航空攝影測量POS模擬方法研究

鄧繼偉　吳　昊

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300251)

Research on the POS Simulation of Aerial Photogrammetry

DENG Jiwei　WU Hao

航空攝影測量POS模擬方法研究

鄧繼偉吳昊

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300251)

Research on the POS Simulation of Aerial Photogrammetry

DENG JiweiWU Hao

摘要針對無POS輔助航空攝影測量項目空三加密困難的問題，依據(jù)航空攝影測量航空攝影重疊度計算理論，提出POS模擬方法。該方法能較為精確地進行空三加密文件的初始化，從而提高影像自動匹配的成功率，對提高空三加密效率和精度具有很強的實用性和必要性。相應(yīng)研發(fā)的軟件不僅能應(yīng)用于幾類國內(nèi)外空三加密軟件的加密文件初始化，也可以用于航空攝影測區(qū)影像飛行質(zhì)量的檢查。

關(guān)鍵詞航空攝影測量POS模擬空三加密

航空攝影測量技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，已成為新建鐵路、新建公路選線和設(shè)計所需帶狀地形圖成圖的重要手段之一。一般來說，從航空攝影到基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品的獲取包括航空攝影、地面控制、空三加密、內(nèi)業(yè)測圖等幾個階段。其中，空中三角測量是攝影測量的關(guān)鍵步驟，它利用少量地面控制點將整個區(qū)域網(wǎng)連接成一個整體，通過區(qū)域網(wǎng)平差，計算一個測區(qū)中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標，用于模型定向以及后續(xù)4D產(chǎn)品的生產(chǎn)?？罩腥菧y量是攝影測量內(nèi)業(yè)工作的核心，空三加密的精度高低和速度快慢直接影響到整個作業(yè)的精度和效率。

常規(guī)的空三加密辦法是在空三加密開始就加入外控成果，運用外控成果進行定向初始化，這樣能較為準確地恢復(fù)像片的相對位置和攝影姿態(tài)，從而有利于提高匹配的成功率和匹配點的量測精度。實際生產(chǎn)過程中，通常都是航攝過程中甚至航攝完成后才進行外控成果的采集，外業(yè)采集外控成果通常需要一定的時間。在項目任務(wù)工期要求比較緊的時候，運用常規(guī)辦法進行空三加密，工期就將推遲，從而影響整個航測成圖。為了縮短在空三加密工序中的時間，通常在外業(yè)進行外控成果采集的同時，內(nèi)業(yè)在自由網(wǎng)下進行加密，待外業(yè)成果采集完成后再加入外控成果進行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)立解算，從而完成空三加密工作。

相對定向時，在沒有外控成果的情況下，自動量測模型連接點的成功率是比較低的，進行連接點影像匹配時將不會很準確，建立的立體模型精度也不會很高。只有在影像質(zhì)量比較好、拍攝姿態(tài)比較穩(wěn)定以及測區(qū)地形比較平坦時，自動量測模型連接點的成功率才比較高；但同樣有很多點位需要重新調(diào)整，剔除粗差和修改工作量也比較大。在這種情況下，空中三角文件設(shè)置時，給出的航片初始外方位元素的精度尤為重要，較為準確的加密初始化文件不僅能提高自動匹配的成功率，而且也能減少加入外控成果進行平差時的錯誤率。例如利用SOCET SET進行加密時，空三加密文件初始化的航高、平均地面高程以及重疊度的給定合理與否直接造成連接點匹配成功率成倍的增加或減少，給空三加密工序帶來極大的影響。從以往的空三加密經(jīng)驗可知，在沒有POS數(shù)據(jù)的航攝項目或者POS無法解算的航攝項目中，空三工程的建立及空三匹配都十分困難，嚴重影響數(shù)據(jù)后續(xù)處理的效率，在此類項目中能否較為精確地進行POS數(shù)據(jù)的模擬變得尤為重要。

綜上所述，深入進行POS模擬相關(guān)工作的研究對空三加密具有很強的實用性和必要性，將研究成果直接運用于實際的航測項目生產(chǎn)，對提高工作效率有重要的價值和意義。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1　影像的顯示、瀏覽與交互操作

根據(jù)工程處理速度和顯示效率的需要，將測區(qū)內(nèi)的影像按比例生成縮略圖，縮略圖的比例根據(jù)影像實際大小和顯示效果，由作業(yè)員自行決定。

可以同時打開一幅或多幅數(shù)字攝影工作站常用格式的數(shù)字影像，在選擇影像的同時獲取影像的相關(guān)信息，如影像的高度、寬度、波段數(shù)等，并能設(shè)置影像的縮放比例，并顯示預(yù)覽圖。顯示過程中，影像可以實現(xiàn)半透明顯示，并能隨時調(diào)整影像顯示的透明度。

打開影像后，可以對選中的影像實行平移、旋轉(zhuǎn)及調(diào)整透明度等功能，可以通過點擊影像屬性條節(jié)點或者通過影像控制臺實現(xiàn)。處理影像時，可以通過鼠標點擊拖拽的方式，也可以通過直接輸入偏移量的方式進行。

1.2　簡易POS模擬

在測區(qū)影像飛行質(zhì)量較好的情況下，測區(qū)飛行比較均勻規(guī)則，基本按航線設(shè)計重疊度、設(shè)計航高飛行，為了提高空三初始化速度，可以采用該模塊。首先建立測區(qū)信息，設(shè)置好航帶相對位置關(guān)系，以及每條航帶內(nèi)影像位置關(guān)系，設(shè)置好航向、旁向重疊度，航攝絕對航高、平均地面高、影像信息(影像高度、寬度、內(nèi)方位元素等)[1，2]。

bX=LX(1-pX)

dY=Ly(1-qY)

式中bX——像片上的攝影基線長度/mm；

BX——實地上的攝影基線長度/m；

dY——像片上的航線間隔寬度/mm；

DY——實地上的航線間隔寬度/m；

LX、LY——像幅長度和寬度/m；

qX、qY——像片航向和旁向重疊度(以百分比表示)；

f——焦距/mm；

H——攝影航高/m。

簡易POS模擬軟件界面如圖1所示。

1.3　精確確定影像相對位置關(guān)系

精確確定影像相對位置關(guān)系分成兩種方式：第一種為手動鼠標拖拽的方式實現(xiàn)影像的旋轉(zhuǎn)平移等操作，從而確定影像間相對位置關(guān)系，具有較強的直觀性和交互性。第二種方式為手工精確選取相鄰影像間的兩個或兩個以上同名點，計算出影像間的旋轉(zhuǎn)偏移參數(shù)，實現(xiàn)相鄰影像間的相對位置關(guān)系確定。

第一種方式為客戶區(qū)可視化影像操作，精確計算外方位元素。通過手動鼠標拖拽的方式實現(xiàn)影像的旋轉(zhuǎn)平移等操作，從而確定影像間相對位置關(guān)系，具有較強的直觀性和交互性。

第二種方式為選取影像間同名點，精化外方位元素初始化。首先根據(jù)航線信息，建立好測區(qū)影像組織工程，然后在影像定向處理界面下導(dǎo)入影像組織工程，選取同名點并進行相關(guān)計算(如圖2、圖3所示)。

2軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1　POS模擬軟件作業(yè)流程

根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)中的思路，軟件共提供三種POS模擬方式，分別為通過客戶區(qū)交互式影像操作模擬POS數(shù)據(jù)，制定影像組織工程，然后通過選取影像間同名點模擬POS數(shù)據(jù)，通過測區(qū)及飛行數(shù)據(jù)簡易模擬POS數(shù)據(jù)等。POS模擬軟件作業(yè)流程如圖4所示。

2.2　POS模擬軟件模塊介紹

POS模擬軟件共分為三大模塊：影像處理模塊、POS模擬模塊及成果輸出模塊，系統(tǒng)組成框圖如圖5所示。

3實例分析

為了驗證所述算法的可行性，將軟件在山西某鐵路專用線初測項目中進行了試用，該項目中使用的是無人機航飛，相對航高為750 m，平均地面高為1 020 m。本次試驗使用選取影像間同名點進行模擬POS的方式，模擬出來的POS數(shù)據(jù)如表1所示。

表1中，選擇了三條航線的其中部分片子進行示例，利用模擬出來的粗略POS數(shù)據(jù)，使用INPHO攝影測量系統(tǒng)進行空三加密，取得了較好的效果。

隨后又在河北某地區(qū)正射影像項目中進行了試用，利用該軟件模擬出的POS均能滿足空三加密軟件匹配所需的影像初始外方位元素的精度要求。實踐證明，該方法具備可行性，并能大幅提高空三匹配效率，減少人工添加同名點工作量。

4結(jié)束語

在無POS輔助的航空攝影測量項目中，依據(jù)航空攝影測量航空攝影重疊度計算理論，采用軟件對常用空三加密文件進行初始化；利用人工交互對測區(qū)影像進行相關(guān)操作的方式進行測區(qū)POS數(shù)據(jù)的模擬，從而解決空三加密文件初始化精度差的難題。

該POS模擬方法的研究，明顯提高了無POS輔助航空攝影測量空三加密效率。相應(yīng)研發(fā)的軟件不僅能應(yīng)用于常用幾類國內(nèi)外空三加密軟件的加密文件初始化，也可以用于航空攝影測區(qū)影像飛行質(zhì)量的檢查，具有廣泛的應(yīng)用前景，效益明顯。

參考文獻

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中圖分類號：P231

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0016-03

作者簡介：第一鄧繼偉(1986—)，男，2010年畢業(yè)于武漢大學攝影測量與遙感專業(yè)，工程師。

基金項目：鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司基金支撐項目(821419)

收稿日期：2015-05-18