解析空中三角測量的作業流程研究

趙俊羽

(昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明 650093)

解析空中三角測量的作業流程研究

趙俊羽

(昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明 650093)

介紹了VirtuoZo AAT軟件解析空三加密的主要流程，結合本次設計的區域進行解析中三角測量加密，總結出在作業過程中提高精度和作業效率的一些方法。解析空中三角測量的作業流程主要包括測區基本參數的設置、影像列表的建立、全自動內定向、確定航帶間的相對位置、自動提取連接點、連接點的編輯和PATB平差軟件的使用。論述了在使用VirtuoZo AAT軟件進行解析空中三角測量加密的過程以及在操作中可能出現的問題，提出通過精確刺點、多次加密等方法來解決，從而使測量精度得以改善。

解析空中三角測量;VirtuoZo AAT軟件;PATB;流程

解析空中三角測量是以像片上量測的像點坐標為依據，采用嚴密的數學模型，按最小二乘法原理，用少量地面控制點為平差條件，在電子計算機上解求測圖所需控制點的地面坐標。

VirtuoZo AAT空中三角測量是攝影測量生產中的關鍵步驟，它利用少量地面控制點來計算一個測區中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標。在傳統作業方式下，空中三角測量是一項非常乏味和耗時的工作:選擇、轉刺加密點，量測加密點和控制點的像片坐標，進行區域網平差，檢測并剔除粗差等等。VirtuoZo全數字攝影測量系統的影像配準算法具有可靠、快速和精確的優點。其中的AATM(自動空中三角測量)模塊除半自動量測控制點之外，其他所有作業(包括內定向、選取加密點、轉刺加密點、相對定向、模型連接和生成整個測區像點網)都可以自動完成。PATB光束法區域網平差程序具有高性能的粗差檢測功能和高精度的平差計算功能。所以，將上述兩個軟件的優點結合在一起，即VirtuoZo的AATM和PATB集成后就成為功能強大的VirtuoZo AAT軟件。

針對解析空中三角測量作業流程中存在的一些問題，筆者提出一些更簡便的方法，進一步提高內業加密速度、加密精度，使其所生成的高質量的航片及其副產品應用于更多領域及前沿產品。

1 解析空中三角測量作業流程

1.1 準備數據

1)設置參數。在 VirtuoZo系統中，測區(Block)的概念可以理解為一個區域，也可以是一個圖幅范圍內的所有像對，甚至只是一個立體像對。首先要建立一個測區，如圖1所示。

主目錄。輸入測區所在的目錄。此項在測區建立后變灰，用戶不能再進行修改(王佩軍等，2005)。

控制點文件。輸入控制點文件名?？芍苯虞斎肟刂泣c文件名，或單擊文本框右側的文件查找按鈕，選擇已建立的當前測區的控制點文件。其文件格式是:文件名.pas。

相機參數。圖2左部框標主要有三種情況:4個角框標，4個邊框標和8個框標。以4角框標為例，當用戶選中此項時，右方四個角上的文本框中的數字即可編輯，下面的列表中的框標名也將與之相對應，單擊列表中的任意欄即進入編輯狀態，可輸入相應的框標值。最后一列(enable)用于設定該框標是否參與內定向，“1”表示參與內定向，“0”表示不參與內定向。圖2右部對應的編輯欄中填入相應的像主點橫坐標值。對應的編輯欄中填入相應的像主點縱坐標值。Focal Length對應的編輯欄中填入相機的主距(常慶瑞等，2003)。

2)輸入外業控制點。當前的控制點文件格式是pas。表格輸入數據。用鼠標選中某單元，即可直接輸入或修改數據。其中 ID表示控制點的點號，X，Y，Z 表示控制點的 X，Y，Z 地面坐標(本系統采用右手系，向東為X軸，向北為Y軸)。

(3)影像格式轉換。

(4)建立測區影像列表。圖3中Strip為當前航線的航帶號，單擊箭頭進行選擇。

Group-no將當前的航帶分到某一組中，缺省情況下，測區中所有航線的組號都為1，當測區中存在交叉航帶時才需要分組。航線的組號設置是專門為解決交叉航線設置的。航線之間的航線偏移量的確定與普通航線之間的偏移量的確定是不同的(馮文灝，2004)。

圖3 影像列表Fig.3 Image list

1.2 自動內定向

內定向是數字攝影測量的第一步，數字影像以“掃面坐標系O-I-J”為基準，即像素的位置是由它所在的行號I和列號J來確定的，它與像片本身的像坐標系o-x-y是不一致的(張祖勛等，1997)。

內定向的目的是確定掃描坐標系和像片坐標系之間的關系以及數字影像可能存在的變形，數字影像的變形主要是在影像數字化過程中產生的，而且主要是仿射變形。因此掃面坐標系和像片坐標系之間的關系可以用下述關系式表示:

1.3 確定航線間的偏移量

為了在航線間自動轉點，程序需要知道航線之間的相互關系，航線間的偏移量就是用來確定航線之間的相互關系的。通常，確定航向之間的相互關系，只需在相鄰的航向之間人工量測數個同名點，這些點稱之為航線間偏移點。在普通航線之間和不同的航線組之間，對航線間偏移點的數量有不同的要求(朱肇光等，1994):①對于兩條普通航線，基本要求為在航線的頭尾各量測一個點，當航線比較長時，可以在航線中間再均勻的量測一個或多個點;②對于不同的航線組，基本要求為在兩個航線組的公共區域內，人工至少量測3個偏移點，而且要求這三個點不要分布在一條直線上(李德仁等，1994)。

1.4 空中三角測量自動轉點

自動轉點過程是一個非常復雜的過程，為了保證程序的正常運行，轉點過程記錄了大量的中間參數文件，并對轉點結果作了相應的備份。在測區目錄下，存放參數文件的目錄主要有四個:Relative子目錄，Backup子目錄，Work子目錄和Pyramid子目錄①JX4全數字攝影測量工作站操作手冊［Z］.http://www.jx4.com.2001.。分別記錄了模型的相對定向結果，單航線連接后每張影像的外方位元素，航線連接后每張影像的外方位元素，測區中每一張影像對應的金字塔影像。其中Backup子目錄在自動挑點結束以后就沒有了，可以刪除，空三加密后Pyramid子目錄中的金字塔影像也可以刪除。因此我們只需要詳細介紹Relative子目錄和Work子目錄中的參數文件內容②VirtuoZo AAT適普軟件工作手冊［Z］.http://www.supresoft.com.1998.。

2 空中三角測量加密

2.1 連接點的編輯

(1)增加連接點。增加連接點的時候要注意按照外業實測的控制點的具體位置加點。

(2)編輯連接點。點號顯示在窗口的最上方，在點號下方顯示了該點的三張同名影像，在每張影像的下方標注上相應的影像名，綠色的影像名代表該影像是基準影像，其他非基準影像的文件名是紅色的(圖4)。

2.2 PATB 的使用

在連接點編輯完成之后，要進行PATB平差進算。若Virtuozo AAT軟件之前沒有安裝PATB軟件，請先安裝此軟件。在安裝PATB的時候，也許會出現license can not be finded等的錯誤信息，其原因是沒有正確的安裝PATB或在安裝的時候少裝了某些文件，經過反復檢查，最終查出原因是PATB軟件的安裝許可證沒有裝，只需把PATB的許可證拷到VirtuoZo AAT文件夾、VirtuoZo AAT文件夾的bin子文件夾和PATB文件夾即可解決上述問題。PATB軟件可以正常使用。

3 出現的問題及解決方法

3.1 設置參數時出現的問題

(1)如果直接在VirtuoZo-AAT軟件中設置參數，會在設置控制點文件時出現錯誤提示致使無法進行以后的工作。所以在VirtuoZo V3.2里的設置測區里進行設置依次設置控制點文件夾、加密點文件夾、攝影比例尺。由于初次接觸此軟件經常會在Import Images的設置時會出現錯誤，此項的正確設置應該輸入所建立的測區目錄里而不是子目錄里。

(2)在建立相機文件時，應該注意相機文件中的焦距及坐標的輸入，其中輸入時不能出現空格及其他符號。

(3)在輸入外業控制點的時候，可以一個個的輸入，也可以直接打開控制點文件全部直接導入，在導入的時候有可能出現x，y坐標導入相反，致使后面不能生成模型。

(4)在建立影像列表，添加影像的時候，添加影像的順序顛倒使模型連接的時候出現錯誤。模型之間無法正常連接，出現孤立的模型。

3.2 流程中出現的錯誤及解決辦法

(1)建立框標模板。內定向之前必須建立框標模板，以確保以后可持續內定向。如果不進行框標的建立就會導致沒有足夠的框標進行內定向。在內定向的時候出現“×”號表示內定向精度很差或自動內定向失敗，必須人工交互處理。通常出現這種情況時采用微調各個框標的位置，使其略為偏離框標，使內定向中誤差滿足規定的要求。這種“湊成果”是很危險的，因為關系到從掃描坐標系到像片坐標系變換的精度，會給最后的平差結果帶來嚴重的系統誤差，從而影響平差的精度。

(2)內定向出現的錯誤。相對定向的結果是建立立體模型，其精度對整個作業過程影響極大。好的相對定向結果會帶來好的定向結果，相對成功率高，測圖時沒有視差，立體感好，因而要高度重視相對定向。相對定向既可自動進行，也可采用手動完成。若相對定向結果點數少，可能有以下幾個方面的原因:①左右像片順序是否反了;②內定向對原始影像的掃描方向是否安置正確;③重疊度、地區類輸入是否有誤;④相機文件、特別是焦距是否有誤。

圖4 連接點的編輯Fig.4 The connection point of editing

相對定向既可自動進行，也可手動完成。相對定向一般采用自動方式，僅在特殊地形相關匹配點少于6個的情況下才采用手動完成。核線重采樣主要是恢復原始影像。相對定向完成后就可以建立一個沒有上下視差的理想像對，絕對定向，自動獲取DEM及向量測圖都將在核線影像對上完成。由于是立體相對作業，只在重疊范圍內作核線糾正，所以核線影像大約為原始影像的65%。在攝影測量中，相對定向所建立的立體模型常處在暫時的或過渡性的模型坐標系中，而且比例尺也是任意的。

(3)確定航線偏移量。確定航線偏移量是為了確定兩條或多條航線之間的相互關系，在量測同名像點時必須精確量測，否則會影響以后的轉點及平差精度。

(4)自動轉點的錯誤。在自動轉點的過程中，模型連接時出現錯誤。第一類是模型連接完全失敗，此時模型連接的中誤差為RMS=1000;第二類是模型連接中誤差過大，超過了程序缺省的模型連接限差。

3.3 編輯連接點時出現的錯誤

(1)在添加連接點的時候，以一張像片為基準，進行加點，之后應該采用手動匹配，如果利用自動匹配，可能會因為預選點在實地不存在而引起誤差，導致在其他的影像中并不存在此連接點。

(2)在加點的時候，尤其是在地面上無明顯標志的時候。此點有可能選在平房的房角或路燈等有厚度的物體上，此時內業加點切點時。如特別是在房角上加點要注意房角的外側還是里側。因為如果內業加的點與外業實測點的位置不一致會導致最后平差計算的時候模型扭曲，點位不在所測的實際位置。

(3)連接點的編輯錯誤。在做內業與外業的時候一定要同步，否則外業測完的控制點位置。最終致使外業所測的點位與內業加點的點位不一致，致使平差計算誤差較大，模型扭曲，影響加密點的坐標位置。

(4)未生成加密點文件。在進行手動加點的時候，不應該直接交換編輯里的加點。而應該先設置手動加點，否則會在加點完成之后，并不產生加密點文件，或者產生部分加密點文件，在加密點文件里面只有多加點的坐標，卻沒有自動生成加密點坐標。

4 結束語

經過以上對解析空中三角測量作業流程的研究得出以下一些有意義的結論:

(1)在進行外業選點之前，應盡可能在室內進行預選點，而且要在計算機上進行，可以同時看到多張像片之間的影像關系，以便于外業實地選點，并有利于大量減少外業工作。

(2)在輸入控制點的時候，一種比較簡潔的方法是把整個控制點文件直接添加到列表框中，可以減少內業的操作步驟。

(3)在建立影像列表時，應當注意添加影像的順序，必須按航帶的飛行順序，避免平差計算后出現模型扭曲。

(4)在解析空三加密的過程中，尤其是在加點的時候會在航測像片上加點，此時用光標切點必須嚴格切點。如在房子的房角切點時，因為房子是有厚度的，一定要和外業實測的點位相吻合。如在切路燈的時候一定要切在路燈的頂部，不要切在路燈的根部，因為根部的點位坐標是不同的，會影響加密精度。

常慶瑞，蔣平安，周勇，申廣輝，等.2003.遙感技術導論［M］.北京:科學出版社.

馮文灝.2004.工業測量［M］.武漢:武漢大學出版社.

李德仁，金為銑，尤兼善，等.1994.基礎攝影測量學［M］.北京:測繪出版社.

王佩軍，徐亞明.2005.攝影測量學［M］.武漢:武漢大學出版社.

張祖勛，張劍清.1997.數字攝影測量學［M］.武漢:武漢大學出版社.

朱肇光，孫護，翠炳光，等.1994.攝影測量學［M］.北京:測繪出版社.

Analytical Aerotriangulation-engineering Research

ZHAO Jun-yu
(Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming，YN 650093，China)

This paper is to study the processes of Analytical aerotriangulation.Combining the territory of designing in this paper of photogrammetry-based theory of knowledge is to the air encryption.Then it introducts the major process of the air triangulation analytical in the VirtuoZo AAT software and its principal.Meanwile it sums up some ways to improve the accuracy of actual operation and using the VirtuoZo AAT sofftware to the air encryption.Analysis of aerial triangulation processes are very important，which contains the basic parameters of the test zone settings，images of the establishment of the list，with automatic orientation，established with flights between the relative position，automatically extract connection point，the connection point of editing and the use of PATB.This article discusses the use of analytical software VirtuoZo AAT air encryption process and the possible problems，through the precise point，multiple stab encryption and other methods to solve the above question.So we put forward some useful proposals.

analytical aerial triangulation;VirtuoZo AAT software;PATB;flow

P231.4

A

1674-3504(2010)02-178-05

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.02.012

2009-03-04

趙俊羽(1985—)，女，碩士研究生，主要從事土地資源管理。E-mail:zhaojunyu1986@163.com