1.2 Allgemeine Hinweise zur Bündelausgleichung
Dieses Handbuch beschreibt und erläutert die mathematischen Zusammenhänge der Bündelausgleichung die in BINGO von Bedeutung sind, mit allen zugehörigen Details. Eine allgemeine Einführung in die Methode der Bündelausgleichung mit Hinweisen auf sinnvolle Aufnahmeanordnungen und die Verteilung von Passpunkten oder anderer zusätzlicher Informationen bleibt den photogrammetrischen Lehrbüchern vorbehalten.
Da BINGO Standardabweichungen für alle Unbekannten und die Zuverlässigkeit der Beobachtungen berechnet, erhält der Benutzer direkt vom Programm präzise Angaben über die Zweckmäßigkeit gewählter Aufnahmeanordnungen.
Nachfolgend sollen jedoch einige allgemeingültige Hinweise zur Bündelausgleichung gegeben werden, die in Lehrbüchern nicht zu finden sind.
Die in den photogrammetrischen Lehrbüchern angegebene symmetrische Verteilung von wenigstens neun Verknüpfungspunkten pro Bild ist für die Blockausgleichung als absolut untere Grenze anzusehen. Bei einer solchen Punktanordnung sind Beobachtungsfehler nur sehr schwer aufzudecken. Fehlerhafte Messungen können nicht ohne erhebliche Nachteile für die Blockgeometrie gestrichen werden. Nachmessungen sind nicht zu vermeiden. Wählt man dagegen 15 bis 25 Verknüpfungspunkte pro Bild, so erhält man eine stabile Blockgeometrie. Fehlerhafte Beobachtungen sind dann leicht aufzudecken und dürfen einfach gestrichen werden. Bei der automatischen Messung der Verknüpfungspunkte liefern etwa 50 Punkte pro Bild eine gute und stabile Lösung. Mehr als 100 Punkte pro Bild sind weniger zu empfehlen. Sie erhöhen die Rechenzeit und die Zeit zum Herausfiltern fehlerhafter Messungen.
Bei starker Verknüpfung können einzelne gröbere Datenfehler nicht so leicht eine Divergenz des Blockes bewirken wie bei einer schwachen Verknüpfung. Außerdem ist der Einfluss einzelner kleiner grober Fehler auf die ausgeglichenen Unbekannten bei stabiler Blockgeometrie deutlich kleiner als bei minimaler Verknüpfung. Unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit sieht der Verfasser bei manueller Messung etwa 15 Punkte pro Bild als sinnvolle untere Grenze an.
Andererseits trägt bereits ein Bild mit nur vier Bildpunkten schon zur Überbestimmung des Blockes bei, wenn diese vier Punkte bereits durch andere Beobachtungen im Block sicher bestimmt sind. Bei Blöcken mit großer Überdeckung (z.B. 80% Längs- und 60% Querüberdeckung) darf die Anzahl der Punkte pro Bild etwas reduziert werden, wenn es aus wirtschaftlichen Gründen notwendig erscheint. Eine starke Verknüpfung ist jedoch stets die beste Garantie für eine reibungslos ablaufende Bündelausgleichung.
Bei der automatischen Messung von Verknüpfungspunkten ist zu bedenken, dass bei 100 oder mehr Bildmessungen pro Bild der Einfluss von Passpunkten, GPS- und IMU-Daten auf das Ausgleichungsergebnis stark zurückgeht. Es wird empfohlen, eine Anzahl von 50 bis 100 Messungen pro Bild nicht deutlich zu überschreiten. Großer Wert ist darauf zu legen, dass diese Punkte dann auch in allen Bildern gemessen werden, in denen sie sichtbar sind.
An den Blockrändern wird die durchschnittliche Punktanzahl pro Bild etwas sinken. Um einen daraus resultierenden Genauigkeitsabfall am Rand zu vermeiden, sollte der mit Verknüpfungspunkten besetzte Bildverband die Größe des auszuwertenden Objektes an den entsprechenden Blockrändern um eine Basislänge überschreiten. Passpunkte sind dann am Rand des auszuwertenden Objektes anzuordnen.
Die gemessenen Bildpunkte sollen möglichst gleichmäßig über die Bildfläche verteilt sein. Andere Autoren empfehlen, besonders an den Bildrändern die Punktanzahl zu erhöhen. Bei Luftbildern ist dieser Vorschlag dann (und nur dann) sinnvoll, wenn diese Punkte dadurch in mehr Bildern gemessen werden können. Ansonsten ist stets zu bedenken, dass gerade an den Bildrändern die Genauigkeit der Bildmessungen geringer ist als im mittleren Bildbereich /Kruck 1985/. Bei Berücksichtigung dieses Genauigkeitsabfalles zu den Bildrändern hin ist die Redundanz (vergleiche Kapitel 2.3.1) der Bildmessungen bei Luftbildern in der gesamten Bildfläche nahezu konstant!
Werden bei Luftbildblöcken zur Genauigkeitssteigerung anstelle von einzelnen Verknüpfungspunkten jeweils Punktgruppen von zwei oder drei Punkten angelegt, so sollen die einzelnen Punkte einer Gruppe im Bild einen Abstand von wenigstens 5 mm oder besser 10 mm haben (bezogen auf ein Luftbild 230mm x 230mm). Dieser gegenseitige Abstand ist notwendig, weil die Bildkoordinaten von sehr nahe beieinander liegenden Punkten stark miteinander korreliert sind und diese Korrelation in der Ausgleichung nicht berücksichtigt werden kann.
Für kleinere Bildformate, wie sie in der terrestrischen Photogrammetrie üblich sind, liegen umfangreiche Untersuchungen bisher nicht vor. Ein Punktabstand von 5 mm wird jedoch aufgrund bisheriger Erfahrungen für vollkommen ausreichend gehalten. Ein anderer Weg, die Genauigkeit zu steigern, besteht in der terrestrischen Photogrammetrie darin, von einem Standpunkt aus mehrere Aufnahmen zu machen. Dabei sollten die Richtungen der einzelnen Aufnahmen geringfügig variieren, damit sich die Bildkoordinaten der Punkte in den einzelnen Bildern um etwa 5 mm unterscheiden.
Passpunkte bzw. Punkte, die zur Stützung des Blockes in ein mit auszugleichendes geodätisches Netz einbezogen sind, sollten in wenigstens drei Bildern gemessen sein. Andernfalls ist die Kontrollierbarkeit der Bildmessungen nicht gegeben. Prinzipiell gilt diese Forderung für alle Punkte, die an der Ausgleichung teilnehmen, da Punkte, die durch stereoskopische Messung der Bildkoordinaten in nur zwei Bildern bestimmt werden, nicht kontrolliert sind. Dies gilt auch dann, wenn die Redundanzanteile der Bildmessungen eine Kontrollierbarkeit anzeigen sollten. Diese scheinbar vorhandene Kontrollierbarkeit ergibt sich dann nur aufgrund einer vernachlässigten Korrelation der Bildmessungen.
Bezüglich der Durchführung der Bildmessung bei analogen Bildern soll an dieser Stelle auf die besondere Bedeutung der Messung und Nummerierung der Rahmenmarken hingewiesen werden (siehe Kapitel 4.1). Bei Luftbildern müssen - wenn die Rahmenmarken richtig nummeriert waren - die κ-Winkelwerte bei gegenläufigen Flugrichtungen um 200 gon differieren (siehe Abb. 5.7-2).