空中三角测量 [自动空中三角测量问题分析与探讨]
自动空中三角测量问题分析与探讨
摘要：本文介绍了自动空中三角测量在实际生产中的应用及作业步骤，并根据作者多年实践经验比较详细介绍了自动空三加密时遇到的问题及解决方法。
关键词：自动空三；内定向；相对定向；区域网平差；问题分析；解决方法
Abstract: this paper introduces the automatic air triangle measuring in the practical application and operating procedure, based on the author many years of practical experience more detailed introduces automatic empty when three encryption problems and solving methods.
Keywords: automatic three empty; Interior orientation; Relative orientation; Regional network adjustment with; Problems analysis; solution
中图分类号：P221+.1文献标识码：A 文章编号：
随着计算机技术及摄影测量理论的发展，摄影测量已从传统的模拟、解析摄影测量迈入全数字摄影测量时代。全数字摄影测量系统中空中三角测量成为自动化程度最高的一道工序。目前国内外各种数字摄影测量系统都推出了自己的自动空中三角测量模块（简称自动空三）。
所谓自动空中三角测量就是利用模式识别技术和多影像匹配等方法代替人工在影像上自动选点与转点，同时自动获取像点坐标，提供给区域网平差程序解算，以确定加密点在选定的坐标系中的空间位置和影像的定向参数。自动空三的特点是：①、自动化程度高，作业效率高。②、高效可靠的剔除粗差。③、加密精度高。④、可以自动处理包含交叉航线和分断航线的复杂测区。
自动空三在理想状态下可以自动内定向、自动相对定向、自动模型连接、半自动区域网平差解算，最后输出加密点坐标。但由于各个测区情况不同，程序在每个模块运行时都会出现一些问题。本文将结合VirtuoZo AAT阐述光束法区域网平差解算软件V-AATM+PAT-B作业过程中经常出现的问题及解决办法。
1、建立区域网
首先需将整个测区的光学影像（航摄影像）逐一扫描成数字影像 (DMC、UCD、ADS80等等数字航摄影像除外)，然后根据航摄仪检定数据，建立摄影机信息文件、地面控制点坐标文件和影像列表文件。需要注意的是建立摄影机文件时，必须正确分析航摄时的飞行方向后，再输入内方位元素（航摄仪焦距f、像主点坐标X0,Y0）。
2、自动内定向
自动内定向是通过对影像中框标点的自动识别与定位来建立数字影像中的各像元行、列数与其像平面坐标之间的对应关系。通过这一步基本上消除了像片因扫描、压平等因素导致的变形。VirtuoZo AAT软件会自动内定向，自动内定向后软件会指出有问题的的像片，其中“√”表示内定向精度符合要求，“？”表示内定向精度较差需要检查，“X” 表示内定向精度很差或自动内定向失败。(DMC、UCD、ADS80等数字航摄影像没有框标点，软件会自动形成内定向文件。)
2.1、内定向结果显示“？”或“X”原因及解决方法：
2.1.1 因为TIFF影像的四角框标或四边框标影像不是很清晰，软件只自动识别三个框标，造成内定向精度较差。需重新检查和人工调整四个框标即可通过内定向。
2.1.2因为扫描时四角框标未扫描完整或扫描后框标模糊，计算机不能正常识别，造成内定向失败。或因为影像在数据传输过程中，由于空间不足等各种原因造成TIFF影像部分丢失，内定向失败。重新拷贝或扫描影像数据后，再重新计算即可通过内定向。
2.1.3底片在存放过程中由于各种原因底片四边变形或扫描时底片未压平造成影像数据四边长度不等，造成内定向失败。重新扫描底片后，再计算即可通过内定向。
2.1.4如果测区内定向结果大部分都显示“X”，则要检查建立摄影机文件时航摄仪焦距输入错误或者航飞质量是否合格。
3、自动相对定向
自动相对定向是用特征点提取算子从相邻两幅影像的重叠范围内选取均匀分布的明显特征点，并对每一特征点进行局部多点松弛法影像匹配，得到其在另一幅影像中的同名点。如果影像灰度正常，大多数影像都会自动通过相对定向，各个测区地貌不同，在自动空三时，经常遇到自动相对定向失败的问题。
3.1、自动相对定向失败，最常见的情况如下：
3.1.1影像灰度相近或相反旋偏角大等原因
因为像对的两张影像本身灰度值相近，如高山地、被大面积相同植被覆盖、大面积灰度相近的旱地、沙漠等地貌，自动相对定向都很难通过。
b、因为扫描参数设置问题或航飞时飞机的摄影角度不同，其中一片背光色调变黑或反光变白，另一片则是自然色调（如遇到高山或大面积水田等地貌）
造成像对的两张影像灰度反差过大，自动相对定向都很难通过。
c、因为航摄质量不好旋偏角较大，程序自动选相对定向点时，是根据像片坐标系和灰度值选点，如果旋偏角较大，灰度值相同地物点，像片坐标系坐标值会相差很大，结果程序无法选出相对定向点，即相对定向失败。
解决方法是进行人工干预，可根据不同原因分析重新扫描底片或利用photoshop等影像处理软件，使色调失真的影像接近自然色调后，重新建立没有自动通过的像对，尽量在标准点位上找明显目标点（最少选择六个点），再进行自动相对定向，删除超限点位，如果剩下的相对定向点少，则需要继续加点反复计算，即可通过相对定向。
3.1.2 测区影像列表建立错误
一条航线影像重叠顺序是135、134、133、132，而影像列表按132、133、134、135顺序建立，结果像对没有同名影像，程序无法自动选相对定向点，需要把影像列表改正确重新计算即可自动通过相对定向。
4、自动模型连接
模型连接是对每幅影像中所选取的明显特征点，在所有与其重叠的影像中，利用核线（共面）条件约束的局部多点松弛法影像匹配算法进行自动转点，并对每一对点进行反向匹配，以检查并排除其匹配出的同名点中可能存在的粗差。
相对定向通过后,如果模型连接没有自动通过，原因及解决办法如下：
像对的相对定向是模型连接的基础，个别像对虽然自动相对定向已经通过，但相对定向点太少，造成所选的模型连接点中误差超限，即模型连接失败。解决方法：如果132-133-134模型连接没有自动通过，重新进入132-133和133-134两个模型的相对定向，均匀加一些相对定向点再作模型连接计算，即可通过模型连接。或可以进入交换编辑界面，人工在133影像标准点位处最少选三个目标明显的模型连接点，再返回模型连接计算即可通过。
5、像控点的半自动量测区域网平差
自动空三区域网平差时，要求在测区内设立足够的地面控制点。当今，几乎所有的数字摄影测量系统都只能由作业员直接在计算机屏幕上对地面控制点影像进行判识并精确手工定位，然后通过多影像匹配进行自动转点，得到其在相邻影像上同名点的坐标。经过这种人工读取外业控制点后，进行绝对定向，即区域网平差。区域网平差结束后，就可以输出加密点的坐标，结束了自动空三工作。
区域网平差一般表现为外业像控点误差超限。原因及解决方法如下：
5.1、模型连接点少，导致像控点误差超限。
在自由网平差时，程序自动删除误差较大的模型连接点，造成个别像片上缺少模型连结点，导致加密区域网变形像控点误差超限。解决方法：自由网平差后，在交互编辑中加模型连结点，必须保证每张影像在标准位置上最少有3个3片重叠连结点，与上下航线最少各有一个6片重叠点。
5.2、内业作业员对像控点点位观测判读错误，导致像控点误差超限。
由于各个测区地貌不同，外业在布设像控点时，找不到点位明显的地物点，把像控点布设在路中心或土坎角等位置，内业作业员观测时很难找到外业布点位置，造成内业观测与外业布点位置不一致。或者即使外业像控点目标明显，内业作业员观测不认真，也可造成观测错误，导致控制点误差超限。解决办法：内业认真判断，理解外业说明，外业控制点点位目标不明显可反复预测判读。
5.3、像控点目标改变：
①、外业布设像控点时，布设目标与航摄时发生变化（如航摄时墙高1米，布像控点时墙已加高成1.5米）。②、因为像片影像很小，外业人员在实地刺点时刺错或刺偏点位。③、外业人员有时方向辨别错误，说明把东南角说成西南角。内业作业员遇到以上几种情况还按像控点刺点说明和略图观测，会导致像控点高程或平面超限。解决的方法：及时与外业参与作业的像控人员沟通，认真分析，观测正确位置。
5.4、区域网变形
由于各个测区情况不同，每个加密区的大小形状也不同，区域网形状不规则，致使部分像控点误差按一定规律超限。这种问题解决时可以把按一定规律超限的部分控制点放在一组，使这一组缩小限差放大权值平差计算即可（前提是像控点坐标和内业观测都正确）。
5.5、区域网平差时经常会出现程序不运行或退出平差界面，原因可能是①、像控点不是数学坐标。②、像控点坐标文件中有重点号。③、像控点没有分组号。④、个别像控点有大错。⑤、个别模型或个别航线没有连接成功。
6、结束语
在加密过程中，原始资料一定要使用正确。内定向是空三加密的基础，相对定向和模型连接关系到整个加密区域网的稳固程度和加密出多少个点，直接关系到下工序精度，读取像控点更是加密中重中之重。自动空三加密虽然是自动化程度较高的工序，但还是离不开人工干预。加密这道工序，读错一个像控点，不仅会影响一个加密区精度，甚至可以影响到一个工程建设。所以要认真判读像控点点位，分析误差情况，提高自动空三加密精度。
参考文献： [1] 空三使用指南武汉适普软件有限公司 [2]张剑清、潘励、王树根 摄影测量学 . 武汉测绘科技大学,2003.6