航測空三成果質量快速檢查的方法研究

鄧廷起 阮祖洪 周偉

摘 要：首先闡述了光束法區域網平差基本原理以及其優缺點，將湖州市1：2000航攝成圖項目作為實驗數據，以Inpho空三軟件為例，針對其最嚴密的光束法平差所得空三成果在立體像對恢復后突顯出的精度問題，設計了一套空三成果質量檢查程序。目的是能夠快速迅速發現區域網平差中的精度弱區，分析其原因并給出相應的解決方法，以提高空三成果的精度與測圖質量。

關鍵詞：光束法平差；立體模型；前方交會；后方交會；精度弱區

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0000-00

1 前言

當前，航空攝影測量數據獲取方式仍然是當前地理空間信息獲取最主要和最有效的方法。隨著攝影測量理論的發展以及計算機計算性能的不斷提高，航空攝影測量數據處理自動化程度也越來越高，成果精度也趨向高精度發展。但隨之相應的問題也逐漸凸顯出來，通過對空三成果進行立體像對恢復，經常會遇到模型差以及模型連接差超限的問題，而這些問題直接在光束法平差報告中卻得不到體現。

本文通過對光束法區域網平差和立體像對恢復的原理進行分析，開發了一套光束法區域網平差空三加密成果質量檢查程序，程序依據立體像對恢復原理，快速模擬立體像對恢復，提前發現模型差以及模型連接差超限的像對或區域，迅速發現區域網中的精度弱區，然后分析其原因，并給出相應的解決辦法或補救措施。

2 光速法區域網平差

光束法區域網平差，以單張相片的光線束或單個物點的光線束作為平差單元，直接對原始觀測值像點坐標進行平差，計算嚴密，是最嚴密的攝影測量區域網平差方法，理論上平差精度也是最高[1]。但是光束法平差所有的未知數一并解求，解算的未知數非常多，法方程的系數矩陣非常龐大，對計算機的性能和程序算法有著更高的要求。而且由于觀測值的增多，對粗差的探測方法提出了更高的要求。

3 空三成果檢查程序設計的基本原理及流程

根據立體像對恢復的基本原理，計算的基本方法其實就是立體像對的前方交會與后方交會的問題，于是可以在Inpho空三成果導出之后，設計相應的程序，逐一對每一個像對進行前方交會或后方交會計算，通過這種方法計算出的加密點坐標就等同于立體像對恢復時計算出的立體模型點坐標，將它們與光束法平差計算出的加密點坐標進行比較，就會很快發現模型差大的像對以及精度差的區域，檢查流程圖1所示。

4 檢查結果與立體測圖軟件成果對比

實驗數據采用湖州市1：2000航攝成圖項目的空三加密成果，通過前方交會計算，寫出模型差大于0.2米的物方點點號與所在像對名，并按從大到小排列，與Jx4恢復立體測圖模式計算的加密點模型點坐標進行比較。通過對立體相對恢復中計算出的結果與程序實現對每個像對計算的結果進行對比，比較結果表示在相同的數據條件下，計算結果一致。

5 精度弱區原因分析及解決方法探討

通過程序檢查，對凸顯的問題進行分析總結，主要有以下幾個原因在后續立體像對恢復過程中會引起較大的模型差，會對立體測圖造成一定的影響，而這些問題在光束法平差過程中又無法發現，總結如下：

1） 光束法平差是將所有同名像點作為觀測值進行平差，由于觀測值冗余數多，都是采用最小二乘的方法進行擬合計算，而最小二乘對于粗差的不敏感性，在正確的觀測值多于錯誤的觀測值時，往往錯誤的觀測值就被忽略掉，無法發現。

但在立體像對恢復中，只使用單個像對中的同名像點，觀測值僅僅滿足計算加密點坐標的需求，所以一旦有同名點誤差，那肯定就會有立體視差，甚至偏離模型上的點。如點號為60024768加密點，光束法平差并沒有發現它其中的像點粗差點，但在用加密程序檢測的時候發現在像對120910103034-120910103035中，模型差特別大。打開Inpho的量測界面，可以發現這個像對的同名點匹配誤差較大，如圖2所示。

2） 另外根據檢查結果發現，當像點處于影像邊緣時會引起較大的模型差，分析其原因，可能與影像邊緣畸變差沒有去除完全有關系，較為實用的解決辦法是，可以不使用影像邊緣的像點參與空三平差計算，以提高空三成果的精度。實驗測試表明這種方法是實際有效的，特別對于非量測相機影像，更是如此。

3） 只有兩度重疊的加密點，由于只有兩度重疊，冗余數不夠，所以即使是粗差，光束法也無法探測出來，如20024788點，光束法平差計算的像點匹配誤差為2u，通過檢查程序檢查發現這個點誤差特別大，高程誤差為-2.125米。進入Inpho像點量測界面，很容易看出20024788加密點的同名像點匹配完全錯誤，如圖3所示。

在立體測圖前，通過檢查程序迅速發現空三成果的問題，然后對其進行更正，對后續立體測圖，無論在質量還是在效率上都有了明顯的提高。

7 結論

自從數碼相機與自動匹配技術的出現，全自動化的攝影測量數據處理是發展所趨，但同時也帶來各種數據處理上的問題。本文給出了在光束法區域網平差解算中存在的精度質量問題有效的解決辦法，為后續立體測圖提供的空三成果有個精度質量上的保證，也大大減少立體像對恢復中出現的精度質量問題。

參考文獻

[1] Granshaw， S.I.， 1980. Bundle Adjustment Methods in Engineering Photogrammetry. Photogrammetric Record， Volume 10， Issue 56. pp. 181-207. October 1980.

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