光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)與運用研究
——以濟南市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用年度監(jiān)測與評估為例

宋桂花

（山東建材勘察測繪研究院有限公司，山東濟南 250000）

應(yīng)用無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠獲取更完整豐富的地面物體信息，但需要融合多源數(shù)據(jù)獲取紋理信息，光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)能夠在其中發(fā)揮重要作用，受到廣泛關(guān)注。為了更好地利用光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)，有必要探討光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)在項目中的具體應(yīng)用。

1 光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)應(yīng)用路徑

1.1 技術(shù)原理

隨著無人機傾斜攝影測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用，光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)在我國測量領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛。光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)在應(yīng)用中以像點坐標(biāo)為原始觀測值，以每張相片為單元，全區(qū)域的統(tǒng)一法方程式和誤差方程式采用共線方程線性化建立，對每張相片所有待求點地面坐標(biāo)和六個外方位元素整體解求，具有精度高、理論嚴(yán)密的特點，在非攝影測量附加觀測值引入和估計系統(tǒng)誤差方面具有出色表現(xiàn)，適合非量測相機和非常規(guī)攝影影像數(shù)據(jù)，在無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用中的空三處理中表現(xiàn)極為突出。

具體應(yīng)用流程中，確定影像的地面點坐標(biāo)和外方位元素；做好法方程和誤差方程的逐步建設(shè)；開展改化法方程求解；對相片外方位元素開展逐一求解；對待定點地面坐標(biāo)值進行解算，基于空間前方交會完成解算，最終得到鄰影像間公共點均值[1]。

1.2 空三測量流程

（1）建立區(qū)域網(wǎng)。

在開展測量前，需要做好攝影比例尺、航攝數(shù)據(jù)、像控點成果、相機參數(shù)文件、像控點布網(wǎng)略圖、影像數(shù)據(jù)等資料的準(zhǔn)備，開展空三區(qū)域網(wǎng)建設(shè)，輸入航帶、影像、控制點坐標(biāo)等信息，更好地保障數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

（2）加密分區(qū)要求。

結(jié)合實際情況分析測試區(qū)域，結(jié)合航攝分區(qū)、航攝方向，科學(xué)劃分加密測區(qū)，需要有意識避開面積較大水域，不得出現(xiàn)像主點落水問題，科學(xué)控制加密分區(qū)大小。

（3）內(nèi)定向。

內(nèi)定向工作需要在傳統(tǒng)框幅式相機應(yīng)用時開展，通過測量框標(biāo)，基于已知固定坐標(biāo)系統(tǒng)進行數(shù)碼影像糾正，可以同時消除形變帶來的坐標(biāo)誤差，屬于數(shù)字影像的航攝影像無須內(nèi)定向。

（4）自動匹配。

結(jié)合測區(qū)劃分及實際情況，參照具體匹配需求，按照多個子區(qū)劃分測區(qū)并處理，需要保證一條航帶重疊存在于各Block間，基于一條航帶劃分得到不同的Block時，需保證兩張影像重疊存在于區(qū)域間。完成劃分后，結(jié)合測區(qū)實際情況，以子區(qū)為獨立項目開展參數(shù)自動匹配，分析匹配質(zhì)量，需要做好模型、網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)間連接，避免部分區(qū)域出現(xiàn)進度不均勻、不規(guī)則變形等問題。

1.3 技術(shù)應(yīng)用策略

（1）構(gòu)建區(qū)域網(wǎng)。

按照數(shù)字影像轉(zhuǎn)換所有光學(xué)影像，融入航攝儀器檢定數(shù)據(jù)，完成測區(qū)信息文件建立。輸入地面控制點信息后，可以同時建立觀測值文件。需在重疊的相鄰航帶間區(qū)域測定同名連接點，在數(shù)字掃描前開展分辨率檢查，重點關(guān)注影像翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（2）自動相對定向。

特征點選擇需要在相鄰兩幅影像間重疊部分選擇并提取，應(yīng)選擇均勻分布特征明顯的特征點。局部影像匹配圍繞各特征點進行，以此獲取同名點，基于大量特征點，順利完成高準(zhǔn)確性的影像匹配。在定向解算過程中，清除粗差后再次計算，保證所有粗差排除。

（3）控制點影像庫建設(shè)。

基于全數(shù)字化的攝影測量，必須重視控制點庫的建設(shè)，以此提供信息數(shù)據(jù)支持，需重點關(guān)注控制點命名、影像信息、拉制點幾何圖形、地面坐標(biāo)信息管理、控制點分帶坐標(biāo)等內(nèi)容。

（4）誤匹配點和粗差點清除。

相同判讀信息的點會產(chǎn)生誤匹配點，需及時將其清除。測量誤差可以按照系統(tǒng)誤差和偶然誤差細(xì)分，可基于改進和調(diào)整數(shù)學(xué)模型處理具備一定規(guī)律的系統(tǒng)誤差。

（5）控制點自動布設(shè)與測量。

控制點數(shù)據(jù)支持直接關(guān)系光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)應(yīng)用，高精度區(qū)域網(wǎng)平差直接受到控制點分布和數(shù)量的影響，需要結(jié)合光束法平差模型優(yōu)選控制點布設(shè)方案。在控制點位置選擇過程中，需要針對性分析區(qū)域分布情況，全面考慮影像中位置，保證其處于影像二度重合范圍。基于航線方向，保證航帶內(nèi)的控制點處于其三度重合內(nèi)，區(qū)域條件較好時，可以圍繞九度重合區(qū)開展控制點布設(shè)。對較為復(fù)雜的控制點進行布設(shè)和規(guī)劃時，需保證相關(guān)人員經(jīng)驗豐富[2]。

2 光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 項目概況

以濟南市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用年度監(jiān)測與評估作為研究對象，該項目的作業(yè)范圍包括長清區(qū)、章丘區(qū)、平陰縣，主要應(yīng)用地形測量、礦區(qū)調(diào)查等技術(shù)手段，實地勘測礦山企業(yè)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，采礦權(quán)核查結(jié)合獲取的礦區(qū)實際開采邊界與標(biāo)高數(shù)據(jù)完成，通過提供技術(shù)支持，滿足礦政管理工作需要。項目工作的主要內(nèi)容為通過野外調(diào)查、收集資料、地形測量等手段，明確實際開采范圍，結(jié)合勘測數(shù)據(jù)與國土部門登記信息核查采礦權(quán)；結(jié)合采礦權(quán)開發(fā)利用方案與測量結(jié)果，對開發(fā)利用方案進行評價；實時勘測各礦山開采現(xiàn)狀，對開采范圍進行測量，為相關(guān)管理工作提供依據(jù)。

2.2 總體技術(shù)路線

項目采用2000國家大地坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)，選擇高斯-克呂格投影、3°分帶、中央經(jīng)線117°，選擇1∶2 000的成圖比例尺，DLG基本等高距為2 m。項目主要采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可以基于無人機對地物位置、外觀、高度等屬性進行真實反映，具備影像數(shù)據(jù)快速采集、三維建模全自動化、同時輸出多種成果格式等特點。

項目開展前，負(fù)責(zé)測量的企業(yè)多次開展同類項目測量，無人機傾斜攝影測量技術(shù)的成果精度得到驗證，能夠滿足項目測量需要，技術(shù)的具體應(yīng)用流程可以概括為已有資料收集→生產(chǎn)計劃制定→技術(shù)設(shè)計書編制/資源配置→確定技術(shù)負(fù)責(zé)人、項目負(fù)責(zé)人→航線設(shè)計→無人機攝影→空中三角測量→實景重建模型→數(shù)據(jù)采集→外業(yè)調(diào)繪→精度檢驗→過程檢查→最終檢查→成果提交驗收。

2.3 技術(shù)應(yīng)用要點

在光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)的具體應(yīng)用中，技術(shù)應(yīng)用流程可概括為準(zhǔn)備數(shù)據(jù)→新建工程→參數(shù)設(shè)置→多視角影像聯(lián)合平差→多視角影響密集匹配→像控點添加→二次平差→平差報告輸出→檢查精度→空三成果。

在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，相片pos 信息基于軟件ReadJpg GpsTool獲取，經(jīng)緯度pos信息由GpsTool軟件轉(zhuǎn)換，平面坐標(biāo)系下的pos信息由GpsTool獲取。在空三解算環(huán)節(jié)，將照片導(dǎo)入，通過實景建模軟件相關(guān)參數(shù)設(shè)置，開展多視角影像聯(lián)合平差和多視角影像密集匹配，得出空三成果。光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)的應(yīng)用需要得到Photo Scan軟件的支持，傾斜攝影三維建模軟件的自動化程度較高，能夠滿足區(qū)域整體實景建模需要，結(jié)合空三分布式計算機制，軟件的計算效率較高，能夠較好處理海量數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，軟件可以基于圖像關(guān)系自動完成空間三角解算，涉及密集點云匹配、無縫自動紋理映、點云融合與構(gòu)網(wǎng)等環(huán)節(jié)，順利完成自動化的三維模型構(gòu)建。結(jié)合連續(xù)二維圖像，順利實現(xiàn)實景三維模型的還原，可以在無須人工干預(yù)的條件下實現(xiàn)批量化的海量模型處理。

（1）影像預(yù)處理。

細(xì)致檢查影像質(zhì)量，保證影像不存在扭曲、變形等現(xiàn)象，修復(fù)不符合要求的影響，統(tǒng)一編號需結(jié)合規(guī)則圍繞POS數(shù)據(jù)與影像開展。

（2）自動空三加密。

基于光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)，對區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用光束法開展整體平差解算，可以順利獲取加密點成果。

（3）影像密集匹配。

采用高精度算法進行匹配，可以自動匹配影像中的同名點，從影像中抽取更多的特征點，通過得到的大量點云數(shù)據(jù)精確表達地物細(xì)節(jié)。

（4）紋理自動映射。

TIN基于點云構(gòu)建，完成白模構(gòu)建，結(jié)合影像，軟件可以完成對應(yīng)紋理的計算，在對應(yīng)的白模上自動完成紋理映射，形成真實三維場景。

（5）表達與輸出模型。

依托分層顯示技術(shù)，分塊計算輸出測區(qū)模型，模型分塊輸出大小可以基于需要進行針對性設(shè)定。

（6）像控點布設(shè)。

案例采用GNSS-RTK方法，需要在航帶間重疊位置均勻布設(shè)像控點，在復(fù)雜地形變化區(qū)域適當(dāng)加密控制點個數(shù)，選擇易于辨別的空曠無遮擋位置，保證地面平坦、無起伏，選擇易保存的像控點目標(biāo)，以“L”型標(biāo)記像控點目標(biāo)刺點，對像控點照片進行留取和文字描述，便于辨識使用。選擇RTK測量法結(jié)合SDCORS網(wǎng)絡(luò)測定相片控制點，取兩次測定平均值，必要時應(yīng)用引點法和支導(dǎo)線的方式對像控點平面位置進行測量，測量完成后開展精度統(tǒng)計。

3 結(jié)論

光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量技術(shù)具備較高推廣價值，文章分析影像預(yù)處理、影像密集匹配、紋理自動映射等內(nèi)容，直觀地展示技術(shù)的具體應(yīng)用路徑。為了更好地滿足無人機傾斜攝影測量需要，需要重視大范圍傾斜數(shù)據(jù)處理、多視影像密集匹配效率提升、傾斜數(shù)字成果拓展應(yīng)用與多種技術(shù)集合應(yīng)用。