研究航測內業自動空中三角測量應用技術

蘇志軍 許振北 李成

摘要：航空攝影測量作為攝影測量的一個分支，從技術處理角度可以將其分為模擬法攝影測量、解析法攝影測量和數字攝影測量。攝影測量技術是隨著攝影測量儀器的發展而從模擬攝影測量發展到解析攝影測量階段，再到數字攝影測量階段。空中三角測量是立體攝影測量中，根據少量野外實測的地面控制點，在室內確定全部影像的外方位元素，加密后續測圖等工作所需要的內業控制點，求得內業控制點的平面和高程坐標的測量方法。

關鍵詞：航測內業；自動；空中三角測量；應用技術

一、空中三角測量簡介

隨著數字攝影測量時代的到來，計算機技術、自動控制技術、數字通訊技術、數碼相機技術、3S技術的發展，無人機航測遙感技術也得到了迅速的發展，是航測遙感領域的有效補充。無人機航攝技術的成熟與民用領域需求的不斷擴大，使得該技術已滲透到民用領域的各行各業，它可以應用于國家基礎地圖測繪、數字城市建設、通訊站點建設、國土資源調查、土地地籍管理、城市規劃、突發事件實時監測、災害預測與評估、城市交通、網線鋪設、數字農業、測繪、環境治理、生態保護、森林管理、礦產開發等領域，對國民經濟的發展具有十分重要的現實意義。從整個航測流程來看，空中三角加密對最終的地形圖精度有很大的影響，是航測中的一個十分關鍵的環節。ORIMA利用高級的工具集，允許專業攝影測量專家在流程化的處理過程中盡可能地達到精確。功能包括在點測量的過程中多窗口顯示，在立體或單景模式下連接點全自動量測（APM）和半自動的控制點量測。另外，ORIMA可以為補償本地系統誤差計算校正格網。

二、自動空中三角測量技術在航測內業中的應用

2.1自動空中三角測量軟件系統的開發與應用

①構建區域網。首先，逐一將整個測定區域內的光學影像掃描為數字影像，再通過輸入航攝儀檢定數據建立相應的測區信息文件；然后，輸入地面控制點信息等建立原始觀測值文件；最后，在相鄰航帶的重疊區域內測定一對以上的同名連接點。需要重點注意的是，數字影像掃描時其掃描分辨率必須設置正確，并檢查影像是否存在翻轉。②自動內定向。內定向是數字攝影測量的第一步，其目的是確定掃描坐標系與像片坐標系之間的關系，以及確定數字影像是否存在可能的仿射變形。首先，根據各種框標所具有的對稱性和倍數旋轉不變性的特點，對每種航攝儀建立相應標準的框標模板；其次，通過模板匹配算法對各框標點進行自動快速識別與定位；最后，以各航攝儀檢定的理論框標坐標值為基礎，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與點坐標之間的各自變換參數。③自動選定、自動相對定向。首先，從相鄰兩幅影像的重疊范圍之內，選擇明顯均勻分布特征的點位作為特征點并進行提取，并對每個特征點進行局部影像匹配，從而得出另一幅影像中的同名點。為了確保影像匹配的高可靠性，要求所選擇的特征點應足夠多；其次，作相對定向解算，并對解算結果剔除粗差后再重新計算，直到解算結果不含粗差為止。④地面控制點的半自動量測。目前，利用軟件系統仍無法準確量測地面控制點的影像坐標。在航測內業中，多是由作業員先對地面控制點影像坐標進行判別和手工精確定位，然后再進行多影像匹配和自動轉點。

2.2GPS/IMU輔助自動空中三角測量的應用

GPS輔助空中三角測量前期生產過程包含航攝設計、地面控制、航攝飛行、航后GPS數據檢核及預處理等幾個方面，后期內業處理主要是帶GPS數據的區域網平差過程。①地面控制方案。GPS輔助空中三角測量地面控制的方案常見的有兩種。地面控制部分進行航攝期間基站的同步觀測和平高點、檢測點、水準點測量期間基準站的連續觀測、加密分區四角平高點的布設和測量、精度驗證區檢測點的選測以及水準點的GPS測量，并繪制點之記。對空地標點采用四角布點法，按照《GPS輔助航空攝影技術規定》點位布設在構架航線與加密分區首末測航線重疊處，位于測區自由圖邊處的地標點位應盡量布設在圖廓線外。為了檢驗GPS輔助空中三角測量的精度，航攝像片提供后在檢測樣區內選刺30個點進行檢測，所選檢測點除滿足GPS觀測要求外，還選擇在像片上影像清楚的明顯地物點上，并均勻分布于平地、丘陵和山地，使野外檢測點有較強的地形類別代表性。對于上述所有點位，都要做GPS測量取得其WGS-84坐標下的精確坐標。②航攝技術設計。通過加密分區四角平高控制點加構架航線的地面控制方案來改正GPS攝站的坐標系統漂移誤差控制精度。構架航線垂直于測圖航線，設計的基本要求是比測圖航線的比例尺小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。四角平高點位置及時報予地面控制方案執行部門并納入其地面測量技術設計中，也是在實際飛行中能夠觀察到的對空地標點。近年來，隨著GPS技術的發展，利用GPS/IMU輔助自動空中三角測量，以最大限度減少或不使用地面控制點進行空中三角測量成為了可能。它是利用載波相位GPS動態定位技術，以獲得航攝儀曝光時刻攝影中心的三維坐標，利用IMU以獲得航攝儀曝光時像片的三個姿態角，然后再將其作為觀測值參與到航測內業空中三角測量的計算中。利用GPS/IMU輔助自動空中三角測量，能在滿足現行航測加密精度要求的基礎上，最大程度的減少或不使用地面控制點進行空中三角測量，從而起到了提高內業作業效率，降低作業成本以及縮短航測成圖周期的目的。

三、結語

自動空中三角測量作為數字攝影測量技術的主要內容之一，它不僅極大提高了測量的工作效率，而且還具有量測精度高、易于重復觀測等多種優勢。隨著數字攝影技術以及計算機技術的發展，自動空中三角測量技術的相關應用理論和軟件系統必將進一步發展與完善，在我國航測內業生產中也將得到更為廣泛的普及與應用。

參考文獻：

[1]張祖勛，張劍消.數字攝影測量學[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，2012.

[2]卞威.無人機航空影像后期處理方案及注意事項[M].北京：北京天宇智圖科技有限公司，2011.

（作者單位：中國人民解放軍32023部隊）