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航空摄影测量中的立体模型重建

摘要本文描述的是现代航空摄影测量的操作问题和基本的技术需要。当立体模型重建时，利用航空摄影测量中的外方位元素决定摄影测量点的精度和在对应的模型点中的Y-视差分析。真正的航空摄影，在图像的比例，由1:2 500至1:6 0000，与DGPS/IMU的数据来源于各种地形，在中国由我们的POS-支持的大型区域网平差计划WuCAPS处理。实证结果证实来源于大型区域网平差的外方位元素的精度符合地形勘测规范的要求。然而，通过POS确定的外方位元素的精度不能满足地形勘测规范的要求。

关键词空中三角测量（AT）；GPS（全球定位系统）；POS（定位和定向系统）；立体模型重建；地面控制点（GCPs）；精度

导言

航空摄影测量是从空中影像获得关于地球表面的三维空间信息的科学和技术。摄影点的决定，其中通过使用图像找出地面对象，是依据识别物体的遥感。并且问题的关键是迅速和准确地确定图像的位置和行为上的即时影像。通过基于分布式地面控制点的空中三角测量满足这一目标。

随着空间定位技术的发展，遥感技术和计算机科学，以及空中三角测量的演变和发展走向没有地面控制点的数字化勘测。早在1950年，摄影科学家就开始研究如何利用各种辅助数据，以减少地面控制点的需要。然而，由于技术的局限性，方法没有变成现实。直到20世纪70年代，出现了美国的全球定位系统（GPS），在航空摄影过程中人们仅得到通过载波相位差分全球定位系统（DGPS）技术来

确定曝光驻地的位置(即航摄照片的三个线性元素)，用于执行空中三角测量（简称GPS-支持AT）可以减少摄影对地面控制点的依赖，缩短测绘周期；并降低生产成本，在摄影测量的领域触发革命。然而，GPS-支持AT在空中摄影测量的操作是有利的，主要是在浩大和困难的区域，在中小型的比例尺，而不是带状区域和城市大比例尺测图。在20世纪90年代，人们开始探讨采用GPS/lNS集成系统(也称POS)获取照片的位置和姿态(即利用GPS获得曝光驻地的位置，由IMU获得图像姿态元素)，目的是照片的定向，最终目标是取代区域空中。三角测量程序。

现代数字摄影测量学在4D产品(DEM，DOM，DLG，DRG)的自动化的生产和空间数据库的更新中将扮演一个重要角色。本文将介绍航空摄影测量学和相关的技术需要在当前的操作应用，特别是，摄影信息链的几何定位精度可从照片方向到立体模型重建获得，旨在探讨4D产品生产的可实行性。人民希望这项研究的研究结果可以在国土普查，地图测绘和基础地理信息采集方面为航空摄影测量的操作提供指导。

1 现代航空摄影测量的模式

现今，航空摄影测量主要有三种模式，即标准的航空摄影测量、GPS-支持航空摄影测量和POS-支持航空摄影测量。它们主要程序如图1所示。

从图1，我们可以了解到，区别这三种模式的方法主要是如何获取的航摄照片以及照片的方向。对于标准空中三角测量，它是通过区域空中三角测量的大量地面控制点获得模型定向点的坐标来完成图像的定向。对于GPS-支持AT，在航空照片获得的过程中，动态GPS定位是用来代替地面控制点以确定曝光中心的位置和获得该模型定向点的坐标，然后用于纠正图像的方向。对于POS-支持AT，图像和它们对应的方位元素(图像的六个外方位元素)都是已获取的，用于了解在曝光时刻几何反演摄影存储的空间位置和姿态。

2 相关技术要求

2.1 空中摄影

在现代航空摄影，为了提高获得的图像质量，除了新增飞行控制系统到空中摄影机以外(例如ASCOT，CCNS4，空中跟踪系统)，当采取GPS空中摄影和在照相机上安置POS系统进行DGPS/IMU空中摄影时，方法还包括牢固黏附与照相机的一台GPS接收器。根据空中摄影的不同的模式，我们可以制定一个负责计划如图2所示。

2.2 地面控制计划

在数字摄影测量工作站，空中三角测量进行了理论上的最严格的大型区域网平差，但为了获得照片最佳的传输点的坐标和方向的外方位元素，地面控制计划的设计应如图3所示，即不同模式的空中摄影。

2.3 数字映射

从理论上说，在得到准确的内外方位元素的图像之后，可衡量的立体模型可利用模型重建恢复，其中我们可以做地形的测绘以及物体的自动运行。然而，目

→立体像对的相对定向→单一前的四维产品的生产工艺是：单张照片的内定向

→立体模型的测绘。该方法的模型只有通过POS-支持的航空摄模型的绝对定向

影测量直接地理参考恢复。

3 实验和分析

航摄定位有两种方法。其中之一被称作区域空中三角测量，关于图像点的坐

标，地面控制点的坐标和（或）图像的外方位元素加权观测值，并结合大型区域网平差来解决图像定向参数和目标点的空间坐标，来作为方向控制点的立体模型绘图和做高度精确的几何定位的应用。为不同尺度和地形类型的航空摄影测量，航摄照片办公室操作的地形图规格定义了各自空中三角测量方法，地面控制计划，以及传输点精度的具体标准。这种方法已被建立并得到了广泛的应用。另一种是所谓的直接地理参考，假定高精确的图像外方位元素是可以得到的，在立体像对中通过使用图像坐标系统的同名像点的坐标，利用空间交会计算出对应的目标点物体的空间坐标。这种方法直接地确定对象的位置，因此4D产品可以被生产。然后本文将主要讨论当利用各种方式获得图像的外方位元素时，如何定位精度可以完成立体模型的Y视差。

3.1 数据

如表1所示，来自不同领域的4个组的实际图像的实验被实施。所有的底片被扫描，其分辨率为21米，为了得到连接点，POS-支持的大型区域网平差软件WuCAPS被用于图像的测试1，测试2和测试4，自制的JX- 4数字摄影测量工作站用于图像的测试3。根据相对定向的结果与由WuCAPS去除严重错误的功能，地面控制点全部在立体镜方式下手动地被测量，并且所有图像点的统计精度(RMS)均优于±6.0米。在那以后，我们使用Applanix POS/AV系统的后处理软件POSPac做测试场校准和DGPS和IMU数据的整合，然后通过应用坐标系变换和系统误差改正每个图像的六个外方位元素，这是由POS系统规定的，可以获得。

表1 实验计划中的图像参数

测试1 测试2 测试3 测试4 时间2004.11 2005.1 2005.9 2005.10

飞机Yun-12 Yun-12 Yun-8 Aviation-Ⅱ照相机Leica RC-30 Leica RC-30 Leica RC-30 Leica RC-30 班次控制系统航空轨道航空轨道CCNS 4 CCNS 4 POS系统POS AV 510 POS AV 510 POS AV 510 POS AV 510 GPS接收机Astech Trimble 5 700 Trimble 5 700 Trimble 5 700 底片Kodak 2 444 Kodak 2 044 Kodak 2 402 Kodak 2 402 距离原则/mm 153.84 303.64 154.06 153.53

框架/cm×cm 23×23 23×23 23×23 23×23 相片比例1:2 500 1:3 000 1:32 000 1:60 000

前部重叠度/% 61 63 64 64

边缘重叠度/% 32 33 33 30

航带数量9 10 9 4

控制带 2 2 2 0

相片255 377 244 48

GCPs 73 160 34 29