光束法区域网空中三角测量技术与运用研究——以济南市矿产资源开发利用年度监测与评估为例

宋桂花

（山东建材勘察测绘研究院有限公司，山东济南 250000）

应用无人机倾斜摄影测量技术能够获取更完整丰富的地面物体信息，但需要融合多源数据获取纹理信息，光束法区域网空中三角测量技术能够在其中发挥重要作用，受到广泛关注。为了更好地利用光束法区域网空中三角测量技术，有必要探讨光束法区域网空中三角测量技术在项目中的具体应用。

1 光束法区域网空中三角测量技术应用路径

1.1 技术原理

随着无人机倾斜摄影测量技术的广泛应用，光束法区域网空中三角测量技术在我国测量领域的应用也日趋广泛。光束法区域网空中三角测量技术在应用中以像点坐标为原始观测值，以每张相片为单元，全区域的统一法方程式和误差方程式采用共线方程线性化建立，对每张相片所有待求点地面坐标和六个外方位元素整体解求，具有精度高、理论严密的特点，在非摄影测量附加观测值引入和估计系统误差方面具有出色表现，适合非量测相机和非常规摄影影像数据，在无人机倾斜摄影测量技术应用中的空三处理中表现极为突出。

具体应用流程中，确定影像的地面点坐标和外方位元素；做好法方程和误差方程的逐步建设；开展改化法方程求解；对相片外方位元素开展逐一求解；对待定点地面坐标值进行解算，基于空间前方交会完成解算，最终得到邻影像间公共点均值[1]。

1.2 空三测量流程

（1）建立区域网。

在开展测量前，需要做好摄影比例尺、航摄数据、像控点成果、相机参数文件、像控点布网略图、影像数据等资料的准备，开展空三区域网建设，输入航带、影像、控制点坐标等信息，更好地保障数据信息的准确性。

（2）加密分区要求。

结合实际情况分析测试区域，结合航摄分区、航摄方向，科学划分加密测区，需要有意识避开面积较大水域，不得出现像主点落水问题，科学控制加密分区大小。

（3）内定向。

内定向工作需要在传统框幅式相机应用时开展，通过测量框标，基于已知固定坐标系统进行数码影像纠正，可以同时消除形变带来的坐标误差，属于数字影像的航摄影像无须内定向。

（4）自动匹配。

结合测区划分及实际情况，参照具体匹配需求，按照多个子区划分测区并处理，需要保证一条航带重叠存在于各Block间，基于一条航带划分得到不同的Block时，需保证两张影像重叠存在于区域间。完成划分后，结合测区实际情况，以子区为独立项目开展参数自动匹配，分析匹配质量，需要做好模型、网内、网间连接，避免部分区域出现进度不均匀、不规则变形等问题。

1.3 技术应用策略

（1）构建区域网。

按照数字影像转换所有光学影像，融入航摄仪器检定数据，完成测区信息文件建立。输入地面控制点信息后，可以同时建立观测值文件。需在重叠的相邻航带间区域测定同名连接点，在数字扫描前开展分辨率检查，重点关注影像翻转现象。

（2）自动相对定向。

特征点选择需要在相邻两幅影像间重叠部分选择并提取，应选择均匀分布特征明显的特征点。局部影像匹配围绕各特征点进行，以此获取同名点，基于大量特征点，顺利完成高准确性的影像匹配。在定向解算过程中，清除粗差后再次计算，保证所有粗差排除。

（3）控制点影像库建设。

基于全数字化的摄影测量，必须重视控制点库的建设，以此提供信息数据支持，需重点关注控制点命名、影像信息、拉制点几何图形、地面坐标信息管理、控制点分带坐标等内容。

（4）误匹配点和粗差点清除。

相同判读信息的点会产生误匹配点，需及时将其清除。测量误差可以按照系统误差和偶然误差细分，可基于改进和调整数学模型处理具备一定规律的系统误差。

（5）控制点自动布设与测量。

控制点数据支持直接关系光束法区域网空中三角测量技术应用，高精度区域网平差直接受到控制点分布和数量的影响，需要结合光束法平差模型优选控制点布设方案。在控制点位置选择过程中，需要针对性分析区域分布情况，全面考虑影像中位置，保证其处于影像二度重合范围。基于航线方向，保证航带内的控制点处于其三度重合内，区域条件较好时，可以围绕九度重合区开展控制点布设。对较为复杂的控制点进行布设和规划时，需保证相关人员经验丰富[2]。

2 光束法区域网空中三角测量技术的具体应用

2.1 项目概况

以济南市矿产资源开发利用年度监测与评估作为研究对象，该项目的作业范围包括长清区、章丘区、平阴县，主要应用地形测量、矿区调查等技术手段，实地勘测矿山企业矿产资源开发利用现状，采矿权核查结合获取的矿区实际开采边界与标高数据完成，通过提供技术支持，满足矿政管理工作需要。项目工作的主要内容为通过野外调查、收集资料、地形测量等手段，明确实际开采范围，结合勘测数据与国土部门登记信息核查采矿权；结合采矿权开发利用方案与测量结果，对开发利用方案进行评价；实时勘测各矿山开采现状，对开采范围进行测量，为相关管理工作提供依据。

2.2 总体技术路线

项目采用2000国家大地坐标系、1985国家高程基准，选择高斯-克吕格投影、3°分带、中央经线117°，选择1∶2 000的成图比例尺，DLG基本等高距为2 m。项目主要采用无人机倾斜摄影测量技术，可以基于无人机对地物位置、外观、高度等属性进行真实反映，具备影像数据快速采集、三维建模全自动化、同时输出多种成果格式等特点。

项目开展前，负责测量的企业多次开展同类项目测量，无人机倾斜摄影测量技术的成果精度得到验证，能够满足项目测量需要，技术的具体应用流程可以概括为已有资料收集→生产计划制定→技术设计书编制/资源配置→确定技术负责人、项目负责人→航线设计→无人机摄影→空中三角测量→实景重建模型→数据采集→外业调绘→精度检验→过程检查→最终检查→成果提交验收。

2.3 技术应用要点

在光束法区域网空中三角测量技术的具体应用中，技术应用流程可概括为准备数据→新建工程→参数设置→多视角影像联合平差→多视角影响密集匹配→像控点添加→二次平差→平差报告输出→检查精度→空三成果。

在数据准备阶段，相片pos 信息基于软件ReadJpg GpsTool获取，经纬度pos信息由GpsTool软件转换，平面坐标系下的pos信息由GpsTool获取。在空三解算环节，将照片导入，通过实景建模软件相关参数设置，开展多视角影像联合平差和多视角影像密集匹配，得出空三成果。光束法区域网空中三角测量技术的应用需要得到Photo Scan软件的支持，倾斜摄影三维建模软件的自动化程度较高，能够满足区域整体实景建模需要，结合空三分布式计算机制，软件的计算效率较高，能够较好处理海量数据。将数据导入后，软件可以基于图像关系自动完成空间三角解算，涉及密集点云匹配、无缝自动纹理映、点云融合与构网等环节，顺利完成自动化的三维模型构建。结合连续二维图像，顺利实现实景三维模型的还原，可以在无须人工干预的条件下实现批量化的海量模型处理。

（1）影像预处理。

细致检查影像质量，保证影像不存在扭曲、变形等现象，修复不符合要求的影响，统一编号需结合规则围绕POS数据与影像开展。

（2）自动空三加密。

基于光束法区域网空中三角测量技术，对区域网应用光束法开展整体平差解算，可以顺利获取加密点成果。

（3）影像密集匹配。

采用高精度算法进行匹配，可以自动匹配影像中的同名点，从影像中抽取更多的特征点，通过得到的大量点云数据精确表达地物细节。

（4）纹理自动映射。

TIN基于点云构建，完成白模构建，结合影像，软件可以完成对应纹理的计算，在对应的白模上自动完成纹理映射，形成真实三维场景。

（5）表达与输出模型。

依托分层显示技术，分块计算输出测区模型，模型分块输出大小可以基于需要进行针对性设定。

（6）像控点布设。

案例采用GNSS-RTK方法，需要在航带间重叠位置均匀布设像控点，在复杂地形变化区域适当加密控制点个数，选择易于辨别的空旷无遮挡位置，保证地面平坦、无起伏，选择易保存的像控点目标，以“L”型标记像控点目标刺点，对像控点照片进行留取和文字描述，便于辨识使用。选择RTK测量法结合SDCORS网络测定相片控制点，取两次测定平均值，必要时应用引点法和支导线的方式对像控点平面位置进行测量，测量完成后开展精度统计。

3 结论

光束法区域网空中三角测量技术具备较高推广价值，文章分析影像预处理、影像密集匹配、纹理自动映射等内容，直观地展示技术的具体应用路径。为了更好地满足无人机倾斜摄影测量需要，需要重视大范围倾斜数据处理、多视影像密集匹配效率提升、倾斜数字成果拓展应用与多种技术集合应用。