自动空中三角测量技术探讨

赵越

摘要：自动空中三角测量作为数字摄影测量技术的主要内容之一，不仅能省略传统空中三角测量中大量的选点、转点、刺点等工作，而且极大提高了测量的工作效率，而且还具有量测精度高、易于重复观测等多种优势，因此在我国航测内业中得到了广泛的普及与应用。本文对航测内业自动空中三角测量应用技术进行分析。

关键词：自动空中三角测量；GPS/IMU辅助空中三角测量；技术应用

1空中三角测量概述

空中摄影测量作为摄影测量的一个分支，从技术处理角度可以将其分为模拟法摄影测量、解析法摄影测量和数字摄影测量。摄影测量技术是随着摄影测量仪器的发展而从模拟摄影测量发展到解析摄影测量阶段，再到数字摄影测量阶段。空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量野外实测的地面控制点，在室内确定全部影像的外方位元素，加密后续测图等工作所需要的内业控制点，求得内业控制点的平面坐标和高程的测量方法。这些需要解求的内业控制点称为加密点，空中三角测量实际上就是解求加密点三维坐标的过程，通常将这一过程称为空三加密。空三加密首先要进行的是对加密测图控制点的设计，再采用空中三角测量方式，对控制点的平面坐标与高程进行测定，并且以这些控制点作为测图基准，在进行地形图测量时，可以通过全能法、微分法、综合法进行测量。全能法是建立地面模型之后，用交会的方法进行测图，在模型中进行平面位置、高程等数据的测定，这种地图获取的方式较为适合难以实地测量的山地等地形复杂的地区。微分法也被称为分工法，是将测量平面位置与高程等工作进行分工的测量方式，在测量的过程中，通过不同的测量手段针对不同数据进行测量，这种测量方式较为适合丘陵地区的测绘。

2自动空中三角测量流程

空三加密过程分为两种，一种是单个测区的空三加密，另一种指的是两个或多个测区的空三加密过程。单个测区的空三加密，按照VirtuoZo AAT软件中空三菜单的顺序，一步步往下进行就可以，但是过程比较繁琐，要求工作人一定要仔细耐心，按要求一步步进行，不能随意而为。多个测区的空三就需要进行接边，建议的方法是每个测区分别进行空三，然后将测区文件导入进行接边，最后拼接成整个测区，整体进行PAT-B平差，检查有没有明显的错误，调整后输出平差报告，完成空三。下图为空中三角测量的流程图。

3自动空中三角测量技术在航测内业中的具体应用

3.1自动空中三角测量技术应用方面

（1）构建区域网。首先，逐一将整个测定区域内的光学影像扫描为数字影像，再通过输入航摄仪检定数据建立相应的测区信息文件；然后，输入地面控制点信息等建立原始观测值文件；最后，在相邻航带的重叠区域内测定一对以上的同名像点。需要重点注意的是，数字影像扫描时其扫描分辨率必须设置正确，并检查影像是否存在翻转。

（2）自动内定向。内定向是数字摄影测量的第一步，其目的是确定扫描坐标系与像片坐标系之间的关系，以及确定数字影像是否存在可能的仿射变形。首先，根据各种框标所具有的对称性和倍数旋转不变性的特点，对每种航摄仪建立相应标准的框标模板；其次，通过模板匹配算法对各框标点进行自动快速识别与定位；最后，以各航摄仪检定的理论框标坐标值为基础，利用相似变换算法或者二维仿射变换算法，解算得出影像元坐标与点坐标之间的各自变换参数。

（3）自动选定、自动相对定向。首先，从相邻两幅影像的重叠范围之内，选择具有明显均匀分布特征的点位作为特征点进行提取，并对每个特征点进行局部影像匹配，从而得出另一幅影像中的同名点。为了确保影像匹配的高可靠性，要求所选择的特征点应足够多；其次，做相对定向解算，并对解算结果剔除粗差后再重新计算，直到解算结果不含粗差为止。

（4）地面控制点的半自动量测。目前，利用软件系统仍然无法准确量测地面控制点的影像坐标。在航测内业中，多是由作业员先对地面控制点影像坐标进行判别和手工精确定位，然后再进行多影像匹配和自动转点。

3.2 GPS/IMU輔助空中三角测量技术应用

从以上自动空中三角测量的作业过程中可以发现，虽然利用数字摄影测量软件，可以实现航测内业中选点、转点、刺点等工作的全自动化处理，从而极大提高了航测内业作业的效率。但是对于区域网中的地面控制点，仍然缺乏有效的算法对其影像坐标进行自动定位。近年来，随着GPS技术的发展，利用GPS/IMU辅助空中三角测量，使最大限度减少或不使用地面控制点进行空中三角测量成为了可能。它是利用载波相位GPS动态定位技术，获得航摄仪曝光时刻摄影中心的三维坐标，利用IMU（惯性测量装置）则可以获得航摄仪曝光时像片的三个姿态角，然后再将其作为观测值参与到航测内业空中三角测量的计算中。利用GPS/IMU辅助空中三角测量，能在满足现行航测加密精度要求的基础上，最大程度的减少或不使用地面控制点进行空中三角测量，从而达到了提高内业作业效率，降低作业成本以及缩短航测成图周期的目的。经过多年以来的理论研究与生产实践，我国已经形成了相对完善的利用GPS/IMU辅助自动空中三角测量的理论，并自行研发了两套能够利用GPS/IMU辅助空中三角测量技术的加密软件系统，分别是WuCAPS和Geolord-AT，在实际应用中均取得了较好的效果。

4结语

综上所述，自动空中三角测量作为数字摄影测量技术的主要内容之一，它不仅极大提高了测量的工作效率，而且还具有量测精度高、易于重复观测等多种优势。随着数字摄影技术以及计算机技术的发展，与自动空中三角测量技术相关的应用理论和软件系统必将得到进一步的发展与完善，在我国航测内业生产中也将得到更为广泛的普及与应用。

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（作者单位：辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司）