测绘科学与工程学院,36,二、分类,物方空间的大地测量观测值,大地测量的观测值包括有角度、距离、方位角、垂直角、高差、经度纬度等。,像片外方位元素观测值或条件,导航定位系统（GPS）所提供的摄站坐标、坐标差或像片姿态角数据，这些数据是在航空摄影时获得的。,像片内方位元素观测值,这类观测数据是指由摄影机检定求得的具有一定精度的主距值和像主点坐标。,相对控制条件的应用,如等高条件，以及位于一条直线，一个平面，某种几何形状表面的点，应当满足相应的几何条件。,山东科技大学测绘科学与工程学院,37,三、GPS辅助空中三角测量,GPS数据后处理,摄影时刻机载天线相位中心坐标的获取。精确获得相机曝光时间后，根据相邻时刻的GPS天线位置内插出曝光时刻天线的位置。,坐标系转换（WGS84国家坐标系）及高程基准,机载GPS天线与摄影机之间的偏移处理,山东科技大学测绘科学与工程学院,38,结论,1.利用GPS确定的三维摄站坐标，可以有效地应用,于空中三角测量区域网平差中；,2.采用相对动态差分GPS定位技术和少量地面控制（如四角控制）的情况下，联合平差测求地面未知点坐标的精度可以达到厘米级的水平；,3.理论上，在WGS84系中，如果GPS观测值在区域中连续而没有失锁、周跳等使信号间断的情况，,GPS提供的摄站坐标用于平差可以完全取代地面控制点，即所谓的空中控制。,山东科技大学测绘科学与工程学院,39,结论,4.为获得国家统一坐标系(如高斯克吕格坐标系)中的加密成果，要求有一定数量的地面控制点。若区域四角各有一个平高控制点，则可达到目的；,5.GPS辅助光束法区域网平差有较好的可靠性。作为空中控制的GPS数据自身的可靠性总是明显地优于常规平差中地面控制数据的可靠性；,6.利用GPS数据进行区域网平差是十分经济的。即使是精度较差的GPS数据也可使中小比例尺测图所需的地面控制点减为最少，且联合平差可达到常规情况下只有利用相当稠密的地面控制点才能达到的精度。,山东科技大学测绘科学与工程学院,40,6.8 数字空中三角测量简介,1 General Description,Digital aerotriangulation including imageimport,interior orientation,point transfer,controlpoint measurements,bundle block adjustment andquality control,is one of the most complexprocesses in digital photogrammetry and theautomation of this process was one of thechallenges in the photogrammetric community.,山东科技大学测绘科学与工程学院,41,6.8 数字空中三角测量简介,2 Software Packages,Helava Automated Triangulation,System HATS(LH Systems);,PHODIS-AT(Zeiss);,MATCH-AT(INPHO and Intergraph);IMAGINE OrthoBASE(Erdas);,ORIMA/APM on NT(LH Systems);Virtuozo;,山东科技大学测绘科学与工程学院,42,6.8 数字空中三角测量简介,3 Main Characteristic,1、自动内定向,2、自动选点与自动转点,3、具有质量控制的自动相对定向4、具有点位预测的绝对定向；,5、区域网平差的高度灵活性（可处理多视角、大倾斜影像，不受重叠度、比例尺、姿态角的限制）；,6、具有较高的容错和排错能力（粗差检测）。,山东科技大学测绘科学与工程学院,43,思考题,1、研究区域网加密精度的基本方法是什么？2、影响区域网加密精度的主要因素有哪些？3、从理论分析中，平面、高程精度方面主要有哪些结论？,4、自检校区域网平差的基本思想、基本原理是什么？,5、什么是联合平差？,山东科技大学测绘科学与工程学院,