航空攝影測(cè)量加密措施分析

劉建勇 蓋忠奎

【摘要】本文分析了當(dāng)前航空攝影測(cè)量時(shí)最常見的三種加密措施及其數(shù)學(xué)模型，并對(duì)每一種加密措施精度進(jìn)行比較分析。根據(jù)結(jié)果顯示，這三種加密措施都達(dá)到我國(guó)航空的攝影測(cè)量中對(duì)航測(cè)生產(chǎn)精度的標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】航空攝影；航空測(cè)量；加密措施

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多高新的計(jì)算機(jī)技術(shù)也開始應(yīng)用在航空攝影測(cè)量中，比如陸地資源衛(wèi)星、星載 SAR、機(jī)載激光雷達(dá)等。這些高新的技術(shù)極大的促使了航空攝影測(cè)量發(fā)展成為以空間數(shù)據(jù)為核心的加密技術(shù)處理方法。從技術(shù)上來說，這主要是以內(nèi)業(yè)為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)采集新模式。特別是航空攝影測(cè)量新技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)城市建設(shè)和城市發(fā)展都有極高的積極意義。當(dāng)前航空攝影測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探、城市交通等各種領(lǐng)域，并獲得較為顯著的成就。本文對(duì)當(dāng)前航空攝影測(cè)量的加密措施進(jìn)行了分析，并挖掘其中的邏輯和技術(shù)內(nèi)涵，以期為加密措施的改進(jìn)做出貢獻(xiàn)。

1.航空攝影測(cè)量方法分析

目前航空攝影測(cè)量中最常見的三種加密措施主要有：全能法、分工法和綜合法。

全能法指的是在攝影測(cè)量的過程中利用幾何反轉(zhuǎn)的原理，在立體測(cè)圖儀內(nèi)建立立體像和其縮小版的所攝地面幾何模型的一種方法。在繪制過程中，還根據(jù)內(nèi)方位的元素在立體的測(cè)圖儀內(nèi)放置像片，使攝影的光束與解密后的投影光束相近。

分工法（又叫微分法），指的是是根據(jù)平面和高程分求原則來測(cè)量的一種方法。主要使用立體量測(cè)儀來進(jìn)行測(cè)量。

綜合法指的是結(jié)合平板儀測(cè)量與攝影測(cè)量的一種方法。地形點(diǎn)的等高線與高程可以采用一般的野外測(cè)定方式來進(jìn)行測(cè)繪，而地形圖上的地物、地貌的平面地形則是采用像片糾正法來畫出線劃圖與像片圖。一般來講，綜合法主要適合用于測(cè)量平坦地域的大比例尺情形。

2.航空攝影測(cè)量加密措施的模型

航空攝影測(cè)量根據(jù)其測(cè)量方法的不同，有不同的加密措施，這些加密措施的基礎(chǔ)是其對(duì)應(yīng)的加密數(shù)學(xué)模型，所以需要對(duì)這些加密措施的模型進(jìn)行仔細(xì)分析。

2.1常規(guī)的光束法局域網(wǎng)平差加密模型

常規(guī)的光束法局域網(wǎng)平差加密模型是在分析坐標(biāo)基礎(chǔ)上建立的一種觀察模型，并對(duì)不同的坐標(biāo)做詳細(xì)的測(cè)量，建立獨(dú)立影響的光束，算出一種加密在數(shù)字上的模板，從而建立一個(gè)完整的攝影測(cè)量模型。為保證本模型觀測(cè)值的準(zhǔn)確度，需要建立合理的相對(duì)應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)，并通過建立的想點(diǎn)坐標(biāo)來設(shè)定影像外各個(gè)防偽元素的數(shù)值。所以，在攝影測(cè)量過程里，航攝儀內(nèi)部的方位元素是已知的。如果在區(qū)域網(wǎng)中測(cè)量的像點(diǎn)有不同的種類和數(shù)量，可以根據(jù)這些不同來建立有不同誤差的方程。

本加密模型的理論基礎(chǔ)是像點(diǎn)-投影中心-物點(diǎn)這三點(diǎn)處于一條直線上的中心投影共線方程：

（1）

式里面，x、y指的是以像主點(diǎn)作為原點(diǎn)的像平面的x軸、y軸坐標(biāo)值；f指的是航攝儀的主距；X、Y、Z指的是物點(diǎn)的地面坐標(biāo)值；XS、YS、ZS指的是影像外的方位線元素值；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3指的是用影像外的方位角元素來表示方向余弦的值。以像點(diǎn)坐標(biāo)作為觀測(cè)值，將物方坐標(biāo)與影像外的方位元素作為待定參數(shù)，若已知航攝儀內(nèi)的方位元素值，可對(duì)式（1）進(jìn)行線性化求解，得誤差方程式：

（2）

式里面，x0、y0指的是由影像外的方位元素值與地面坐標(biāo)的近似值代入到式（1）中計(jì)算得到的像點(diǎn)坐標(biāo)值。在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)量測(cè)n個(gè)像點(diǎn)，就可以列出n組式 （2）的誤差方程。如果在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)量測(cè)的像點(diǎn)有足夠多時(shí)，就可以用最小二乘平差的方法來整體的估計(jì)地面坐標(biāo)與影像外的方位元素值的改正數(shù)，進(jìn)而得出加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)與影像外的方位元素值，從而實(shí)現(xiàn)用二維影像來反推出三維物空間點(diǎn)的坐標(biāo)的目的。

2.2 GPS 輔助的光束法局域網(wǎng)平差加密模型

GPS輔助的光束法局域網(wǎng)平差加密模型是在常規(guī)的光束法局域平差基礎(chǔ)上建立的，并利用了最新的 GPS手段來獲取航攝儀參數(shù)以確定三維空間內(nèi)的觀測(cè)值大小，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)觀測(cè)和傳輸之間平穩(wěn)進(jìn)行。圖1表示了GPS天線的相位中心和航攝儀的投影中心之間空間偏移向量AS。

圖1帶GPS航攝系統(tǒng)的空間偏移向量

3.加密措施的試驗(yàn)分析

不同的模型其算法及核心均不相同，要測(cè)試各種加密措施的加密特性，需要建立一個(gè)新的加密系統(tǒng)才能進(jìn)行分析。首先，需要以WuCAPS為基礎(chǔ)，將數(shù)字和自動(dòng)化測(cè)繪相結(jié)合，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析。其中有幾點(diǎn)需要注意的問題：

（1）不同的技術(shù)參數(shù)和航攝技術(shù)都需要建立一個(gè)完整的航攝負(fù)片，利用 WuCAPS和數(shù)字測(cè)量技術(shù)完成對(duì)地圖的初步自動(dòng)化測(cè)繪，同時(shí)，WuCPS技術(shù)又可以將不同時(shí)間檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理。再利用這些數(shù)據(jù)通過DGPS和IMU觀測(cè)值進(jìn)行二次聯(lián)合處理，這樣就可以得到不同方位的元素值。這是一種基于POS系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，也是一種實(shí)現(xiàn)影像外方位元素采集和加密的新技術(shù)。

（2）為獲取更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，需要使用專業(yè)的加密措施來進(jìn)行加密處理，并借助專業(yè)的模式對(duì)其加密精度進(jìn)行設(shè)置。

（3）加密過程中應(yīng)盡量選擇小的加密模型來進(jìn)行，所加密的數(shù)據(jù)需要滿足相應(yīng)的4D產(chǎn)品要求，并適應(yīng)復(fù)雜的地理形勢(shì)。此外，POS 輔助的光束法局域網(wǎng)平差加密模型包括4個(gè)高程的檢查點(diǎn)，在對(duì)4個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不可避免會(huì)產(chǎn)生一些殘差。因此在檢測(cè)過程中，需要對(duì)其加密精度進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

（4）不同的設(shè)備在測(cè)試范圍內(nèi)，要明確其周邊的布點(diǎn)光束法局域網(wǎng)平差值。所有在后期需要檢測(cè)的點(diǎn)都要有其對(duì)應(yīng)的實(shí)物點(diǎn)，以此保證立體測(cè)量的精度。此外，還可以引入POS系統(tǒng)外方位的元素誤差，使測(cè)量值更加靠近實(shí)際值，使得測(cè)量數(shù)據(jù)更加客觀、真實(shí)。

結(jié)束語(yǔ)

從上文分析可知，隨著攝影技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，航空攝影測(cè)量逐漸應(yīng)用于各種地質(zhì)和地區(qū)的監(jiān)測(cè)和繪制中，這就要求根據(jù)測(cè)量技術(shù)研發(fā)其相應(yīng)的加密措施，并對(duì)各種加密措施進(jìn)行分析比較，選出最合理、有效的加密辦法。經(jīng)過分析可知，本文所討論的二種加密措施均可以滿足我國(guó)航空測(cè)量的加密需求，但其中相關(guān)技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展。因此，在后續(xù)的研究與實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)積極運(yùn)用前沿技術(shù)，不斷完善航空測(cè)量加密措施，實(shí)現(xiàn)高精度、高準(zhǔn)確度的航空測(cè)量。

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