Virtuozo自動空中三角測量方法與實踐

韓 梅

(山東東方道邇數字數據技術有限公司，山東 濟南 250000)

1 自動空中三角測量的介紹

利用一個區域中多幅影像連接點的影像坐標和很少的已知影像坐標及其物方空間坐標的地面控制點，通過平差計算，求解連接點的物方空間坐標與影像的外方位元素，稱為區域網空中三角測量。通過區域網空中三角測量解算得出的影像的外方位元素，是后續的一系列攝影測量處理與應用的基礎。

定義：

物方空間坐標系坐標：X、Y、Z

攝站(S)坐標：Xs、Ys、Zs

旋轉角： φ、ω、κ

像點坐標：x、y

像主點坐標： x0、y0

航攝儀主距：f

其中像主點坐標和航攝儀主距稱為內方位元素，攝站坐標和旋轉角稱為外方位元素。內方位元素定義：確定投影中心相對于航攝像片的位置所需要的元素即：x0、y0、f0其作用：一是將像點的框標坐標系坐標轉化為像點的像空系坐標；二是確定攝影光束的形狀。

外方位元素的定義：確定航攝像片及其投影中心在地輔系中的位置和方向所需要的元素。其作用是確定像空系在地輔系中位置和方向所需要的元素，即角元素和線元素。其中線元素為XS，YS，ZS三個位置元素；以及角元素三個φ、ω、κ 三個方向元素。

利用一個區域中多幅影像連接點的影像坐標和很少的已知影像坐標及其物方空間坐標的地面控制點，通過平差計算，求解連接點的物方空間坐標與影像的外方位元素，如果該方法是用數字攝影測量工作站實現，則成為自動空中三角測量。通過數字攝影測量工作站實現的空中三角測量解算得出的影像的外方位元素，是后續的一系列攝影測量處理與應用的基礎。本論文就以自動空三軟件 VirtuoZo AAT 來介紹Virtuozo自動空中三角測量方法。

2 VirtuoZo AAT介紹

2.1 空中三角測量的定義

空中三角測量是攝影測量生產中的關鍵步驟，它利用少量的地面控制點來計算一個測區中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標。在傳統作業方式下，空三是一項非常乏味和耗時的工作，它主要包括：選擇、轉測加密點，量測加密點和控制點的像片坐標，進行區域網平差，檢測并剔除粗差等作業。

2.2 VirtuoZo AAT的介紹

VirtuoZo 全數字攝影測量系統的影像配準算法具有可靠、快速和精確的優點。其中的自動空三量測(AATM)模塊除半自動量測控制點之外，其他所有作業(包括內定向、選取加密點、加密點轉點、相對定向、模型連接和生成整個測區像點網)都可以自動完成。PATB 光束法區域網平差程序具有高性能的粗差檢測功能和高精度的平差計算功能，是目前國際上公認的著名平差軟件。所以，將上述兩個軟件的優點結合在一起，即VirtuoZo AATM 和 PATB集成后就成為功能強大的自動空三軟件 VirtuoZo AAT。

VirtuoZo 工作流程見圖1。

圖1 VirtuoZo 工作流程

3 空中三角測量方法在工作中學習的流程簡介

在掌握以上Virtuozo自動空中三角測量的作業流程和使用方法后，針對工作中的應用作如下簡要介紹，共分四個部分：第一部分是空三數據準備；第二部分是空三自動轉點；第三部分是空三加密；第四部分是空三完成后的測區合并與質量控制。

3.1 空三數據準備

3.1.1 建立測區

包括設置測區基本參數、建立相機文件、輸入外業控制點、影像格式轉換及建立測區影像列表。

3.1.2 自動內定向

內定向是數字攝影測量的第一步。這是因為數字影像是以“掃描坐標系 O-I-J”為準，即象素的位置是由它所在的行號 I 和列號 J 來確定的，它與像片本身的像坐標系 o-x-y 是不一致的。一般說來，數字化時影像的掃描方向應該大致平行于像片的x 軸，這對于以后的處理(特別是核線排列)是十分有利的。其步驟包括建立框標模板和檢查自動內定向結果。

3.1.3 確定航線間的偏移量

為了在航線間自動轉點，程序需要知道航線之間的相互關系，確定航線間的偏移量就是用來確定航線之間的相互關系的。通常，確定航線之間的相互關系，只需在相鄰的航線之間人工量測數個同名點，這些點我們稱之為航線間偏移點(Strip Offset點)。在普通航線(航向基本相同)之間和不同的航線組(交叉航線)之間，對航線間偏移點的數量有不同的要求：

對于兩條普通航線，基本要求為在航線的頭尾各量測一個點，當航線比較長時，有時可以在航線中間再均勻的量測一個或多個點。

對于不同的航線組，基本要求為在兩個航線組(各包含多條航線)的公共區域內，人工至少量測3個偏移點，而且要求這三個點不要分布在一條直線上。

3.1.4 輸入 GPS參數

在 VirtuoZo AAT中輸入 GPS或 INS參數，有以下幾點注意事項：

(1)創建測區時需要輸入正確的攝影比例尺。

(2)在影像列表設置時要輸入影像索引編號。

(3)準備一個文本文件輸入 GPS 或者 INS 參數。

3.2 空三自動轉點

3.2.1 自動轉點

在做完上述數據準備工作后，就可以開始自動轉點了，這部分作業計算機需要運算較長時間，但不需要作業員監管，因此，一個好的計劃是盡量將數據準備工作安排在白天進行，而將自動轉點過程安排到夜間進行，這樣可以充分利用計算機而又減少人工的作業強度。另外，VirtuoZo AAT 的自動轉點模塊支持斷電繼續運行，這樣即使自動轉點過程中遇到停電，作業員在第二天也可以讓程序重新啟動后繼續運行。

3.2.2 自動轉點中的異常處理

在自動轉點的最后，系統一般會給出整個自動轉點過程中的警告信息和錯誤信息，這是因為實際的數據情況千差萬別，一般說來，當測區比較大時，總會存在少數自動轉點失敗的異常情況，所以如何解決這些異常問題就非常重要了。需要指出的是，只有當用戶排除了自動轉點中的所有異常，才能夠進入下一步作業，即自動挑點。

在 VirtuoZo AAT 中設置了幾個工具用于解決自動轉點過程中的異常問題。在每一次自動轉點后，用戶都應該首先檢查轉點報告的最后是否有錯誤提示。

如果有則需要按本章介紹的方法排除錯誤，然后在主界面下單擊 TrianglationTie-point ExtractionContinue 菜單項繼續完成轉點過程，直至沒有任何錯誤提示(警告提示可以忽略)為止。

3.3 空三加密

完成自動轉點之后，開始進入空三加密作業的最后一步，即編輯連接點并進行平差。一般說來，加密作業的步驟為：

量測控制點。

在標準點位增加像點。

調用平差程序進行平差計算。

刪除或編輯粗差像點。

重復第 3步和第 4步直至滿足加密要求。

輸出加密成果。

3.4 測區合并及質量控制

3.4.1 測區合并

如果是單個測區加密完成后，直接輸出加密點，即可完成加密工作。但是在實際作業過程中，一個大的測區要分成多個子測區，這時就需要對每個子測區進行合并，傳統的測區接連檢查對于無人機項目會有一定的誤差，這時選擇測區合并，是最理想的方法，同時可以彌補子測區缺少外業控制點的情況。

如果與本測區接邊的測區不在本機硬盤上，有兩種方法解決：

映射網絡驅動器；

將所須文件(測區名.tpc、所有的控制點文件、相機參數文件)拷貝到本機并建立測區進行測區合并接邊。

3.4.2 質量控制

每個作業流程(內定向、相對定向、轉連接點、構網、平差等)必須經專職質量檢查員檢查認可。

凡是遇到超出精度指標的情況，必須經過質檢人員確認，方可處理。

每個作業流程均應保留相應的精度指標記錄文件，將與成果一同上交。

空三加密過程中發現的控制點錯誤，必須一一作文字記錄，反饋給外業進行核實。

每個區域在與周邊區域接邊后，需填寫圖例表，繪接邊示意圖，標明定向點、檢查點、公共點連接點誤差數值。

生產管理和質檢人員應繪制每個區域的質量記錄圖表，包括像對數、作業人員、質量等級、完成日期等。

4 結束語

隨著全世界科技的發展，用于城市規劃、建設和管理的城市地形圖DOM需求量增多，數字正射影像圖大規模的制作與應用已經被廣泛的應用，同時數字影像地形圖是“數字城市”發展的必然趨勢，為正在建設中的現代化提供有力的信息支持和信息保障。

另一方面攝影測量數據獲取技術的迅猛發展，雖為地理信息產業打開新的領域，但也為攝影測量提出了新的問題，除了上述的數據獲取手段的迅速發展，攝影測量由模擬、解析發展到今天的數字攝影測量，它在理論到實踐上如何進一步發展？

在以后的專業應用中空中三角測量必將得到更加充分的應用的發展，為此，更快捷的獲取和處理數據、海量數據，以及準確地提取特征地物的數字信息正在面臨著更加嚴峻的考驗，同時自動空中三角測量的方法和理論研究必將在攝影測量這一領域得到越來越艱巨的困難，希望在以后的工作和實踐中能夠得到更加深入和前沿性的學習。