航測(cè)內(nèi)業(yè)自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究

崔寶牛

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山西總隊(duì)，山西太原 030031）

在航測(cè)作業(yè)過程中，空中三角測(cè)量是重要的環(huán)節(jié)，在維持較高精度的前提下，提升航測(cè)作業(yè)的效率是目前面臨的一項(xiàng)難題，自動(dòng)空中三角測(cè)量具有易受到人工干預(yù)的特點(diǎn)，已成為當(dāng)前的主要作業(yè)模式。空中三角測(cè)量技術(shù)具有較高的自動(dòng)化水平，可有效提升工作效率的提升，提高測(cè)繪精度，可為重復(fù)觀測(cè)工作提供便利，因此，被廣泛應(yīng)用于我國(guó)航測(cè)內(nèi)業(yè)中。

1 空中三角測(cè)量概述

在攝影測(cè)量中，航測(cè)是一個(gè)比較重要的組成部分，數(shù)字測(cè)量、解析測(cè)量和模擬測(cè)量是三種主要的航空攝影測(cè)量技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，攝影測(cè)量技術(shù)取得了較大進(jìn)步，各種新型儀器設(shè)備和技術(shù)得到了普遍應(yīng)用，數(shù)字測(cè)量逐漸取代了傳統(tǒng)的解析測(cè)量、模擬測(cè)量。空中三角測(cè)量是一種較為立體的測(cè)量方法，測(cè)量控制點(diǎn)可根據(jù)具體的地形進(jìn)行安排，其以實(shí)際測(cè)量工作的需要為依據(jù)，完成平面和高程的測(cè)定工作。外作業(yè)和內(nèi)作業(yè)是航空攝影測(cè)量的兩種作業(yè)方式，內(nèi)作業(yè)主要設(shè)計(jì)加密測(cè)圖控制點(diǎn)，將控制點(diǎn)作為測(cè)繪的基礎(chǔ)，利用空中三角測(cè)量方式測(cè)定高程和平面坐標(biāo)[1]。綜合法、微分法、全能法是地形測(cè)量的三種主要方法，微分法適合用于丘陵地區(qū)的測(cè)繪工作。

2 空中三角測(cè)量方法

根據(jù)測(cè)量原理和方法分析，可將空中三角測(cè)量分為自動(dòng)空中三角測(cè)量、解析空中三角測(cè)量、模擬空中三角測(cè)量，在具體的測(cè)量工作應(yīng)用過程中，應(yīng)充分結(jié)合實(shí)際情況，選擇最合適的測(cè)量方法，確保測(cè)量工作的順利完成。

2.1 模擬空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量方法主要應(yīng)用光學(xué)機(jī)械法開展測(cè)量工作，幾何翻轉(zhuǎn)原理廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中，三角測(cè)量工作需要借助立體的圖形以完成。進(jìn)行模擬空中三角測(cè)量時(shí)，應(yīng)有順序地對(duì)一條航線上的某個(gè)片段進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)對(duì)象的不同，建立特殊的立體模式，完成立體模式的建立工作后，在該模式的投影中心處進(jìn)行重疊處理，再通過連接構(gòu)成完整的航線網(wǎng)絡(luò)。

2.2 解析空中三角測(cè)量

此方法主要使用計(jì)算的方式，結(jié)合地面坐標(biāo)，對(duì)具有同名關(guān)系的共面和相同地點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行解析，構(gòu)建攝影網(wǎng)絡(luò)的空中三角測(cè)量，并采用相關(guān)的計(jì)算方法計(jì)算平均差，最后完成計(jì)量工作。通常情況下，在計(jì)量工作中具有較多的建網(wǎng)方式，主要應(yīng)用獨(dú)立模型法、光線束法、航帶法三種，可同時(shí)應(yīng)用到同一條航帶上，且具有較高精度的優(yōu)勢(shì)，因此，在測(cè)量工作中被廣泛應(yīng)用。

2.3 自動(dòng)空中三角測(cè)量

自動(dòng)空中三角測(cè)量可提升工程測(cè)量工作的效率、精確度，減少模型與實(shí)際精度之間的誤差，且可為二次觀測(cè)工作提供比較便利的條件。根據(jù)有關(guān)研究表明，自動(dòng)空中三角測(cè)量的精度可達(dá)到0.29 dpi，為測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性提供保障，可有效改善自動(dòng)測(cè)量方式連接差過大的問題，提升轉(zhuǎn)接點(diǎn)的精確度[2]。

在空中三角測(cè)量工作中，轉(zhuǎn)刺點(diǎn)的精確性與測(cè)量結(jié)果的可靠性之間具有密切的聯(lián)系。通過自動(dòng)空中三角測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)信息可保存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有利于開展數(shù)據(jù)分析工作，通過對(duì)比、修改，可為后續(xù)的重新觀測(cè)工作提供數(shù)據(jù)支持。

3 自動(dòng)空中三角測(cè)量工作流程

（1）準(zhǔn)備資料，建立區(qū)域網(wǎng)。

進(jìn)行空中三角測(cè)量工作前，需要準(zhǔn)備像控點(diǎn)成果、像控點(diǎn)布網(wǎng)略圖、航攝數(shù)據(jù)、攝影比例尺、相機(jī)參數(shù)文件及影像數(shù)據(jù)等資料，并建立空三區(qū)域網(wǎng)，需要輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)、影像和航帶等信息，確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

（2）加密分區(qū)要求。

加強(qiáng)對(duì)測(cè)試區(qū)域?qū)嶋H情況的分析，與航攝方向、航攝分區(qū)相結(jié)合，積極開展加密測(cè)區(qū)的劃分工作。在此過程中應(yīng)注意避開面積較大的水域，若測(cè)繪對(duì)象為一座單獨(dú)的島嶼，應(yīng)將其作為獨(dú)立的測(cè)區(qū)，防止出現(xiàn)像主點(diǎn)落水的情況，且應(yīng)合理控制加密分區(qū)的大小。

（3）內(nèi)定向。

傳統(tǒng)的框幅式相機(jī)需要進(jìn)行內(nèi)定向工作，主要對(duì)框標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，糾正數(shù)碼影像到已知固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，并消除因形變導(dǎo)致的坐標(biāo)誤差，由于航攝影像屬于數(shù)字影像，因此，無(wú)須進(jìn)行內(nèi)定向。

（4）劃分測(cè)區(qū)及自動(dòng)匹配。

以測(cè)區(qū)實(shí)際情況和匹配需求為依據(jù)，將測(cè)區(qū)劃分為多個(gè)子區(qū)，再進(jìn)行處理，在劃分過程中應(yīng)注意每個(gè)Block之間應(yīng)保證一條航帶重疊；如果將一條航帶劃分成不同的Block時(shí)，應(yīng)保證在區(qū)域間有兩張影像重疊。完成子區(qū)劃分工作后，應(yīng)將劃分好個(gè)子區(qū)作為獨(dú)立的項(xiàng)目，并以實(shí)際的測(cè)區(qū)情況為基礎(chǔ)，將自動(dòng)匹配相應(yīng)參數(shù)，且需要對(duì)匹配質(zhì)量進(jìn)行分析，加強(qiáng)網(wǎng)間、網(wǎng)內(nèi)和模型之間的連接，防止部分區(qū)域不規(guī)則變形和進(jìn)度不均勻的情況發(fā)生。

4 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

4.1 區(qū)域網(wǎng)的構(gòu)建

（1）將測(cè)定區(qū)域內(nèi)的所有光學(xué)影像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字影像，輸入航攝儀器檢定數(shù)據(jù)，建立相關(guān)的測(cè)區(qū)信息文件。

（2）輸入地面控制點(diǎn)信息，建立原始的觀測(cè)值文件。

（3）在相鄰航帶間的重疊區(qū)域進(jìn)行同名連接點(diǎn)的測(cè)定工作，在進(jìn)行數(shù)字掃描之前，應(yīng)檢查分辨率是否存在錯(cuò)誤，觀察影像是否出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

4.2 自動(dòng)選定及自動(dòng)相對(duì)定向

（1）需要在兩幅相鄰影像之間的重疊部分選擇特征點(diǎn)并進(jìn)行提取，應(yīng)注意特征點(diǎn)的選擇，且確保其具有明顯均勻分布的特征。

（2）對(duì)每一個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行局部的影像匹配，以獲取另一幅影像中的同名點(diǎn)，應(yīng)保證選擇特征點(diǎn)數(shù)量足夠多，以提升影像匹配的準(zhǔn)確性。

（3）開展相對(duì)定向解算工作，并清除解算結(jié)果中的粗差，再次進(jìn)行計(jì)算，直到解算結(jié)果中不存在粗差為止。

4.3 建立控制點(diǎn)影像庫(kù)

隨著信息化測(cè)繪的不斷發(fā)展，攝影測(cè)量逐漸由模擬化發(fā)展為全數(shù)字化，如數(shù)據(jù)管理應(yīng)用、數(shù)據(jù)獲取和處理等工作已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。在地理信息系統(tǒng)中，控制點(diǎn)庫(kù)是較為重要的組成部分，科學(xué)合理建立控制點(diǎn)影像庫(kù)，可為攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理工作提供數(shù)據(jù)信息支持。

在建立控制點(diǎn)影像庫(kù)的過程中，主要環(huán)節(jié)包括管理地面坐標(biāo)信息、為控制點(diǎn)命名、控制點(diǎn)的分帶坐標(biāo)、拉制點(diǎn)幾何圖形、影像信息等內(nèi)容，為原始航空影像提供了大部分的影像信息。

4.4 清除粗差點(diǎn)和誤匹配點(diǎn)

在影像匹配的過程中未受到幾何約束，可正確判斷其是否存在重名的影像點(diǎn)。難以避免相同判讀信息的點(diǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)誤匹配點(diǎn)，誤匹配點(diǎn)沒有規(guī)律可循，應(yīng)及時(shí)清除。在攝影測(cè)量誤差和可靠性理論中，可將測(cè)量誤差分為偶然誤差、系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律，可依靠數(shù)學(xué)模型進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。偶然誤差不具備一定規(guī)律，是隨機(jī)產(chǎn)生的一種符合正態(tài)分布的誤差。

4.5 自動(dòng)布設(shè)和自動(dòng)測(cè)量控制點(diǎn)

空中三角測(cè)量的順利開展與控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)支持密切相關(guān)，控制點(diǎn)的數(shù)量和分布是實(shí)現(xiàn)高精度區(qū)域網(wǎng)平差的關(guān)鍵。通過多年的試驗(yàn)研究表明，針對(duì)航帶法、獨(dú)立模型和光束法等不同的平差模型，需要利用不同控制點(diǎn)布設(shè)方案，區(qū)域網(wǎng)的平差精確度，會(huì)影響控制點(diǎn)數(shù)量。

地面布設(shè)像片刺點(diǎn)、標(biāo)識(shí)點(diǎn)是傳統(tǒng)的控制點(diǎn)布設(shè)方法，需要人工進(jìn)行地面布設(shè)，也可在特定的儀器上轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)，再詳細(xì)記錄控制點(diǎn)的信息。在野外對(duì)控制點(diǎn)的地面坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)，可將野外的實(shí)際情況作為依據(jù)，重新選擇控制點(diǎn)的位置，形成控制點(diǎn)略圖[3]。

選擇控制點(diǎn)的位置時(shí)，應(yīng)充分分析區(qū)域的分布情況，全面考慮在影像中的位置，確保在影像的二度重合范圍內(nèi)。航帶內(nèi)的控制點(diǎn)需要保證在航線方向的三度重合內(nèi)，條件較好的區(qū)域可在九度重合區(qū)內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)。

控制點(diǎn)規(guī)劃和布設(shè)工作比較復(fù)雜，對(duì)工程人員的要求較高，應(yīng)具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。工程人員的經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)之間具有密切的系，在實(shí)際作業(yè)過程中，具有諸多不確定因素，會(huì)影響空三加密質(zhì)量控制工作。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)量測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為此項(xiàng)工作的順利進(jìn)行提供保障。通過分析全自動(dòng)像片連接點(diǎn)的分布情況，應(yīng)以控制點(diǎn)布設(shè)方案為依據(jù)，確定布設(shè)區(qū)域。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)多視影像重疊范圍的分析工作，促進(jìn)空中三角測(cè)量的內(nèi)外業(yè)一體化，并對(duì)以往的三角測(cè)量控制點(diǎn)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，充分應(yīng)用數(shù)字影像匹配技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減少人工設(shè)計(jì)造成的控制點(diǎn)遺漏和控制點(diǎn)數(shù)量不足的問題，提升控制點(diǎn)布設(shè)和量測(cè)工作水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，航空攝影測(cè)量是攝影測(cè)量技術(shù)的重要組成部分，隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，空中三角測(cè)量技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用?？罩腥菧y(cè)量技術(shù)具有較高的自動(dòng)化水平，可提升工作效率，提高測(cè)繪精度，為重復(fù)觀測(cè)工作提供便利。數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)仍在不斷發(fā)展，相關(guān)單位應(yīng)不斷完善自動(dòng)空中三角測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航測(cè)內(nèi)業(yè)生產(chǎn)中。