研究航測(cè)內(nèi)業(yè)自動(dòng)空中三角測(cè)量應(yīng)用技術(shù)

蘇志軍 許振北 李成

摘要：航空攝影測(cè)量作為攝影測(cè)量的一個(gè)分支，從技術(shù)處理角度可以將其分為模擬法攝影測(cè)量、解析法攝影測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。攝影測(cè)量技術(shù)是隨著攝影測(cè)量儀器的發(fā)展而從模擬攝影測(cè)量發(fā)展到解析攝影測(cè)量階段，再到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段?？罩腥菧y(cè)量是立體攝影測(cè)量中，根據(jù)少量野外實(shí)測(cè)的地面控制點(diǎn)，在室內(nèi)確定全部影像的外方位元素，加密后續(xù)測(cè)圖等工作所需要的內(nèi)業(yè)控制點(diǎn)，求得內(nèi)業(yè)控制點(diǎn)的平面和高程坐標(biāo)的測(cè)量方法。

關(guān)鍵詞：航測(cè)內(nèi)業(yè)；自動(dòng)；空中三角測(cè)量；應(yīng)用技術(shù)

一、空中三角測(cè)量簡介

隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、數(shù)碼相機(jī)技術(shù)、3S技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，是航測(cè)遙感領(lǐng)域的有效補(bǔ)充。無人機(jī)航攝技術(shù)的成熟與民用領(lǐng)域需求的不斷擴(kuò)大，使得該技術(shù)已滲透到民用領(lǐng)域的各行各業(yè)，它可以應(yīng)用于國家基礎(chǔ)地圖測(cè)繪、數(shù)字城市建設(shè)、通訊站點(diǎn)建設(shè)、國土資源調(diào)查、土地地籍管理、城市規(guī)劃、突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)與評(píng)估、城市交通、網(wǎng)線鋪設(shè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)、森林管理、礦產(chǎn)開發(fā)等領(lǐng)域，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。從整個(gè)航測(cè)流程來看，空中三角加密對(duì)最終的地形圖精度有很大的影響，是航測(cè)中的一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。ORIMA利用高級(jí)的工具集，允許專業(yè)攝影測(cè)量專家在流程化的處理過程中盡可能地達(dá)到精確。功能包括在點(diǎn)測(cè)量的過程中多窗口顯示，在立體或單景模式下連接點(diǎn)全自動(dòng)量測(cè)（APM）和半自動(dòng)的控制點(diǎn)量測(cè)。另外，ORIMA可以為補(bǔ)償本地系統(tǒng)誤差計(jì)算校正格網(wǎng)。

二、自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)在航測(cè)內(nèi)業(yè)中的應(yīng)用

2.1自動(dòng)空中三角測(cè)量軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

①構(gòu)建區(qū)域網(wǎng)。首先，逐一將整個(gè)測(cè)定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)影像掃描為數(shù)字影像，再通過輸入航攝儀檢定數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的測(cè)區(qū)信息文件；然后，輸入地面控制點(diǎn)信息等建立原始觀測(cè)值文件；最后，在相鄰航帶的重疊區(qū)域內(nèi)測(cè)定一對(duì)以上的同名連接點(diǎn)。需要重點(diǎn)注意的是，數(shù)字影像掃描時(shí)其掃描分辨率必須設(shè)置正確，并檢查影像是否存在翻轉(zhuǎn)。②自動(dòng)內(nèi)定向。內(nèi)定向是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的第一步，其目的是確定掃描坐標(biāo)系與像片坐標(biāo)系之間的關(guān)系，以及確定數(shù)字影像是否存在可能的仿射變形。首先，根據(jù)各種框標(biāo)所具有的對(duì)稱性和倍數(shù)旋轉(zhuǎn)不變性的特點(diǎn)，對(duì)每種航攝儀建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的框標(biāo)模板；其次，通過模板匹配算法對(duì)各框標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)快速識(shí)別與定位；最后，以各航攝儀檢定的理論框標(biāo)坐標(biāo)值為基礎(chǔ)，利用相似變換算法或者二維仿射變換算法，解算得出影像元坐標(biāo)與點(diǎn)坐標(biāo)之間的各自變換參數(shù)。③自動(dòng)選定、自動(dòng)相對(duì)定向。首先，從相鄰兩幅影像的重疊范圍之內(nèi)，選擇明顯均勻分布特征的點(diǎn)位作為特征點(diǎn)并進(jìn)行提取，并對(duì)每個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行局部影像匹配，從而得出另一幅影像中的同名點(diǎn)。為了確保影像匹配的高可靠性，要求所選擇的特征點(diǎn)應(yīng)足夠多；其次，作相對(duì)定向解算，并對(duì)解算結(jié)果剔除粗差后再重新計(jì)算，直到解算結(jié)果不含粗差為止。④地面控制點(diǎn)的半自動(dòng)量測(cè)。目前，利用軟件系統(tǒng)仍無法準(zhǔn)確量測(cè)地面控制點(diǎn)的影像坐標(biāo)。在航測(cè)內(nèi)業(yè)中，多是由作業(yè)員先對(duì)地面控制點(diǎn)影像坐標(biāo)進(jìn)行判別和手工精確定位，然后再進(jìn)行多影像匹配和自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)。

2.2GPS/IMU輔助自動(dòng)空中三角測(cè)量的應(yīng)用

GPS輔助空中三角測(cè)量前期生產(chǎn)過程包含航攝設(shè)計(jì)、地面控制、航攝飛行、航后GPS數(shù)據(jù)檢核及預(yù)處理等幾個(gè)方面，后期內(nèi)業(yè)處理主要是帶GPS數(shù)據(jù)的區(qū)域網(wǎng)平差過程。①地面控制方案。GPS輔助空中三角測(cè)量地面控制的方案常見的有兩種。地面控制部分進(jìn)行航攝期間基站的同步觀測(cè)和平高點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量期間基準(zhǔn)站的連續(xù)觀測(cè)、加密分區(qū)四角平高點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量、精度驗(yàn)證區(qū)檢測(cè)點(diǎn)的選測(cè)以及水準(zhǔn)點(diǎn)的GPS測(cè)量，并繪制點(diǎn)之記。對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)采用四角布點(diǎn)法，按照《GPS輔助航空攝影技術(shù)規(guī)定》點(diǎn)位布設(shè)在構(gòu)架航線與加密分區(qū)首末測(cè)航線重疊處，位于測(cè)區(qū)自由圖邊處的地標(biāo)點(diǎn)位應(yīng)盡量布設(shè)在圖廓線外。為了檢驗(yàn)GPS輔助空中三角測(cè)量的精度，航攝像片提供后在檢測(cè)樣區(qū)內(nèi)選刺30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，所選檢測(cè)點(diǎn)除滿足GPS觀測(cè)要求外，還選擇在像片上影像清楚的明顯地物點(diǎn)上，并均勻分布于平地、丘陵和山地，使野外檢測(cè)點(diǎn)有較強(qiáng)的地形類別代表性。對(duì)于上述所有點(diǎn)位，都要做GPS測(cè)量取得其WGS-84坐標(biāo)下的精確坐標(biāo)。②航攝技術(shù)設(shè)計(jì)。通過加密分區(qū)四角平高控制點(diǎn)加構(gòu)架航線的地面控制方案來改正GPS攝站的坐標(biāo)系統(tǒng)漂移誤差控制精度。構(gòu)架航線垂直于測(cè)圖航線，設(shè)計(jì)的基本要求是比測(cè)圖航線的比例尺小20%左右，航向重疊不小于80%，并且延長出航攝區(qū)域4到6條基線，控制航線交叉或銜接處要有不少于四條基線的重疊。四角平高點(diǎn)位置及時(shí)報(bào)予地面控制方案執(zhí)行部門并納入其地面測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)中，也是在實(shí)際飛行中能夠觀察到的對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)。近年來，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，利用GPS/IMU輔助自動(dòng)空中三角測(cè)量，以最大限度減少或不使用地面控制點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量成為了可能。它是利用載波相位GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，以獲得航攝儀曝光時(shí)刻攝影中心的三維坐標(biāo)，利用IMU以獲得航攝儀曝光時(shí)像片的三個(gè)姿態(tài)角，然后再將其作為觀測(cè)值參與到航測(cè)內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量的計(jì)算中。利用GPS/IMU輔助自動(dòng)空中三角測(cè)量，能在滿足現(xiàn)行航測(cè)加密精度要求的基礎(chǔ)上，最大程度的減少或不使用地面控制點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量，從而起到了提高內(nèi)業(yè)作業(yè)效率，降低作業(yè)成本以及縮短航測(cè)成圖周期的目的。

三、結(jié)語

自動(dòng)空中三角測(cè)量作為數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的主要內(nèi)容之一，它不僅極大提高了測(cè)量的工作效率，而且還具有量測(cè)精度高、易于重復(fù)觀測(cè)等多種優(yōu)勢(shì)。隨著數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用理論和軟件系統(tǒng)必將進(jìn)一步發(fā)展與完善，在我國航測(cè)內(nèi)業(yè)生產(chǎn)中也將得到更為廣泛的普及與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中國人民解放軍32023部隊(duì)）