自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)探討

趙越

摘要：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，不僅能省略傳統(tǒng)空中三角測(cè)量中大量的選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、刺點(diǎn)等工作，而且極大提高了測(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)，因此在我國航測(cè)內(nèi)業(yè)中得到了廣泛的普及與應(yīng)用。本文對(duì)航測(cè)內(nèi)業(yè)自動(dòng)空中三角測(cè)量應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)空中三角測(cè)量；GPS/IMU輔助空中三角測(cè)量；技術(shù)應(yīng)用

1空中三角測(cè)量概述

空中攝影測(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。空中三角測(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)的平面坐標(biāo)和高程的測(cè)量方法。這些需要解求的內(nèi)業(yè)控制點(diǎn)稱為加密點(diǎn)，空中三角測(cè)量實(shí)際上就是解求加密點(diǎn)三維坐標(biāo)的過程，通常將這一過程稱為空三加密?？杖用苁紫纫M(jìn)行的是對(duì)加密測(cè)圖控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)，再采用空中三角測(cè)量方式，對(duì)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)與高程進(jìn)行測(cè)定，并且以這些控制點(diǎn)作為測(cè)圖基準(zhǔn)，在進(jìn)行地形圖測(cè)量時(shí)，可以通過全能法、微分法、綜合法進(jìn)行測(cè)量。全能法是建立地面模型之后，用交會(huì)的方法進(jìn)行測(cè)圖，在模型中進(jìn)行平面位置、高程等數(shù)據(jù)的測(cè)定，這種地圖獲取的方式較為適合難以實(shí)地測(cè)量的山地等地形復(fù)雜的地區(qū)。微分法也被稱為分工法，是將測(cè)量平面位置與高程等工作進(jìn)行分工的測(cè)量方式，在測(cè)量的過程中，通過不同的測(cè)量手段針對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方式較為適合丘陵地區(qū)的測(cè)繪。

2自動(dòng)空中三角測(cè)量流程

空三加密過程分為兩種，一種是單個(gè)測(cè)區(qū)的空三加密，另一種指的是兩個(gè)或多個(gè)測(cè)區(qū)的空三加密過程。單個(gè)測(cè)區(qū)的空三加密，按照VirtuoZo AAT軟件中空三菜單的順序，一步步往下進(jìn)行就可以，但是過程比較繁瑣，要求工作人一定要仔細(xì)耐心，按要求一步步進(jìn)行，不能隨意而為。多個(gè)測(cè)區(qū)的空三就需要進(jìn)行接邊，建議的方法是每個(gè)測(cè)區(qū)分別進(jìn)行空三，然后將測(cè)區(qū)文件導(dǎo)入進(jìn)行接邊，最后拼接成整個(gè)測(cè)區(qū)，整體進(jìn)行PAT-B平差，檢查有沒有明顯的錯(cuò)誤，調(diào)整后輸出平差報(bào)告，完成空三。下圖為空中三角測(cè)量的流程圖。

3自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)在航測(cè)內(nèi)業(yè)中的具體應(yīng)用

3.1自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)應(yīng)用方面

（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)以上的同名像點(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)，選擇具有明顯均勻分布特征的點(diǎn)位作為特征點(diǎn)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，做相對(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)仍然無法準(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)。

3.2 GPS/IMU輔助空中三角測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

從以上自動(dòng)空中三角測(cè)量的作業(yè)過程中可以發(fā)現(xiàn)，雖然利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件，可以實(shí)現(xiàn)航測(cè)內(nèi)業(yè)中選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、刺點(diǎn)等工作的全自動(dòng)化處理，從而極大提高了航測(cè)內(nèi)業(yè)作業(yè)的效率。但是對(duì)于區(qū)域網(wǎng)中的地面控制點(diǎn)，仍然缺乏有效的算法對(duì)其影像坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)定位。近年來，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，利用GPS/IMU輔助空中三角測(cè)量，使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)，獲得航攝儀曝光時(shí)刻攝影中心的三維坐標(biāo)，利用IMU（慣性測(cè)量裝置）則可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，從而達(dá)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。經(jīng)過多年以來的理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐，我國已經(jīng)形成了相對(duì)完善的利用GPS/IMU輔助自動(dòng)空中三角測(cè)量的理論，并自行研發(fā)了兩套能夠利用GPS/IMU輔助空中三角測(cè)量技術(shù)的加密軟件系統(tǒng)，分別是WuCAPS和Geolord-AT，在實(shí)際應(yīng)用中均取得了較好的效果。

4結(jié)語

綜上所述，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，與自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用理論和軟件系統(tǒng)必將得到進(jìn)一步的發(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。

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（作者單位：遼寧省有色地質(zhì)一〇一隊(duì)有限責(zé)任公司）