航空摄影测量影像定向的若干解析

侯小风 徐灵

摘要：随着我国航空摄影测量技术的不断发展，对于获取影像的质量提出了更高的要求，不仅需要在航空摄影器材中安装控制系统，而且还需要将摄影器材与定位系统连接在一起，特别是在GPS航空摄影测量中，更得将航空摄影器材和GPS定位技术进行固定的连接，以保证拍摄的顺利进行。

关键词：航空摄影 测量 影像定向

中图分类号：P2文献标识码： A

引言：航空摄影是在飞机上安装航空摄影仪，对地面进行垂直摄影，获取航摄像片或数字影像。航空摄影测量是利用航摄像片测制地形图的一种方法，与白纸测图相比，它不仅可使绝大部分外业测量工作在室内完成，还具有成图速度快、精度均匀、成本低、不受气候季节限制等优点。

一、航空摄影测量定向问题

航摄测量影像定向就是运用遥感影像来确定地面目标点的空间位置，从而进一步实现目标定位的原理，其重点就是能迅速的获取空间方位。摄影测量就是利用摄影光束相交确定地面点位的一种方法。这种方法需要外方位元素:为三个线元素和三个角元素。近几年来,经济建设、社会建设发展较为迅速,在城镇和土地调查的成果资料与实际利用现状存在较大差异,对土地进行科学有效利用则产生较深影响。如果靠控制点并通过空三加密反求光束的外方位因素的传统摄影成图技术则不能满足生产发展和城市测绘的需求。

目前，航空摄影测量主要有常规航空摄影测量、GPS航空摄影测量DGPS/IMU航空摄影测量3种模式。航空影像的获取和影像定向方法的不同是这三种测量技术最主要的区别。航空摄影测量影像定向技术是借助大量地面控制点加密技术获取模型定向点来实现的。现代的航空摄影测量在作业上一般在航空摄影、地面控制和内业测绘上有一定的要求。在采用GPS航空摄影测量时一般会将动态GPS接收机与航摄仪固联以提高影像获取的质量。

航摄像片由于像点坐标误差的影响使像片边缘产生的像点位移和影像变形比中心部分要严重。为了提高外业判读刺点和内业点位量测精度，像片所选像控点的位置距像片边缘要大于1cm或1.5cm。另外，考虑到内业立体观察的效果，减少外业像控点的布设数量以及提高内业的定向精度，像片上像控点要距离各类标志，如压平线、框标标志、片号等不应小于1cm。像控点应分布在航向三度重叠和旁向重叠中线附近，距离方位线要大于3 cm或4.5 cm。

选择像控点除了要考虑各种成图方法对像控点的布点要求外，像控点必须是影像位置可以明确辨认的目标点，并且能满足地形测量通视良好，交会图形理想等要求。

无论是平面点、高程点或平高点均要选择在明显目标点上，明显目标点是指野外的实地位置和像片的影像位置都可以明确辨认的点。一般地区较理想的明显目标是近于直角而且又近于水平的线状地物的交点和地物拐角上，特别是固定的田角和道路交叉经常作为优先选点的理想目标。

在采用GPS航空摄影测量时一般会将动态GPS接收机与航摄仪固联以提高影像获取的质量。一般在采用DGPS/IMU航空摄影测量时,都会在航摄仪上安装POS系统。根据不同的情况要选择不同的地面控制方案，以获得最佳的加密点坐标和像片外方位元素。内业测绘采用影像匹配技术识别同名像点,以完成地形和地物的自动测绘现行的4D产品生产中,一般按照单片内定向y像对相对定向y单模型绝对定向y立体模型测绘的流程进行作业,仅仅是在DGPS/IMU航空摄影测量之直接对地目标定位方法中探讨如何利用POS系统获取的影像定向参数进行模型恢复的有关理论和方法。航空摄影测量几何定位有摄影测量加密和直接对地目标定位两种方式。其中，摄影测量加密是将所获取影像坐标与地面控制点和/或影像的外方位元素作为带权观测值进行整体光束法区域网平差,以解求影像的定向参数和目标点的空间坐标,主要是为立体模型测图提供定向控制点和进行高精度的对地目标定位。现行航空摄影测量内业规范对不同比例尺、不同类别地形的摄影测量加密规定了具体的加密方法、地面控制方案,并对加密点精度给出了定量指标,已作为一种成熟技术被广泛使用。直接对地目标定位是在获得高精度影像外方位元素的前提下,利用立体像对上同名像点的像平面坐标按照空间前方交会理论计算出相应地面点的物方空间坐标,以直接确定物点的空间位置,从而实现4D产品的生产。现行的4D产品生产都是利用摄影测量区域网平差所获得的加密点作为模型定向点用的,不会直接使用影像外方位元素来恢复立体模型。所以,现行规范中并没有规定影像外方位元素的精度。一般说来,只要加密时在单个模型上量测了足够多的加密点,且加密点精度符合限差要求,据其进行单个模型的绝对定向就能建立可量测的几何模型,进而可提取符合要求的三维空间信息。

摄影测量中的基本问题是航片的定向问题，只有知道了航片的内、外方位元素才能进行量测工作，长期以来内方位元素通过实验室采用物理方法检定得到，外方位元素（Xs,Ys,Zs,,,）则主要依靠空中三角测量和大量地面控制点来间接解求，这样就要耗费大量的时间和工作。为解决外方位元素的问题，POS系统被引入航空摄影测量领域，并与光学相机获取影像相结合，提供了航片曝光时刻的外方位元素。这种结合方式已逐渐改变了传统摄影测量的作业方式，取得了很大的成功。

对于同一地区利用已知定向参数的影像进行新影像的定向的理论和方法，通过模拟和实际试验证实了方法可行性，纯粹利用两期影像进行联合光束法区域网平差所确定地面点的精度可满足规范要求，可真正实现无需地面控制点的航空摄影测量作业，这对于减少摄影测量外业控制测量、地形图修测、地理信息数据库快速更新、多时相遥感影像的自动变化检测等具有十分重要的意义。符合规范精度要求的摄影测量加密方法获取的影像外方位元素可以直接用于影像的定向以构建立体模型进行4D产品的生产，而由POS系统提供的影像外方位元素带有较大的误差，目前还难以直接用于摄影测量中提取三维空间信息。当前数字摄影测量时代可以让 3种摄影测量模式共同存在，航摄影像的定向手段也变得丰富多彩，从而使得摄影测量作业也越来越轻松。

二、航空摄影测量作业的注意事项

1.航空摄影

随着我国航空摄影测量技术的不断发展，对于获取影像的质量提出了更高的要求，不仅需要在航空摄影器材中安装控制系统，而且还需要将摄影器材与定位系统连接在一起，特别是在GPS航空摄影测量中，更得将航空摄影器材和GPS定位技术进行固定的连接，以保证拍摄的顺利进行。如果使用DGPS/MU航空摄影测量技术进行拍摄的话，就需要将POS系统安装在摄影器材中，以保证获取影像的质量。

2.地面控制

在对航空摄影测量进行加密处理时，是通过光束法区域网平差来实现的，但是不同的航空摄影测量模式有不同的地面控制方案存在，都是针对各个航空摄影测量模式的特点制定的，以保证各航空摄影测量模式的顺利实施，确保获取影像的质量。

3.内业测量

在航空摄影测量模式在获取了外方位元素之后，且外方位元素的准确性得到了保证，就可以将外方位元素作为依据来建立与影像有关的立体模型，并通过匹配技术将立体模型与影像进行匹配和识别，从而完成立体模型中地形特点和地面建筑物的绘制和测量。但是在我国现有的4D产品中，都是按照固定的作业流程开展生产活动的，例如单片内定向—与影像匹配进行定位—单模型绝对定向—立体模型测绘。但是在DGPS/MU航空摄影测量的使用过程中，却需要使用到POS系统的定向参数，以保证模型恢复的顺利进行。

总结：随着航空摄影的工程化和规模化应用，航空摄影成果越来越多。航摄质量的优劣直接影响到航测工作中的影像匹配、像点坐标量算，影响数字线划图、数字高程模型等测绘成果的精度，影响正射影像图等后期成果的影像质量和效果，因此对如何进行航空摄影成果质量检查提出了挑战。

参考文献

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