2.2空中三角测量的方法.pptx

成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT模块二：解析空中三角测量任务2：空中三角测量的方法无人机操控与应用教研室无人机操控与应用教研室李艳李艳成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT1航带法空中三角测量航带法空中三角测量航带法空中三角测量航带法空中三角测量知识点2独立模型法区域网空中三角测量独立模型法区域网空中三角测量独立模型法区域网空中三角测量独立模型法区域网空中三角测量3光束法区域网空中三角测量光束法区域网空中三角测量光束法区域网空中三角测量光束法区域网空中三角测量4GPSGPS辅助空中三角测量辅助空中三角测量辅助空中三角测量辅助空中三角测量知识点5自动空中三角测量自动空中三角测量自动空中三角测量自动空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT情景创建1977 年的春天，在衡山脚下举办了第一个空中三角测量区域网平差培训班，培训了来自多个测绘单位的几十名测绘技术人才，他们圆满完成了培训任务，为科研成果转化为生产力培养了骨干，开辟了道路。空中三角测量区域网平差可以最大限度地扩大野外控制点布点距离，省略相邻航线间的接边工作，是单航线向多航线解析空中三角测量跨越的一项新技术。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT任务实施由于现代航天技术和电子计算机技术的飞速发展，摄影测量的学科领域应用越来越广泛，只要物体能够被摄成影像，就可以用摄影测量技术获取的影像成果来解决问题。无人机摄影测量的核心技术就是空中三角测量，按其基本思想的不同，可分为航带法空中三角测量、独立模型法区域三角测量、光束法区域网空中三角测量、GPS 辅助空中三角测量以及自动空中三角测量几种作业方法。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量航带法空中三角测量的计算过程可视为由“点”到“线”，再由“线”到“面”的形成过程。计算过程中的“点”是由立体像对构成的单个测量模型，将各个测量模型连接成航带模型，形成“线”；再将各个航带模型作为计算单元，组成航带网，完成“面”。航带法空中三角测量的主要流程如下：像点坐标系统误差预改正；立体像对相对定向；模型连接构建自由航带网；航带模型绝对定向；航带模型非线性改正；加密点坐标计算。由航带网的构建实质上是像对相对定向的过程，像对相对定向的三种方法为单独像对相对定向、连续像对相对定向和带模型连接条件的连续像对相对定向，因此构建自由航带网有对应的三种方法。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量1.单独像对相对定向单独像对相对定向以左摄影中心S1 为原点，以X1Z1 为左主核面，X1 轴与摄影基线S1S2 共线，S2 位于X1 轴正方向上。左右影像的相对定向元素为1、1、2、2、2。其中2 为左、右两影像主核面之间的夹角，由左核面起算，逆时针为正，顺时针为负；1、2为左、右主核面上左、右主光轴与摄影基线垂线之间的夹角，由垂线起算，顺时针为正，逆时针为负；1、2为左、右主核线与左、右像平面坐标系x 轴（或y 轴）间的夹角，由主核线起算，逆时针至x 轴（或y 轴）正方向为正。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量1.单独像对相对定向通过对如下共面条件方程式进行解算，完成相对定向。在完成上述单独像对相对定向后，可根据相邻两个模型的公共连接点和公共摄站点进行空间相似变换完成模型连接。相机在S1 与S2 所在的位姿获取的影像可建立起模型a；相机在S2 与S3 所在的位姿获取的影像可建立起模型b。构建自由航带网需要将所有相邻模型连接起来，即将模型a、b 之间的公共点进行空间相似变换，从而完成模型之间的连接。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量2.连续像对相对定向连续像对相对定向的相对定向元素为By、Bz、。By、Bz 为摄影基线在像空间辅助坐标系中Y、Z 坐标轴上的投影，称为摄影基线的两个分量；为右影像主光轴S2O2 在X2Z2 坐标面上的投影与Z2 轴的夹角；为右影像主光轴S2O2 与X2Z2 坐标面之间的夹角；为Y2 轴在右影像平面上的投影与右影像像平面坐标系y2 轴之间的夹角。连续像对相对定向的思想是固定左影像，调整右影像方位姿态使同名光线对对相交，即调整右像点相对左影像的位置和姿态Bx、By、Bz、。若不考虑尺度，Bx、By、Bz 中确定两个就行了，一般取Bx 为固定值，确定三者之间的比例。于是需要5 对同名点对应的5 个共面方程求得5 个未知数。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量2.连续像对相对定向通过对如下共面条件方程式进行解算，完成相对定向。=0通过解算上述共面条件方程，完成相对定向后，需将定向完成后的立体模型连接成自由航带网。a、b 两个相邻模型满足如下关系：若两个模型的比例尺一致，则点 1 在 b 中 的 高 程 与 点 2 在 a 中 的 高 程 满 足 ，否则两个模型的比例尺需要使用归化系数 进行统一。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量2.连续像对相对定向在实际工作中，比例尺归化系数取用的是相邻模型公共点分别求得的k 值的平均值，右图的比例尺归化系数如下式所示。求得相邻模型之间的比例尺归化系数k 实际上便是完成了连续像对相对定向的模型连接。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点1：航带法空中三角测量3.带模型连接条件的连续相对定向带模型连接条件的连续相对定向有Bx、By、Bz、六个定向元素，相对于不带模型连接条件的连续相对定向，Bx 起到了改变模型比例尺的作用。带模型连接条件的连续相对定向在定向元素解算过程中，考虑到了定向点上残差上下视差为零或者小于某一限值，以及模型之间公共点在前后两个模型中求得的空间辅助坐标相等这两个条件。在带模型连接条件的相对定向过程中的相邻模型关系，用到了A、a3、S3 三点共线这一条件。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点2：独立模型法区域网空中三角测量独立模型法区域网空中三角测量的基本思想是：把一个单元模型（可以由一个立体像对或两个立体像对，甚至三个立体像对组成）视为刚体，利用各单元模型彼此间的公共点连成一个区域，在连接过程中，每个单元模型只能做平移、缩放、旋转（因为它们是刚体），这样的要求只有通过单元模型的三维线性变换（空间相似变换）来完成，在变换中要使模型间公共点的坐标尽可能一致，控制点的坐标应与其地面摄测坐标尽可能一致（即它们的差值尽可能变小），同时观测值改正数的平方和为最小，在满足这些条件下，按最小二乘法原理求得待定点的地面摄测坐标。1.独立模型法区域网空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT独立模型法区域网空中三角测量的主要内容有以下四点：求出单元模型中模型点的坐标，包括摄站点坐标；利用相邻模型之间的公共点和所在模型中的控制点，每个模型各自进行三维线性变换，列出误差方程式，并作逐点法化；建立全区域的改化法方程式，并按循环分块法求解，求得每个模型的七个参数；由已经求得每个模型的七个参数，计算每个模型中待定点平差后的坐标，若为相邻模型的公共点，则取其平均值为最后结果。1.独立模型法区域网空中三角测量知识点2：独立模型法区域网空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT每一种区域网平差方法，在进行整体平差以前，需要为整体平差提供模型点的坐标粗略值，这些坐标的坐标系、比例尺都需要统一。独立模型法区域网平差有两种方法：一种是平面高程联解；另一种是平面与高程分求的解法。平面高程联解中采用式（2-2-13）对单元模型进行空间相似变换。2.独立模型法区域网平差知识点2：独立模型法区域网空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT2.独立模型法区域网平差对式（2-2-13）进行右图所示的操作流程，便可得到每个模型的定向参数 Xg，Yg，Zg，与待定点的地面坐标 X，Y，Z。平面与高程分求的解法相对于平面高程联解的方法，计算量得到了大大减小，平面与高程分求的解法思想是把空间相似变换中的七个未知参数分为三个和四个，在平面坐标平差中解求四个参数，高程平差中解求三个参数，这样在平高分求中使未知数的个数大大减少。知识点2：独立模型法区域网空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点3：光束法区域网空中三角测量光束法区域网空中三角测量的基本思想是以共线方程为数学模型，以每张影像的光束作为计算单位，通过光束在三维空间中的旋转平移变换，恢复拍摄影像时相机所在的空间位姿，使模型之间公共点的光线达到最佳的交会，使整个区域最佳地纳入已知的控制点坐标上去。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点3：光束法区域网空中三角测量光束法区域网空中三角测量的基本流程如下：影像外方位元素和地面点坐标近似值的确定；逐点建立误差方程式并法化；改化法方程式的建立；边法化边消元循环分块解求改化法方程式；求出每片的外方位元素；待定点的地面坐标计算。也可以通过改化法方程式和法方程式直接求解待定点的地面坐标。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT小结：空中三角测量平差方法比较成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT小结：空中三角测量平差方法比较成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量1.卫星定位系统简介目前，全球有四大卫星定位系统，除了中国的北斗卫星导航系统（BDS），还有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟的伽利略卫星导航系统GALILEO）。其中，GPS 是目前全球应用最为广泛、最为成熟的卫星导航定位系统，是美国国防部研制的一种全天候的、空间基准、中距离圆形轨道卫星导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续、精准确定三维位置和三维的运动及时间的需要。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确地确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24 颗GPS 卫星；地面上1 个主控站、3 个数据注入站和5 个监测站及作为用户端的GPS 接收机；最少只需其中3 颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能连接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量1.卫星定位系统简介2020 年6 月23 日9 时43 分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射北斗三号最后一颗全球组网卫星，这也是北斗系统第55 颗导航卫星。至此，北斗三号全球卫星导航系统星座部署完成。2020 年7 月31 日，习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通，标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成，北斗迈进全球服务新时代。北斗系统是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。1994 年，北斗卫星导航系统启动建设。20 多年间，我国在西昌卫星发射中心共组织了44 次北斗发射任务，利用长征三号甲系列运载火箭，先后将4 颗北斗一号试验卫星、55 颗北斗二号和北斗三号组网卫星送入预定轨道，任务成功率达100%。我国目前已建成迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与百姓生活关联最紧密的巨型复杂航天系统。目前，北斗系统可提供服务导航定位和通信数据传输，包括七种服务，分别为：面向全球范围，提供定位导航授时（RNSS）、全球短报文通信（GSMC）和国际搜救（SAR）三种服务；在中国及周边地区，提供星基增强（SBAS）、地基增强（GAS）、精密单点定位（PPP）和区域短报文通信（RSMC）四种服务。在我国完成北斗卫星定位系统的建设之前，常用的定位系统是美国的全球定位系统。中国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo 统称为全球导航卫星系统（GNSS）。因此，GPS 辅助空中三角测量不仅仅指的是美国的GPS 辅助下的空中三角测量，而是全球导航卫星系统（GNSS）辅助下的空中三角测量。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量2.GPS辅助空中三角测量的基本思想与结论GPS 辅助空中三角测量的基本思想是通过差分GPS 相位观测值进行相对动态定位所获得的摄站坐标，作为区域网平差中的附加非摄影测量观测值，以空中控制取代地面控制（或减少地面控制）的方法来进行区域网平差。它是利用安装于飞机上与航摄仪相连的GPS 信号接收机和设在地面上一个或多个基准站上的至少两台GPS 信号接收机同步而连续地观测GPS 卫星信号，并同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，通过GPS 载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，经采用统一的数学模型和算法以整体确定物方点位和影像方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量2.GPS辅助空中三角测量的基本思想与结论在对GPS 辅助空中三角测量的研究过程中，可归纳总结出以下 8 点结论：（1）采用基于载波相位差分动态GPS 定位技术可以达到厘米级精度确定机载GPS接收天线相位中心的三维坐标，但坐标值包含随时间变化的线性漂移系统误差。（2）由GPS 所确定的三维摄站坐标可有效用于区域网联合平差中，只需要中等精度的GPS 摄站坐标即可满足测图要求，详见表2-2-2。而且由GPS 所确定的三维摄站坐标和少量地面控制点出发求出的加密点坐标精度要优于GPS 摄站坐标自身的精度。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量2.GPS辅助空中三角测量的基本思想与结论（3）摄影测量区域网平差中影像外方位线元素（即摄站坐标）的利用要比角元素更有效。附加的姿态测量数据在其精度很高时可用来改善加密点高程的精度。（4）原则上讲，只要一个区域中所有记录的GPS 信号连续而没有发生失锁、周跳等信号间断的情况，摄影测量区域网平差时，可用GPS 摄站坐标完全取代地面控制点进行无地面控制的空中三角测量，但前提条件是区域网平差必须在GPS 直角坐标系（世界大地基准WGS84）中进行。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量2.GPS辅助空中三角测量的基本思想与结论（5）为获得国家统一坐标系或局部坐标系中的加密成果，需要有一定数量的大地控制点（Ground Control Point，GCP），最好在区域的四角布设4 个平高点；如果需要逐条航线地改正GPS 摄站坐标的系统漂移误差，则区域的两端还应布设两排高程地面控制点或加摄两条带GPS 摄站坐标的垂直构架航线。图2-2-11 是两种典型的大地控制点布设方案。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量2.GPS辅助空中三角测量的基本思想与结论（6）利用GPS 数据的光束法区域网平差将有较好的可靠性，这包括GPS 数据自身的可靠性，以及像点坐标观测值和少量地面控制点的可靠性。（7）利用模糊度在航解算方法中处理GPS 信号的周跳和失锁已获得成功，对于距离远达50 km、高差大于2400 m 的差分GPS 测量也能够迅速、有效地解出正确的整周相位模糊度，在固定整周相位模糊度后可提供内精度优于1dm 的差分GPS 定位结果。（8）利用GPS 数据进行区域网平差有明显的经济效益，即使精度较差的GPS 数据也可使带有地面控制点的GPS 辅助光束法平差达到只有利用相当稠密的地面控制点所进行的常规自检校光束法区域网平差才能达到的精度；无地面控制点的GPS 辅助光束法区域网平差也可满足高山区中小比例尺测或是地图更新、资源调查等所需控制的精度。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量3.GPS辅助空中三角测量的基本原理GPS 辅助空中三角测量的作业过程大体需经过如下四个阶段：（1）现行航空摄影系统改造及偏心测定。对现行的航空摄影飞机进行改造，安装GPS接收机天线，并进行GPS 接收机天线相位中心到摄影机中心的测定偏心。需要说明的是，对于同一架航空摄影飞机，改造安装GPS 接收机天线的工作只需进行一次即可。（2）带GPS 信号接收机的航空摄影。在航空摄影过程中，以0.51.0s 的数据更新率，用至少两台分别设在地面基准站和飞机上的GPS 信号接收机同步而连续地记录GPS 卫星信号，并将航摄仪快门开启脉冲写入机载GPS 数据流中。（3）解求GPS 摄站坐标。对GPS 载波相位测量进行测后数据处理，求解航摄仪曝光时刻机载GPS 天线相位中心的三维坐标（XA，YA，ZA）、GPS 摄站坐标及其方差-协方差矩阵。（4）GPS 摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量。将GPS 摄站坐标作为带权观测值引入解析空中三角测量的数学模型中与摄影测量观测值进行联合平差，以确定地面目标点的位置和影像的方位元素并评定其质量。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量3.GPS辅助空中三角测量的基本原理利用单差分GPS 定位方式获取摄站坐标的示意图，设机载GPS 天线相位中心A 和航摄仪投影中心S 在以M 为原点的大地坐标系M-XYZ 中的坐标分别为（XA，YA，ZA）和（XS，YS，ZS），若A 点在像空间辅助坐标系S-uvw 中的坐标为（uA，vA，wA），则利用影像姿态角，所构成的正交变换矩阵R 就可得到式（2-2-14）。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量3.GPS辅助空中三角测量的基本原理由于基于载波相位测量的动态GPS 定位会产生随航摄飞行时间t 线性变化的漂移系统误差，若在式（2-2-14）的基础上考虑该系统误差，则有式（2-2-15）。式中：t0 为参考时刻；aX，aY，aZ，bX，bY，bZ 为摄站坐标漂移系统误差改正参数。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量3.GPS辅助空中三角测量的基本原理为了将GPS 所确定的摄站坐标作为带权观测值引入空中三角测量平差中，需将机载GPS 天线相位中心A 和航摄仪投影中心S 坐标之间的非线性几何关系式（2-2-15）进行线性化处理。对未知数取偏导数，并按泰勒级数展开取至一次项，得到如式（2-2-16）所示的线性化观测值误差方程式。式中：为由未知数的近似值代入式（2-2-15）求得的GPS 摄站坐标。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量4.GPS辅助空中三角测量试验1994 年，原武汉测绘科技大学（今武汉大学测绘学院）与中国航空遥感公司等单位合作，在国家测绘局太原航摄综合性能试验场进行了第一次GPS 辅助空中三角测量原理性试验，取得了令人鼓舞的成果。国家测绘局太原航摄综合性能试验场的这次GPS 航摄飞行试验采用主距为303 mm 的常角Wild RC-20 航摄仪，摄影比例尺为15000，共飞行4 条航线，其中覆盖试验场的有效影像数为32 张，面积约为2.4 km2.4 km，航向重叠62%70%，旁向重叠40%56%。区域网平差时包含有199 个加密点，108 个可用于定向和检查的地面标志点。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点4：GPS辅助空中三角测量4.GPS辅助空中三角测量试验利用武汉大学自主开发的联合平差程序WuCAPSGPS 系统对上述资料进行了GPS辅助光束法区域网平差计算，根据103 个地面标志点进行检查，得到下表的加密结果。为了与常规光束法区域网平差结果比较，同时进行了密周边布点自检校光束法区域网平差，此时，在测区四周布设了12 个平高地面控制点，在测区中央布设了2个高程地面控制点，计算结果也列于下表中。在四角布设4 个平高地面控制点的情况下，GPS 辅助光束法区域网平差基本达到了常规密周边布点自检校光束法区域网平差的精度，且实际精度与理论精度基本一致。在无地面控制情况下，GPS 辅助光束法区域网平差的实际精度要略低于其理论精度。试验表明，这是由于作为空中控制的GPS 摄站坐标含有系统误差所造成的。尽管如此，无地面控制的GPS 辅助空中三角测量还是达到了相当高的精度。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量自动空中三角测量，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。自动空中三角测量的特点如下：自动化程度高，作业效率高；高效可靠地剔除粗差；加密精度高；可以自动处理包含交叉航线和分断航线的复杂测区。自动空中三角测量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。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量1.构建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 以及像主点坐标XO，YO）。最后在相邻航带的重叠区域里量测一对以上同名连接点。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量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。通过这一步基本上可消除影像因扫描、压平等因素导致的变形。首先，根据各种框标均具有对称性及任意倍数的90旋转不变性这一特点，对每一种航摄仪自动建立标准框标模板；然后，利用模板匹配算法自动快速识别与定位各框标点；最后，以航摄仪检定的理论框标坐标值为依据，通过二维仿射变换或者是相似变换解算出像元坐标与像点坐标之间的各变换参数。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量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。为了保证影像匹配的高可靠性，所选的点应充分多。然后，进行相对定向结算，并根据相对定向结果剔除粗差后重新计算，直至不含粗差为止。必要时，可进行人工干预。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量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。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量5.像控点的半自动量测区域网平差自动空中三角测量区域网平差时，要求在测区内设立足够的地面控制点。目前，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，结束自动空中三角测量工作。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量6.GPS/POS 辅助的全自动空中三角测量在某些情况下，利用GPS/POS 数据进行GPS/POS 辅助空中三角测量，可实现GPS/POS 辅助的全自动空中三角测量。对于模型连接点，利用多像影像匹配算法可高效、准确、自动地量测其影像坐标，完全取代了常规航空摄影测量中由人工逐点量测像点坐标的作业模式。但对于区域网中的地面控制点，目前还缺乏行之有效的算法来自动定位其影像，只能将数字摄影测量工作站当作光机坐标量测仪由作业员手工量测。就GPS/POS 辅助空中三角测量而言，如果需要进行高精度点位测定，在区域网的四角也还需要量测4 个地面控制点；如果是进行高山区中小比例尺的航空摄影测量测图，则可考虑采用无地面控制的空中三角测量方法，此时可完全用GPS/POS 摄站坐标取代地面控制点，实现真正意义上的全自动空中三角测量。成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT知识点5：自动空中三角测量6.GPS/POS 辅助的全自动空中三角测量成都航空职业技术学院Chengdu Aeronautic PolytechnicSCHOOL OF UAV INDUSTRY Copyright 2022 CAP.All rights reserved.无人机航空摄影测量数据获取与处理（活页式）教材PPT课后任务（1）航带法、独立模型法和光束法空中三角测量的目的是什么？总结三者的基本原理与特性。（2）试说明光束法区域网平差的基本思想。为什么说它是最严密的一种方法?（3）北斗卫星导航系统作为一种全球定位系统，可提供什么服务？在无人机摄影测量中是怎样辅助空中三角测量的？作业