JP2004245741A

JP2004245741A - Aerial photographic survey method

Info

Publication number: JP2004245741A
Application number: JP2003037259A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Tachibana; 菊生橘; Tadashi Sasagawa; 正笹川
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP3808833B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aerial photographic survey method giving good workability and holding high accuracy. <P>SOLUTION: This aerial photographic survey method is for finding the ground coordinates of a required point designated in a plurality of photographed images 2 taken from a flying body 1 flying at a prescribed height above ground. The position of a camera and its attitude at the time of acquiring the images 2 are directly positioned by a GPS 3 and an IMU 4. With respect to the whole of a block comprising a plurality of photos together connected via tie-points 5 designated in the photographed images 2, simultaneous adjustment calculation is performed, by using an appropriate number of ground reference points 6 disposed in a survey area as block adjustment points 7, with the direct positioned data included, thereby acquiring external orientation elements and the coordinates of the required point. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空中写真測量方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機等の飛行体から撮影した撮影画像を利用する空中写真測量は、例えば、非特許文献１に記載されるように、各撮影画像を標定して、同一地上対象物が撮影された複数枚の航空写真の対を撮影時の位置関係を解析的手法により再現し、得られた立体モデルの所定点を地上基準点に連結することにより写真上の任意点の位置情報を得るものである。
【０００３】
そして、モデル数の多い空中写真測量に当たっては、モデル毎の絶対標定を行うのではなく、空中三角測量が利用される。
【０００４】
しかし、空中三角測量において多数のコース、立体モデル等を構成単位とする撮影領域（ブロック）全体に渡って均質な精度を確保するためには、ブロック調整用の地上基準点を多数要するために、作業性が悪いという問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】
中村英夫・清水英範共著、「測量学」、技報堂出版株式会社、２０００年２月１０日、ｐ．３１５−３５５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の欠点を解消すべくなされたものであって、作業性が良好で、かつ、高い精度を保持可能な空中写真測量方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
地上所定高度を飛行する飛行体１から撮影した複数の撮影画像２中に指定された求点の地上座標を求める空中写真測量方法であって、
前記各撮影画像２取得時におけるカメラ位置及びカメラ姿勢を飛行体１に搭載したＧＰＳ３及びＩＭＵ４により直接定位し、
前記撮影画像２中に指定されたタイポイント５を介して連結された複数の写真からなるブロックの全体を、測量範囲に配置した適数の地上基準点６をブロック調整点７として前記直接定位データを含めて同時調整計算を行って外部標定要素及び求点座標を得る空中写真測量方法を提供することにより達成される。
【０００８】
撮影画像２の取得に際してカメラ位置、正確には投影中心位置（ｘ，ｙ，ｚ）は飛行体１に搭載したＧＰＳ３からの出力値により、カメラ姿勢（ロール角ω，ピッチ角φ，ヨー角κ）はＩＭＵ４（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ：慣性測量装置）からの出力値により直接定位される。
【０００９】
ＧＰＳ３及びＩＭＵ４からの直接定位データの精度はＧＰＳ３、ＩＭＵ４自体の精度に影響されるために、立体モデル等が複数ある場合でも全ブロックに渡ってほぼ均一であり、地上基準点６数による影響を受けにくいと考えられる。この結果、直接定位データを外部標定要素として利用する本発明においては、ブロック全領域に渡る精度均一化のための地上基準点６が不要となるために、空中三角測量におけるブロック調整、とりわけ、バンドル法によるブロック調整に比して、必要な地上基準点６を大幅に減少させることが可能になる。
【００１０】
一方、後述する実施例からも明らかなように、この直接定位をそのまま外部標定要素として撮影画像２の標定を行って求点座標を求めた場合の精度は、大縮尺図化時等の高い精度要求に応えるには限界がある。
【００１１】
この問題を解決するために、外部標定するために利用され、すでに外部標定要素がＧＰＳ３等の出力値として与えられている本発明においては本来無関係な空中三角測量において多用されるブロック調整を上記直接定位データを含めて実施する。
【００１２】
ブロック調整としては、多項式法、独立モデル法が利用できるが、厳密解を提供するバンドル法を利用することにより精度をより向上させることが可能であり、この場合、ブロック調整は、各撮影画像２の投影中心から投影される画像上の全地上基準点６及びタイポイント５像の対応する地上対象点への交会を条件として行われる。
【００１３】
また、ブロック調整点７に加えて地上座標が既知の検証点８が設定され、
タイポイント５の較差、ブロック調整点７残差及び検証点８による較差により精度検証するように構成した場合には、精度管理を確実に行うことができる。
【００１４】
本発明による方法は、
地上所定高度を飛行する飛行体１から撮影した複数の撮影画像２中に指定された求点の地上座標を求める空中写真測量装置であって、
前記撮影画像２取得時におけるカメラ位置及びカメラ姿勢を直接定位する飛行体１に搭載したＧＰＳ３及びＩＭＵ４からの直接定位データを入力する直接定位データ入力部９と、
前記撮影画像２中に指定されたタイポイント５を介して連結された複数の写真からなるブロックの全体を、測量範囲に配置した適数の地上基準点６をブロック調整点７として前記直接定位データを含めて同時調整計算を行って外部標定要素及び求点座標を得るブロック調整部１０とを有する空中写真測量装置を使用することにより実現可能であり、この測量装置は、所定の実行手順が記載されたプログラムに従って実行される汎用のコンピュータシステムによって構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、空中写真測量に際し、図２（ｂ）に示すように、ＧＰＳ３、ＩＭＵ４を搭載した航空機から測量領域を撮影し、これをスキャナにより読み込んでディジタル化された撮影画像２を取得する。この実施の形態において、撮影は、１／５００図化を想定して１／４０００の縮尺で行われる。なお、以上において、撮影画像２は航空写真ネガフィルムをスキャニングして得る場合を示したが、デジタルカメラを使用して直接デジタル化された撮影画像２を得ることもできる。
【００１６】
撮影は、図中において矢印で示す撮影コースに沿って隣接する撮影画像２、２同士と、コースが隣接する撮影画像２、２同士が各々所定のオーバラップ率（Ｒｏ）及びサイドラップ率（Ｒｓ）で重合するように行われる。
【００１７】
また、地上には、ブロック調整点７及び検証点８として使用される地上基準点６が設定される。これらの地上基準点６は、基準点測量により平面位置及び標高が予め測定され、複数の撮影画像２全体により構成されるブロックの四隅にブロック調整点７が位置し、さらに、検証点８がその近傍に位置するように各々配置される。図２（ａ）においてブロック調整点７を黒丸で、検証点８を白丸で示す。
【００１８】
撮影に際してＧＰＳ３、ＩＭＵ４の出力が同期して取得され、これらから撮影時のカメラ位置及びカメラ姿勢が定位される。
【００１９】
図１に示すように、空中写真測量装置は、直接定位データ入力部９、撮影画像入力部１１ａ及び地上基準点位置データ入力部１１ｂからなる入力部１１と、演算部１２とを有する。撮影時にＧＰＳ３、ＩＭＵ４から取得したカメラ位置（ＧＰＳ３出力）及びカメラ姿勢（ＩＭＵ４出力）情報は、直接定位データとして直接定位データ入力部９に、撮影画像２は撮影画像入力部１１ａに、地上基準点６の位置データは地上基準点位置データ入力部１１ｂに各々入力される。
【００２０】
演算部１２は、タイポイント設定部１２ａ、ブロック調整部１０及び検証部１３を有し、上記ディジタル化された各撮影画像２にはタイポイント設定部１２ａにおいて、少なくとも２枚以上に撮影されている領域がタイポイント５して抽出される。タイポイント５の抽出は、上述したようなパターンマッチングによる自動抽出以外に、目視により指定も可能である。抽出されたタイポイント５を図２（ａ）において白抜きの矩形枠で示す。
【００２１】
タイポイント５の抽出により、複数の撮影画像２が互いに関連付けられた状態となって、全体としてブロックを構成することとなり、次いで、このブロックに対してブロック調整部１０においてブロック調整を行う。ブロック調整は、ブロック四隅のブロック調整点７全点を固定した状態で、これらブロック調整点７全点及びタイポイント５全点が立体モデル上の対応点に交会することを条件とする、いわゆるバンドル法ブロック調整により行われる。ブロック調整においては、上記直接定位データも調整対象とされる。
【００２２】
次いで、ブロック調整部１０におけるブロック調整の結果は検証部１３において精度検証され、精度が所定の閾値を超える場合には、再測等がなされる。検証項目には、公共測量作業規程等に定められている評価項目を含めるのが望ましく、この実施の形態においては、タイポイント交会残差、ブロック調整点残差の平均二乗誤差と最大値と、検証点８における較差の最大値が設定される。閾値も、上記公共測量作業規程等を満足するように設定するのが望ましく、この実施の形態において、１／５００図化の場合には、
タイポイント交会残差の平均二乗誤差が１５μｍ以内、最大値３０μｍ以内、
ブロック調整点残差の平均二乗誤差が対地高度の０．０２％以内、最大値が０．０４％以内、
検証点８における較差の最大値が平面標高とも０．２５ｍ以内に設定される。
【００２３】
また、１／１０００図化の場合には、
タイポイント交会残差の平均二乗誤差が１５μｍ以内、最大値３０μｍ以内、
ブロック調整点残差の平均二乗誤差が対地高度の０．０２％以内、最大値が０．０４％以内、
検証点８における較差の最大値が平面標高とも０．５ｍ以内、高さの平均二乗誤差が０．３ｍ以内に設定される。
【００２４】
ブロック調整の精度が検証部１３における閾値以内である場合には、出力部１４から例えば図化機に出力されて図化された後、必要位置が計測される。
【００２５】
なお、以上においては、４点のブロック調整点７に加えて検証点８を設定することにより４点以上の地上基準点６を設定する場合を示したが、４点の地上基準点６をブロック調整点７と検証点８に使用することが可能である。この場合、例えば、地上基準点６の３点をブロック調整点７として使用し、残り１点を検証点８として使用するように、地上基準点６の一部をブロック調整点７として使用し、残りの地上基準点６を検証点８として使用すればよい。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態を１／５００図化を想定して構成する場合を例にとって説明したが、１／１０００、あるいはこれよりも小さい縮尺の作業にも使用できることは勿論である。
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の有効性を確認するために行った実験を示す。実験は、ＧＰＳ３、ＩＭＵ４からの出力を標定要素として使用したモデルを構築し、検証点８を観測して実測値と比較することにより精度等の観測を行った。
【００２８】
また、直接定位データを用いたブロック同時調整の精度検証を行うため、いくつかの条件でブロック調整を行い比較、検証した。
１．実験ブロックの概要
実験は大縮尺図化の範疇に入ると思われる１／５００図化時を想定した１／４０００撮影で実施した。撮影諸元を表１に示す。なお、カメラ座標系に対するＧＰＳアンテナの位置関係及びＩＭＵ座標系との位置関係、取り付け角度等のキャリブレーションは、実測及び事前のボアサイトキャリブレーションにより決定済みである。位置関係はｃｍレベル、角度は０．００５度以下のレベルで調整されている。
【００２９】
【表１】

図３に各々のブロックの主点位置とブロック調整点７、検証点８の配置を示す。図中主点位置は白丸で、ブロック調整点７または検証点８は三角形で示される。地上参照局にはつくば３の１秒間隔データを用い、ＧＰＳ３のイニシャライズを飛行中に行う、インエアーアライメントを実施した。
【００３０】
ブロック調整点７（検証点８）には写真上で明瞭に判読できる路面表示等を選択し、電子基準点つくば１を予点としてＧＰＳ３測量により実測を行った。
２．直接定位計算
撮影ミッション時に取得されたＧＰＳ３およびＩＭＵデータと地上参照局のＧＰＳ３データを用いて直接定位計算を実施した。直接定位の計算はキネマティックＧＰＳ解析、ＩＭＵデータの合成解析、各写真の外部標定要素の算出の順に実施される計算機プログラムを使用した。
【００３１】
キネマティックＧＰＳ解を求める際に、時系列正反方向の較差と、位置の標準偏差を求めて、これらを検証したところ、較差は１０ｃｍ以内、標準偏差は数ｃｍであることが確認できた。また、ＧＰＳ３とＩＭＵ４の合成後の位置の標準偏差も数ｃｍであり、直接定位の解析は良好であると判断した。
３．写真画像のデジタル化
以降の解析をデジタル・フォトグラメトリックワークステーション上で行うために、取得された航空写真ネガフィルムをフォトグラメトリックスキャナーによりデジタルデータ化した。スキャナーはＬｅｉｃａＤＳＷ５００を使用し、解像度１０μｍでスキャニングを実施した。
４．直接定位による検証点の観測
比較のために、デジタル・フォトグラメトリックワークステーションを用いて、直接定位により算出された外部標定要素のみを使用してステレオモデルを構築し、検証点を観測した。
５．ブロック調整
デジタル・フォトグラメトリックワークステーション上で稼働する自動空中三角測量プログラムによりブロック調整を行った。この際、外部標定要素には、直接定位で得られたものが使用され、タイポイント５は、５×５の格子状に配置されるように設定し、自動空中三角測量プログラムにより自動抽出した。自動抽出された点は異常値検索により検出された点及び視差が大きな点が削除されて必要に応じて再観測される。
【００３２】
以降の解析はＧＰＳ／ＩＭＵデータを同時調整できるバンドル法空中三角測量プログラムを用いて実施した。
６．結果
表にブロック４隅の４点を固定してブロック調整を行った場合、ブロック中央部の１点のみを固定してブロック調整を行った場合の基準点・検証点残差の最大・平均二乗誤差を示す。ブロック調整に際しては、主点位置（ｘｙｚ）に約７ｃｍ、ωφに０．００５度、κに０．００８度、固定する基準点はにＸ、Ｙ、Ｚそれぞれ５ｃｍの重量を与えた。
【００３３】
【表２】

また、表には、本発明との比較のために、直接定位データのみを用いて構築したモデル上で観測した場合と、直接定位のデータを使用せず、４隅の基準点だけでブロック調整を行った場合における基準点・検証点８残差の最大・平均二乗誤差を示した。
【００３４】
図４はこれらの結果を検証点位置上にプロットした図を示すもので、本発明において４点を固定した場合が図４（ａ）に、１点を固定した場合が図４（ｂ）に、また、比較例である直接定位データのみの場合が図５（ａ）に、直接定位データを使用しない場合が図５（ｂ）に各々対応する。なお、図４、５において平面較差が対象点からのベクトルで、高さ方向の較差が円の半径により示される。また、ブロック調整時における固定点は方形枠で囲って示される。
【００３５】
表２及び図４、５から明らかなように、直接定位データを同時調整することにより、直接定位データをそのまま使用する場合に比して、精度向上が得られることが明らかになった。
【００３６】
また、ブロック調整に当たっては、１点固定の場合であっても、４点固定に比して大きな精度の低下が見られないことから、１点の基準点の場合であっても、十分な精度が得られることが確認できた。
【００３７】
さらに、１／５００地形図の精度基準は平面および高さとも標準偏差で０．２５ｍとされており、また、従来のバンドル法空中三角測量における１／４０００撮影時の基準点残差の制限値は、平面、高さともに標準偏差で１２ｃｍ、最大値が２４ｃｍに相当するが、本発明の実施例における結果は、これらの範囲内に入っていることから、１／５００の大縮尺図化に使用可能であることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、直接定位データのみを使用する場合の利点を活かしたまま、ブロック調整により精度向上を図ることができるために、精度を維持したままで測量効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空中写真測量装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施方法を示す説明図で、（ａ）は撮影画像の取得状態を示す図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図３】実施例の撮影コースを示す図である。
【図４】実験結果を示す図である。
【図５】比較例の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１飛行体
２撮影画像
３ＧＰＳ
４ＩＭＵ
５タイポイント
６地上基準点
７ブロック調整点
８検証点
９直接定位データ入力部
１０ブロック調整部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an aerial photogrammetry method.
[0002]
[Prior art]
Aerial photogrammetry using photographed images taken from a flying object such as an aircraft is, for example, as described in Non-Patent Document 1, by locating each photographed image and capturing a plurality of images of the same ground object. A positional relationship at the time of photographing a pair of aerial photographs is reproduced by an analytical method, and a predetermined point of the obtained three-dimensional model is connected to a ground reference point to obtain positional information of an arbitrary point on the photograph.
[0003]
In aerial photogrammetry with a large number of models, aerial triangulation is used instead of performing absolute orientation for each model.
[0004]
However, in aerial triangulation, many ground reference points for block adjustment are required in order to ensure uniform accuracy over the entire photographing area (block) having a large number of courses, three-dimensional models, etc. as constituent units. There is a problem that workability is poor.
[0005]
[Non-patent document 1]
Co-authored by Hideo Nakamura and Hidenori Shimizu, "Surveying", Gihodo Publishing Co., Ltd., February 10, 2000, p. 315-355
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, and has as its object to provide an aerial photogrammetry method that has good workability and can maintain high accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the invention, the object is
An aerial photogrammetry method for obtaining ground coordinates of a designated point in a plurality of photographed images 2 photographed from a flying object 1 flying at a predetermined altitude on the ground,
The camera position and camera attitude at the time of acquiring each of the photographed images 2 are directly localized by the GPS 3 and the IMU 4 mounted on the flying object 1,
The entire block composed of a plurality of photographs connected via the tie points 5 specified in the photographed image 2 is converted into the direct localization data by using an appropriate number of ground reference points 6 arranged in the surveying area as block adjustment points 7. This is achieved by providing an aerial photogrammetry method that performs simultaneous adjustment calculations to obtain external orientation elements and point coordinates.
[0008]
When the captured image 2 is obtained, the camera position (more precisely, the projection center position (x, y, z)) is determined by the camera posture (roll angle ω, pitch angle φ, yaw angle κ) based on the output value from the GPS 3 mounted on the flying object 1. ) Is directly localized by an output value from an IMU 4 (Inertial Measurement Unit).
[0009]
Since the accuracy of the direct localization data from the GPS3 and the IMU4 is affected by the accuracy of the GPS3 and the IMU4 itself, even when there are a plurality of three-dimensional models, the accuracy is substantially uniform over all blocks. It is considered difficult to receive. As a result, in the present invention in which the direct localization data is used as the external orientation element, the ground reference point 6 for uniforming the accuracy over the entire area of the block is not required, so that the block adjustment in the aerial triangulation, especially the bundle adjustment, The required ground reference point 6 can be greatly reduced as compared with the block adjustment by the method.
[0010]
On the other hand, as is clear from the embodiment described later, the accuracy when the direct coordinates are used as it is as the external orientation elements and the photographed image 2 is located to obtain the coordinates of the required point is high accuracy such as when large-scale mapping is performed. There are limits to meeting demands.
[0011]
In order to solve this problem, in the present invention, which is used for external orientation and the external orientation element is already given as an output value of GPS3 or the like, the block adjustment frequently used in aerial triangulation which is irrelevant in the present invention is performed by the above direct adjustment. Implement including localization data.
[0012]
As the block adjustment, a polynomial method and an independent model method can be used. However, it is possible to further improve the accuracy by using a bundle method that provides an exact solution. In this case, the block adjustment is performed for each captured image 2 Is performed on the condition that the ground reference point 6 and the tie point 5 image on the image projected from the projection center of the target image intersect the corresponding ground target point.
[0013]
In addition to the block adjustment point 7, a verification point 8 whose ground coordinates are known is set,
When the accuracy is verified based on the difference between the tie point 5, the block adjustment point 7 residual, and the difference based on the verification point 8, accuracy control can be reliably performed.
[0014]
The method according to the invention comprises:
An aerial photogrammetry device that obtains ground coordinates of a designated point in a plurality of photographed images 2 photographed from a flying object 1 flying at a predetermined altitude above the ground,
A direct localization data input unit 9 for inputting direct localization data from the GPS 3 and the IMU 4 mounted on the flying object 1 for directly positioning the camera position and the camera attitude at the time of acquiring the photographed image 2;
The entire block composed of a plurality of photographs connected via the tie points 5 specified in the photographed image 2 is converted into the direct localization data by using an appropriate number of ground reference points 6 arranged in the surveying area as block adjustment points 7. Can be realized by using an aerial photogrammetry device having a block adjustment unit 10 that obtains an external orientation element and a coordinate of a point by performing a simultaneous adjustment calculation including the above, and a predetermined execution procedure is described in this surveying device. It can be constituted by a general-purpose computer system executed according to the program.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, at the time of aerial photogrammetry, as shown in FIG. 2 (b), a survey area is photographed from an aircraft equipped with GPS3 and IMU4, and is read by a scanner to obtain a digitized photographed image 2. In this embodiment, photographing is performed at a scale of 1/4000 assuming 1/500 plotting. In the above description, the case where the photographed image 2 is obtained by scanning an aerial photograph negative film has been described. However, it is also possible to directly obtain the digitized photographed image 2 using a digital camera.
[0016]
In the photographing, the photographed

images

2 and 2 adjacent to each other along a photographing course indicated by an arrow in the drawing and the photographed

images

2 and 2 adjacent to each other in the course have a predetermined overlap ratio (Ro) and a side overlap ratio (Rs). ).
[0017]
A ground reference point 6 used as a block adjustment point 7 and a verification point 8 is set on the ground. For these ground reference points 6, the plane position and elevation are measured in advance by reference point surveying, and the block adjustment points 7 are located at the four corners of a block composed of a plurality of captured images 2 as a whole. Each is arranged so as to be located in the vicinity. In FIG. 2A, block adjustment points 7 are indicated by black circles, and verification points 8 are indicated by white circles.
[0018]
At the time of photographing, the outputs of the GPS 3 and the IMU 4 are acquired in synchronization, and the camera position and the camera attitude at the time of photographing are localized from these.
[0019]
As shown in FIG. 1, the aerial photogrammetry device includes an input unit 11 including a direct localization data input unit 9, a captured image input unit 11 a, and a ground reference point position data input unit 11 b, and a calculation unit 12. The camera position (GPS3 output) and camera orientation (IMU4 output) information obtained from the GPS3 and IMU4 at the time of shooting are directly stored in the localization data input unit 9 as localization data, the captured image 2 is stored in the captured image input unit 11a, and the ground reference point. The position data No. 6 is input to the ground reference point position data input section 11b.
[0020]
The arithmetic unit 12 includes a tie point setting unit 12a, a block adjustment unit 10, and a verification unit 13. At least two or more images of each digitized captured image 2 are captured by the tie point setting unit 12a. The region is extracted with tie point 5. The extraction of the tie point 5 can be visually specified in addition to the automatic extraction by the pattern matching as described above. The extracted tie point 5 is shown by a white rectangular frame in FIG.
[0021]
By extracting the tie points 5, the plurality of captured images 2 are associated with each other to form a block as a whole, and then the block adjustment unit 10 performs block adjustment on this block. The block adjustment is performed under the condition that all the block adjustment points 7 and all the tie points 5 meet the corresponding points on the three-dimensional model in a state where all the block adjustment points 7 at the four corners of the block are fixed. This is done by modulo block adjustment. In the block adjustment, the direct localization data is also adjusted.
[0022]
Next, the result of the block adjustment performed by the block adjustment unit 10 is verified by the verification unit 13, and if the accuracy exceeds a predetermined threshold value, re-measurement is performed. It is preferable that the verification items include evaluation items defined in the public surveying work rules, etc., and in this embodiment, the tie point intersection residual, the mean square error and the maximum value of the block adjustment point residual, The maximum value of the difference at the verification point 8 is set. It is desirable that the threshold value is also set so as to satisfy the above-mentioned public surveying work regulations. In this embodiment, in the case of 1/500 plotting,
The mean square error of the tie-point association residual is within 15 μm, the maximum is within 30 μm,
Mean square error of block adjustment point residual is within 0.02% of ground altitude, maximum value is within 0.04%,
The maximum value of the difference at the verification point 8 is set within 0.25 m for both the plane altitude.
[0023]
In the case of 1/1000 plotting,
The mean square error of the tie-point association residual is within 15 μm, the maximum is within 30 μm,
Mean square error of block adjustment point residual is within 0.02% of ground altitude, maximum value is within 0.04%,
The maximum value of the difference at the verification point 8 is set within 0.5 m for both the plane elevation and the mean square error of the height is set within 0.3 m.
[0024]
If the accuracy of the block adjustment is within the threshold value of the verification unit 13, the required position is measured after being output from the output unit 14 to, for example, a plotter and plotted.
[0025]
In the above, the case where four or more ground reference points 6 are set by setting the verification point 8 in addition to the four block adjustment points 7 has been described. It can be used for adjustment point 7 and verification point 8. In this case, for example, a part of the ground control point 6 is used as a block adjustment point 7 so that three ground control points 6 are used as block adjustment points 7 and the remaining one is used as a verification point 8. The remaining ground control points 6 may be used as the verification points 8.
[0026]
The case where the embodiment of the present invention is configured assuming 1/500 plotting has been described above as an example. However, it is needless to say that the present invention can also be used for work with a scale of 1/1000 or smaller.
[0027]
【Example】
The following shows an experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention. In the experiment, a model was constructed using the outputs from the GPS 3 and the IMU 4 as orientation elements, and the accuracy and the like were observed by observing the verification point 8 and comparing it with the actually measured value.
[0028]
In addition, in order to verify the accuracy of simultaneous block adjustment using direct localization data, block adjustment was performed under several conditions and compared and verified.
1. Outline of the experimental block The experiment was performed with 1/4000 photographing assuming 1/500 plotting, which is considered to fall into the category of large-scale plotting. Table 1 shows the photographing specifications. Note that the positional relationship of the GPS antenna with respect to the camera coordinate system, the positional relationship with the IMU coordinate system, the mounting angle, and the like have been determined by actual measurement and prior boresight calibration. The positional relationship is adjusted at a cm level, and the angle is adjusted at a level of 0.005 degrees or less.
[0029]
[Table 1]

FIG. 3 shows the principal point position of each block and the arrangement of the block adjustment points 7 and the verification points 8. In the figure, the principal point position is indicated by a white circle, and the block adjustment point 7 or the verification point 8 is indicated by a triangle. Using the Tsukuba 3 one-second interval data for the ground reference station, in-air alignment was performed in which the GPS3 was initialized during flight.
[0030]
For the block adjustment point 7 (verification point 8), a road surface display or the like that can be clearly read on a photograph was selected, and actual measurement was performed by GPS3 survey using the electronic reference point Tsukuba 1 as a pre-set point.
2. Direct localization calculation Direct localization calculation was performed using the GPS3 and IMU data acquired during the imaging mission and the GPS3 data of the ground reference station. The calculation of the direct localization used a computer program executed in the order of kinematic GPS analysis, synthesis analysis of IMU data, and calculation of external orientation elements of each photograph.
[0031]
When calculating the kinematic GPS solution, the time series normal / reverse direction difference and the standard deviation of the position were obtained and verified. As a result, it was confirmed that the difference was within 10 cm and the standard deviation was several cm. The standard deviation of the position of the combined GPS3 and IMU4 was also several cm, and it was judged that the analysis of direct localization was good.
3. The obtained aerial photographic negative film was digitized by a photogrammetric scanner in order to perform analysis after digitization of the photographic image on a digital photogrammetric workstation. The scanner used Leica DSW500 and performed scanning at a resolution of 10 μm.
4. For the comparison of observation of verification points by direct localization, a stereo model was constructed using only the external orientation elements calculated by direct localization using a digital photogrammetric workstation, and the verification points were observed.
5. Block adjustment Block adjustment was performed by an automatic aerial triangulation program running on a digital photogrammetric workstation. At this time, as the external orientation elements, those obtained by direct localization were used. The tie points 5 were set so as to be arranged in a 5 × 5 grid, and were automatically extracted by an automatic aerial triangulation program. The automatically extracted points are deleted and the points detected by the abnormal value search and the points with large parallax are deleted and re-observed as necessary.
[0032]
The subsequent analysis was performed using a bundle method aerial triangulation program that can simultaneously adjust GPS / IMU data.
6. When the block adjustment is performed by fixing the four points at the four corners of the block in the result table, the maximum and mean square of the reference point / verification point residual when the block adjustment is performed by fixing only one point at the center of the block Indicates the error. At the time of the block adjustment, a weight of about 7 cm was applied to the principal point position (xyz), 0.005 degrees to ωφ, 0.008 degrees to κ, and X, Y, and Z were fixed at 5 cm.
[0033]
[Table 2]

In addition, for comparison with the present invention, the table shows the case where observation was performed on a model constructed using only direct localization data, and the case where block adjustment was performed using only the reference points at the four corners without using direct localization data. The maximum / mean square error of the reference point / verification point 8 residual in the case of performing is shown.
[0034]
FIG. 4 is a diagram in which these results are plotted on the verification point positions. FIG. 4 (a) shows a case where four points are fixed in the present invention, and FIG. 4 (b) shows a case where one point is fixed. FIG. 5A shows a comparative example in which only direct localization data is used, and FIG. 5B shows a case in which no direct localization data is used. In FIGS. 4 and 5, the plane difference is indicated by a vector from the target point, and the difference in the height direction is indicated by the radius of a circle. In addition, fixed points at the time of block adjustment are shown by being surrounded by a rectangular frame.
[0035]
As is clear from Table 2 and FIGS. 4 and 5, it was clarified that simultaneous adjustment of the direct localization data can improve the accuracy as compared with the case where the direct localization data is used as it is.
[0036]
In addition, in the block adjustment, even if it is fixed at one point, there is no significant decrease in accuracy as compared with the case where four points are fixed. Was obtained.
[0037]
Further, the accuracy standard of the 1/500 topographic map is 0.25 m in standard deviation for both the plane and the height, and the limit value of the reference point residual at the time of 1/4000 photographing in the conventional bundle method aerial triangulation. Is equivalent to a standard deviation of 12 cm for both the plane and the height, and the maximum value corresponds to 24 cm. However, the results in the examples of the present invention fall within these ranges. It was confirmed that it could be used.
[0038]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy by block adjustment while taking advantage of the case where only the localization data is used, so that the surveying can be performed while maintaining the accuracy. Efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an aerial photogrammetry apparatus of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing a method of implementing the present invention, in which FIG. 2A is a diagram showing a captured image acquisition state, and FIG. 2B is a side view of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a shooting course according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing experimental results.
FIG. 5 is a view showing experimental results of a comparative example.
[Explanation of symbols]
1 flying object 2 photographed image 3 GPS
4 IMU
5 Tie point 6 Ground control point 7 Block adjustment point 8 Verification point 9 Direct localization data input unit 10 Block adjustment unit

Claims

An aerial photogrammetry method for finding ground coordinates of a designated point in a plurality of captured images taken from a flying object flying at a predetermined height on the ground,
The camera position and camera attitude at the time of each of the captured images are directly located by the GPS and IMU mounted on the flying object,
The whole block of a plurality of photographs connected via the tie points specified in the photographed image is simultaneously processed, including the direct localization data, using a suitable number of ground reference points arranged in the surveying range as block adjustment points. An aerial photogrammetry method in which an adjustment calculation is performed to obtain an external orientation element and the coordinates of a desired point.

The aerial photogrammetry method according to claim 1, wherein the simultaneous adjustment calculation is performed on condition that all ground reference points and tie points on the image projected from the projection center of each captured image intersect a corresponding ground target point.

A verification point whose ground coordinates are known in addition to the block adjustment point is set,
The aerial photogrammetry method according to claim 1, wherein accuracy is verified by a difference between the tie points, a block adjustment point residual, and a difference between verification points.

An aerial photogrammetry device that obtains ground coordinates of a designated point in a plurality of captured images taken from a flying object flying at a predetermined altitude on the ground,
A direct localization data input unit for inputting direct localization data from a GPS and an IMU mounted on an air vehicle that directly localizes a camera position and a camera attitude at the time of capturing the captured image;
The whole block of a plurality of photographs connected via the tie points specified in the photographed image is simultaneously processed, including the direct localization data, using a suitable number of ground reference points arranged in the surveying range as block adjustment points. An aerial photogrammetry apparatus comprising: a block adjustment unit that performs an adjustment calculation to obtain an external orientation element and a point-finding coordinate.