自動空中三角測量技術探討

趙越

摘要：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，不僅能省略傳統空中三角測量中大量的選點、轉點、刺點等工作，而且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，因此在我國航測內業中得到了廣泛的普及與應用。本文對航測內業自動空中三角測量應用技術進行分析。

關鍵詞：自動空中三角測量；GPS/IMU輔助空中三角測量；技術應用

1空中三角測量概述

空中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坐標和高程的測量方法。這些需要解求的內業控制點稱為加密點，空中三角測量實際上就是解求加密點三維坐標的過程，通常將這一過程稱為空三加密。空三加密首先要進行的是對加密測圖控制點的設計，再采用空中三角測量方式，對控制點的平面坐標與高程進行測定，并且以這些控制點作為測圖基準，在進行地形圖測量時，可以通過全能法、微分法、綜合法進行測量。全能法是建立地面模型之后，用交會的方法進行測圖，在模型中進行平面位置、高程等數據的測定，這種地圖獲取的方式較為適合難以實地測量的山地等地形復雜的地區。微分法也被稱為分工法，是將測量平面位置與高程等工作進行分工的測量方式，在測量的過程中，通過不同的測量手段針對不同數據進行測量，這種測量方式較為適合丘陵地區的測繪。

2自動空中三角測量流程

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

3自動空中三角測量技術在航測內業中的具體應用

3.1自動空中三角測量技術應用方面

（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像點。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，選擇具有明顯均勻分布特征的點位作為特征點進行提取，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，做相對定向解算，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，利用軟件系統仍然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。

3.2 GPS/IMU輔助空中三角測量技術應用

從以上自動空中三角測量的作業過程中可以發現，雖然利用數字攝影測量軟件，可以實現航測內業中選點、轉點、刺點等工作的全自動化處理，從而極大提高了航測內業作業的效率。但是對于區域網中的地面控制點，仍然缺乏有效的算法對其影像坐標進行自動定位。近年來，隨著GPS技術的發展，利用GPS/IMU輔助空中三角測量，使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，獲得航攝儀曝光時刻攝影中心的三維坐標，利用IMU（慣性測量裝置）則可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，從而達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。經過多年以來的理論研究與生產實踐，我國已經形成了相對完善的利用GPS/IMU輔助自動空中三角測量的理論，并自行研發了兩套能夠利用GPS/IMU輔助空中三角測量技術的加密軟件系統，分別是WuCAPS和Geolord-AT，在實際應用中均取得了較好的效果。

4結語

綜上所述，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，與自動空中三角測量技術相關的應用理論和軟件系統必將得到進一步的發展與完善，在我國航測內業生產中也將得到更為廣泛的普及與應用。

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（作者單位：遼寧省有色地質一〇一隊有限責任公司）