研究航測內(nèi)業(yè)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(shù)字攝影測量。攝影測量技術是隨著攝影測量儀器的發(fā)展而從模擬攝影測量發(fā)展到解析攝影測量階段，再到數(shù)字攝影測量階段?？罩腥菧y量是立體攝影測量中，根據(jù)少量野外實測的地面控制點，在室內(nèi)確定全部影像的外方位元素，加密后續(xù)測圖等工作所需要的內(nèi)業(yè)控制點，求得內(nèi)業(yè)控制點的平面和高程坐標的測量方法。

關鍵詞：航測內(nèi)業(yè)；自動；空中三角測量；應用技術

一、空中三角測量簡介

隨著數(shù)字攝影測量時代的到來，計算機技術、自動控制技術、數(shù)字通訊技術、數(shù)碼相機技術、3S技術的發(fā)展，無人機航測遙感技術也得到了迅速的發(fā)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(yè)，它可以應用于國家基礎地圖測繪、數(shù)字城市建設、通訊站點建設、國土資源調(diào)查、土地地籍管理、城市規(guī)劃、突發(fā)事件實時監(jiān)測、災害預測與評估、城市交通、網(wǎng)線鋪設、數(shù)字農(nóng)業(yè)、測繪、環(huán)境治理、生態(tài)保護、森林管理、礦產(chǎn)開發(fā)等領域，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)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(huán)節(jié)。ORIMA利用高級的工具集，允許專業(yè)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(tǒng)誤差計算校正格網(wǎng)。

二、自動空中三角測量技術在航測內(nèi)業(yè)中的應用

2.1自動空中三角測量軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應用

①構建區(qū)域網(wǎng)。首先，逐一將整個測定區(qū)域內(nèi)的光學影像掃描為數(shù)字影像，再通過輸入航攝儀檢定數(shù)據(jù)建立相應的測區(qū)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(qū)域內(nèi)測定一對以上的同名連接點。需要重點注意的是，數(shù)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(nèi)定向。內(nèi)定向是數(shù)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(shù)字影像是否存在可能的仿射變形。首先，根據(jù)各種框標所具有的對稱性和倍數(shù)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(shù)。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(nèi)，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(tǒng)仍無法準確量測地面控制點的影像坐標。在航測內(nèi)業(yè)中，多是由作業(yè)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(chǎn)過程包含航攝設計、地面控制、航攝飛行、航后GPS數(shù)據(jù)檢核及預處理等幾個方面，后期內(nèi)業(yè)處理主要是帶GPS數(shù)據(jù)的區(qū)域網(wǎng)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(xù)觀測、加密分區(qū)四角平高點的布設和測量、精度驗證區(qū)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(guī)定》點位布設在構架航線與加密分區(qū)首末測航線重疊處，位于測區(qū)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(qū)內(nèi)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(qū)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(tǒng)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(qū)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(zhí)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(fā)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(tài)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(tài)角，然后再將其作為觀測值參與到航測內(nèi)業(yè)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(xiàn)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(nèi)業(yè)作業(yè)效率，降低作業(yè)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(shù)字攝影測量技術的主要內(nèi)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(yōu)勢。隨著數(shù)字攝影技術以及計算機技術的發(fā)展，自動空中三角測量技術的相關應用理論和軟件系統(tǒng)必將進一步發(fā)展與完善，在我國航測內(nèi)業(yè)生產(chǎn)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(shù)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）