Deflection of Vertical Effect on Direct Georeferencing in Aerial Mobile Mapping Systems: A Case Study in Sweden. (25th July 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Bagherbandi, Mohammad; Jouybari, Arash; Nilfouroushan, Faramarz; Ågren, Jonas
• Is Part Of: Photogrammetric record. Volume 37:Number 179(2022)
• Page Start: 285
• Page End: 305
• Publication Date: 2022-07-25
• Subjects: aerial mobile mapping systems -- deflection of verticals -- direct georeferencing -- EGM2008 -- geoid -- photogrammetry; Photogrammetry -- Periodicals; 526.982
• DOI: 10.1111/phor.12421
• Languages: English
• ISSNs: 0031-868X

Abstract

Abstract: GNSS/INS applications are being developed, especially for direct georeferencing in airborne photogrammetry. Achieving accurately georeferenced products from the integration of GNSS and INS requires removing systematic errors in the mobile mapping systems. The INS sensor's uncertainty is decreasing; therefore, the influence of the deflection of verticals (DOV, the angle between the plumb line and normal to the ellipsoid) should be considered in the direct georeferencing. Otherwise, an error is imposed for calculating the exterior orientation parameters of the aerial images and aerial laser scanning. This study determines the DOV using the EGM2008 model and gravity data in Sweden. The impact of the DOVs on horizontal and vertical coordinates, considering different flight altitudes and camera field of view, is assessed. The results confirm that the calculated DOV components using the EGM2008 model are sufficiently accurate for aerial mapping system purposes except for mountainous areas because the topographic signal is not modelled correctly. Abstract : This paper aims to study and quantify the induced error due to the deflection of verticals (DOV) when integrating different sensors, focusing on GNSS and INS for 3D mapping in airborne mapping. It is shown that the DOV effect should be considered for direct georeferencing because the DOV components are in the order of (or larger than) INS uncertainty. The results also show that other parameters affect the horizontal and vertical coordinates like camera field of view, flight direction and flight altitude. Résumé: Les applications GNSS/INS se développent, notamment pour le géoréférencement direct en photogrammétrie aéroportée. Pour obtenir des produits géoréférencés avec précision grâce à l'intégration du GNSS et de l'INS, il faut éliminer les erreurs systématiques des systèmes de cartographie mobile. L'incertitude du capteur INS est de plus en plus faible; par conséquent, l'influence de la déviation de la verticale (DOV, l'angle entre le fil à plomb et la normale à l'ellipsoïde) doit être prise en compte dans le géoréférencement direct. Autrement, une erreur est commise dans le calcul des paramètres d'orientation externe des images aériennes et du balayage laser aérien. Cette étude détermine les DOV en utilisant le modèle EGM2008 et les données gravimétriques en Suède. L'impact des DOV sur les coordonnées horizontales et verticales est évalué en considérant différentes altitudes de vol et différents champs de vision de la caméra. Les résultats confirment que les composantes DOV calculées à l'aide du modèle EGM2008 sont suffisamment précises pour les systèmes de cartographie aérienne, sauf pour les zones montagneuses où le signal topographique n'est pas modélisé correctement. Zusammenfassung: GNSS/INS‐Anwendungen entwickeln sich, insbesondere für die direkte Georeferenzierung in der luftgestützten Photogrammetrie. Um präzise georeferenzierte Produkte aus der Integration von GNSS und INS zu erhalten, müssen systematische Fehler in den mobilen Kartierungssystemen beseitigt werden. Die Unsicherheit des INS‐Sensors nimmt ab; Daher sollte der Einfluss der Abweichung von Vertikalen (DOV, der Winkel zwischen der Lotlinie und der Normalen zum Ellipsoid) bei der direkten Georeferenzierung berücksichtigt werden. Andernfalls wird ein Fehler für die Berechnung der äußeren Orientierungsparameter der Luftbilder und der Luftlaserabtastung auferlegt. Diese Studie bestimmt die DOV unter Verwendung des EGM2008‐Modells und Schwerkraftdaten in Schweden. Der Einfluss der DOVs auf horizontale und vertikale Koordinaten unter Berücksichtigung verschiedener Flughöhen und Kamerasichtfelder wird bewertet. Die Ergebnisse bestätigen, dass die berechneten DOV‐Komponenten unter Verwendung des EGM2008‐Modells ausreichend genau für Luftkartierungssysteme sind, mit Ausnahme der Berggebiete, da das topografische Signal nicht korrekt modelliert wird. Resumen: Se desarrollan aplicaciones GNSS/INS, especialmente para georreferenciación directa en fotogrametría aérea. Lograr productos georreferenciados con precisión a partir de la integración de GNSS e INS requiere eliminar errores sistemáticos en los sistemas de cartografía móvil. Al reducirse la incertidumbre del sensor INS, la influencia de la deflexión de la vertical (DOV, el ángulo entre la plomada y la normal al elipsoide) requiere ser considerada en la georreferenciación directa. De lo contrario, los parámetros de orientación exterior de las imágenes aéreas y/o el escaneo láser aéreo tendrán un error sistemático debido a la DOV. Este estudio determina el DOV usando el modelo EGM2008 y datos de gravedad en Suecia. Se evalúa el impacto de la DOV en las coordenadas horizontales y verticales, considerando diferentes altitudes de vuelo y campo de visión de la cámara. Los resultados confirman que los componentes del DOV calculados con el modelo EGM2008 son lo suficientemente precisos para los sistemas de cartografía aérea, excepto en zonas montañosas porque la componente topográfica no se modela correctamente. 摘要: GNSS/INS的应用正在发展中，特别是用于机载摄影测量的直接地理参考。要从GNSS和INS的整合中实现精确的地理参考产品，需要消除移动测绘系统中的系统误差。由于INS传感器的不确定性在下降，因此，在直接地理参考中应考虑垂直方向的偏差（DOV，铅垂线与椭圆体法线之间的角度）的影响。否则，在计算航空影像和航空激光扫描的外部方位参数时就会出现误差。本研究使用EGM2008模型和瑞典的重力数据来确定DOV。考虑到不同的飞行高度和相机视场，评估了DOV对水平和垂直坐标的影响。结果证实，使用EGM2008模型计算的DOV分量对于航测目的是足够准确的，但山区除外，因为地形信号没有被正确建模。