航測內業自動空中三角測量應用技術

　　本測量論文從空中三角測量技術的概念及分類出發，并著重就自動空中三角測量技術在航測內業中的應用進行了分析與探討。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。《電子測量技術》是專注于電子測量領域的專業雜志，1977年于北京市創刊，以征稿和發表電子測量及其相關學科的原創性科技論文為主，也會刊登階段性科研成果報告，報道國內外測試測量界重要科技新聞。

　　摘要：我國航空攝影測量技術正伴隨著計算機技術的發展而不斷進步，并先后經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量以及數字攝影測量這三個階段。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，它不僅能省略傳統空中三角測量中大量的選點、轉點、刺點等工作，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。本文結合工作實際，從空中三角測量技術的概念及分類出發，并著重就自動空中三角測量技術在航測內業中的應用進行了分析與探討。

　　關鍵字：航測;內業;三角測量技術;應用

　　一、空中三角測量技術概述

　　(一)空中三角測量的概念

　　空中三角測量也被稱為區域網平差測量，是航空攝影測量工作中的關鍵步驟。它是對少量地面控制點的利用為基礎，來計算一個測量區域內所有影像的外方位元素以及所有加密點的地面坐標。其主要作用有：可對大范圍內界址點的統一坐標進行測定;可對模型中大量地面點坐標進行計算;為缺少控制點的地形圖測繪工作，提供定向控制點以及像片的定向參數等等。

　　(二)空中三角測量在航測內業中的應用及分類

　　航測即航空攝影測量的簡稱，是指從飛機等航空飛行器中拍攝地面像片，以測繪地形圖和獲取地面信息的方法，其作業基本過程主要可分為航空攝影、航測外業以及航測內業這三個階段的工作。其中，航測內業的工作主要包括了測圖控制的加密以及地形原圖的繪制，航空攝影測量通常比例為1:500，同時還包括1:1000，在此基礎上還有1:2000，以及1:5000和1:10000。

　　在航空攝影測量工作中，為了確定像片的外方位元素、進行像片定向與量測、建立立體模型以及測繪地形圖等工作環節中所需要的控制點數量都很大。為了盡量減少航測外業的工作量，通常是以少量外業控制點為基礎，然后在室內作業中利用航攝像片進行控制點的加密。當前，航測內業加密的方法很多，目前最為常用的即是空中三角測量方法。在實際應用中，空中三角測量技術主要可分為以下三類：

　　一是模擬空中三角測量(光學三角測量)，其實質是將大地測量中的三角網平差方法用于航測中，由于該方法只能用于加密平面坐標，且測量精度較低，無法在大區域范圍內應用，目前已被淘汰;二是解析空中三角測量(電算加密)，它是利用航測像片中的坐標點和少量地面控制點，采用較為嚴密的數學公式以解算待定點的平面坐標與高程;第三種即是自動空中三角測量方法，它采用了快速、精確與可靠的影像匹配算法，除了控制點的半自動量測以外，其它內定向、加密點選取、相對定向、航帶構成、模型連接、測區像點網生成、區域網平差解算等各項工作均能自動完成，在實際應用中，還通過采用具有高精度平差計算功能以及粗差檢測功能的高性能軟件系統，以有效保證了整個航測內業工作的高效與測量結果的準確。

　　二、自動空中三角測量技術在航測內業中的具體應用

　　(一)自動空中三角測量軟件系統的開發與應用

　　進入數字攝影測量時代的主要標志之一，即是利用數字攝影測量軟件系統取代了過去昂貴的模擬與解析攝影測量儀器。

　　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連接點。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，利用軟件系統仍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。

　　(二)GPS/IMU輔助自動空中三角測量的應用

　　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(慣性測量裝置)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輔助自動空中三角測量，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，從而起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，我國已建立了相對完善的利用GPS/IMU輔助自動空中三角測量的理論，并自行研發了兩套具有利用GPS/IMU輔助自動空中三角測量的加密軟件系統，分別是WuCAPS和Geolord-AT，在實際應用中均取得了較好的效果。

　　總結：

　　隨著數字攝影技術以及計算機技術的發展，自動空中三角測量技術的相關應用理論和軟件系統必將進一步發展與完善，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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