空中三角測量

空中三角測量一種測量方法01簡介主要方法發(fā)展趨勢歷史背景主要儀器目錄03050204基本信息空中三角測量是立體攝影測量中，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，求得加密點(diǎn)的高程和平面位置的測量方法。其主要目的是為缺少野外控制點(diǎn)的地區(qū)測圖提供絕對定向的控制點(diǎn)?？罩腥菧y量一般分為兩種：模擬空中三角測量即光學(xué)機(jī)械法空中三角測量；解析空中三角測量即俗稱的電算加密。模擬空中三角測量是在全能型立體測量儀器（如多倍儀）上進(jìn)行的空中三角測量。它是在儀器上恢復(fù)與攝影時(shí)相似或相應(yīng)的航線立體模型，根據(jù)測圖需要選定加密點(diǎn)，并測定其高程和平面位置。航空攝影測量中利用像片內(nèi)在的幾何特性，在室內(nèi)加密控制點(diǎn)的方法。即利用連續(xù)攝取的具有一定重疊的航攝像片,依據(jù)少量野外控制點(diǎn)，以攝影測量方法建立同實(shí)地相應(yīng)的航線模型或區(qū)域模型（光學(xué)的或數(shù)字的），從而獲取加密點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。主要用于測地形圖。簡介簡介航空攝影測量學(xué)作為攝影測量學(xué)學(xué)科的分支之一，是數(shù)字地球的數(shù)據(jù)獲取及實(shí)現(xiàn)的重要技術(shù)手段之一，也是國土資源管理、基礎(chǔ)測繪等相關(guān)數(shù)據(jù)的來源。傳統(tǒng)航空攝影測量是利用野外控制點(diǎn)通過空中三角測量進(jìn)行平差求解，得出外方位元素?？罩腥菧y量是航空攝影測量過程中的一個(gè)重要步驟，是人們在以后的航空攝影測量技術(shù)研究的重點(diǎn)研究對象。

歷史背景歷史背景空中三角測量分為利用光學(xué)機(jī)械實(shí)現(xiàn)的模擬法和利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的解析法兩類。模擬法產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代初期（見O.von格魯貝爾）。由于這種方法是在室內(nèi)作業(yè)，節(jié)省了大量的野外控制測量工作，所以很快得到應(yīng)用和推廣。當(dāng)時(shí)雖然也提出過有關(guān)解析法的基本理論，但由于計(jì)算工具和計(jì)算方法不夠完善，所以只限于理論研究。直到40年代末，隨著電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，解析法才得到發(fā)展，并逐漸取代了模擬法。60年代以來，解析法擺脫了模擬法的傳統(tǒng)概念，解算方法除仿照模擬法的航帶法外，還有獨(dú)立模型法和光線束法等典型方法。空中三角測量的范圍也由單條航線擴(kuò)展到幾條航線連接的區(qū)域，形成區(qū)域空中三角測量。它在運(yùn)算中不僅可以處理偶然誤差，而且也可以處理系統(tǒng)誤差，有的程序還包括有自動(dòng)剔除部分粗差的功能，有的還可進(jìn)行攝影測量觀測值和大地測量觀測值及其他輔助數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差等?？罩腥菧y量是攝影測量中最關(guān)鍵的步驟,也是在攝影測量近百年的發(fā)展歷程中,不同時(shí)期的研究重點(diǎn),直至本世紀(jì)初仍是攝影測量工作者的焦點(diǎn)問題之一。

主要方法模擬法解析法航帶法獨(dú)立模型法光線束法12345主要方法模擬法用光學(xué)機(jī)械的方法，在實(shí)現(xiàn)攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)原理的基礎(chǔ)上，借助立體測圖儀進(jìn)行空中三角測量。一般只限于在一條航線內(nèi)進(jìn)行。主要步驟是：把一條航線段的像片按順序安置在測圖儀的各投影器內(nèi)，通過逐個(gè)像對的相對定向，建立單個(gè)立體模型。然后借助于相鄰立體模型之間重疊部分的公共地物點(diǎn)和公共投影中心，把模型依次連接起來，構(gòu)成航線模型。最后把航線模型作為一個(gè)整體進(jìn)行絕對定向，使所建立的航線模型同少量的外業(yè)控制點(diǎn)相符合。航線模型中所有的點(diǎn)經(jīng)絕對定向后，即可作為單個(gè)模型測圖時(shí)的控制點(diǎn)。航線模型的絕對定向要求至少有3個(gè)外業(yè)控制點(diǎn)。由于各種誤差的存在會(huì)引起模型的變形，所以一般在工作中要求每條航線具備6個(gè)作業(yè)控制點(diǎn),以便在絕對定向中用圖解方法進(jìn)行整體模型的變形改正。利用多倍投影測圖儀進(jìn)行空中三角測量時(shí)，像片須先經(jīng)縮?。恢挥袃蓚€(gè)投影器的立體測圖儀，如具有基線向內(nèi)和向外安置，觀察目鏡系統(tǒng)左、右轉(zhuǎn)換等功能，也可以用類似方法進(jìn)行空中三角測量。解析法根據(jù)像片上的像點(diǎn)坐標(biāo)（或單元立體模型上點(diǎn)的坐標(biāo)）同地面點(diǎn)坐標(biāo)的解析關(guān)系或每兩條同名光線共面的解析關(guān)系，構(gòu)成攝影測量的空中三角測量。建立攝影測量和平差計(jì)算等工作都由計(jì)算機(jī)來完成。建的方法有多種，最常用的是航帶法、獨(dú)立模型法和光線束法。這3種方法既可以在一條航帶上應(yīng)用，稱為單航帶的解析空中三角測量，也可以將若干條航帶連接成一個(gè)區(qū)域進(jìn)行整體平差，稱為區(qū)域空中三角測量，或簡稱區(qū)域平差。區(qū)域平差不僅可以進(jìn)一步減少野外實(shí)測控制點(diǎn)的工作量，而且有內(nèi)部精度均勻的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用最廣。航帶法①航帶法區(qū)域空中三角測量這種方法基本上模仿模擬法空中三角測量建立單航帶的過程，也就是通過計(jì)算相對定向元素和模型點(diǎn)坐標(biāo)建立單個(gè)模型，利用相鄰模型間公共連接點(diǎn)進(jìn)行模型連接運(yùn)算，以建立比例尺統(tǒng)一的航帶立體模型。這樣由各單條航線獨(dú)立地建立各自的航帶模型。每個(gè)航帶模型單元要各自概略置平并統(tǒng)一在一個(gè)共同的坐標(biāo)系中，最后進(jìn)行整體平差運(yùn)算。為此要對各航帶列出各自的非線性改正公式（使用二次或三次多項(xiàng)式或二次正形變換公式），按最小二乘法準(zhǔn)則統(tǒng)一平差計(jì)算，求出各條航帶的非線性改正參數(shù)。計(jì)算過程中既要考慮使相鄰航帶間同名連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)相等，控制點(diǎn)的內(nèi)業(yè)坐標(biāo)同外業(yè)實(shí)測坐標(biāo)相等，又要使各模型點(diǎn)坐標(biāo)（此時(shí)作為觀測值看待）改正數(shù)的平方和為最小，從而最后獲得全區(qū)域加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

獨(dú)立模型法②獨(dú)立模型法區(qū)域空中三角測量首先由航帶內(nèi)各相鄰的航攝像片構(gòu)成單模型（或雙模型或模型組）視為剛體單元，即在單元內(nèi)不加任何改正的獨(dú)立模型。各獨(dú)立模型可以用解析法或用立體測圖儀來建立。獨(dú)立模型法區(qū)域空中三角測量就是把這些獨(dú)立模型的全部納入到整體平差運(yùn)算中。此時(shí)每個(gè)獨(dú)立模型只作平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，把各個(gè)加密點(diǎn)和控制點(diǎn)的模型坐標(biāo)作為觀測值，使相鄰獨(dú)立模型的同名點(diǎn)的坐標(biāo)相等，控制點(diǎn)的坐標(biāo)同外業(yè)的實(shí)測坐標(biāo)相等。在實(shí)踐中常常把加密點(diǎn)的平面和高程分開解算，以減少計(jì)算機(jī)的存貯和計(jì)算工作量。光線束法③光線束法區(qū)域空中三角測量以投影中心點(diǎn)、像點(diǎn)和相應(yīng)的地面點(diǎn)三點(diǎn)共線為條件，以單張像片為解算單元，借助像片之間的公共點(diǎn)和野外控制點(diǎn)，把各張像片的光束連成一個(gè)區(qū)域進(jìn)行整體平差，解算出加密點(diǎn)坐標(biāo)的方法。其基本理論公式為中心投影的共線條件方程式（見解析攝影測量）。由每個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)觀測值可以列出兩個(gè)相應(yīng)的誤差方程式，按最小二乘準(zhǔn)則平差，求出每張像片外方位元素的6個(gè)待定參數(shù),即攝影站點(diǎn)的3個(gè)空間坐標(biāo)和光線束旋轉(zhuǎn)矩陣中3個(gè)獨(dú)立的定向參數(shù)，從而得出各加密點(diǎn)的坐標(biāo)。目的是提供每張像片的外方位元素和加密點(diǎn)地面坐標(biāo)的近似值，通常用航帶法加密成果作為光束法區(qū)域平差的概值。

以上3種方法中,光線束法理論公式是用實(shí)際觀測的像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測值列出誤差方程式，所以平差的理論是嚴(yán)密的，加密的精度也應(yīng)該最高。但在實(shí)施中應(yīng)清除航攝資料本身存在的系統(tǒng)誤差，否則光線束法的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮。航帶法在理論上最不嚴(yán)密，但它在運(yùn)算中有消除部分系統(tǒng)誤差的功能，而且運(yùn)算簡單，對計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量的要求不高。同模擬法比較，解析法精度高，速度快，沒有模擬法的種種限制，而且對航攝機(jī)物鏡畸變、攝影材料的變形、大氣折光等物理因素所引起的像點(diǎn)誤差，以及地球曲率的影響等都可以用計(jì)算的方法逐點(diǎn)加以改正，提高加密精度，從而可大量減少外業(yè)控制點(diǎn)的測量工作。主要儀器立體刺點(diǎn)儀量測儀器主要儀器量測儀器量測像點(diǎn)坐標(biāo)的儀器主要有：立體坐標(biāo)量測儀、精密立體坐標(biāo)量測儀和單像坐標(biāo)量測儀等。立體坐標(biāo)量測儀和精密立體坐標(biāo)量測儀均同時(shí)量測像對的兩張像片，它們的結(jié)構(gòu)采用X和Y兩個(gè)嚴(yán)格垂直的精密導(dǎo)軌為主導(dǎo)軌，兩個(gè)像盤可沿X主導(dǎo)軌作共同移動(dòng),兩個(gè)觀測物鏡可沿Y主導(dǎo)軌作共同移動(dòng)。在主導(dǎo)軌上安有單獨(dú)的x和y向短導(dǎo)軌,可使右像盤對左像盤做x向的相對移動(dòng)，右觀測物鏡相對于左觀測物鏡做y向相對移動(dòng)。立體坐標(biāo)量測儀和精密立體坐標(biāo)量測儀可直接量測左像點(diǎn)的坐標(biāo)x1和y1，左右視差p和上下視差q。左右視差p=x1-x2是同名像點(diǎn)在左、右像片上的x坐標(biāo)差,上下視差q=y1-y2是其y坐標(biāo)差。有的立體坐標(biāo)量測儀對左右兩像盤都有各自的x、y導(dǎo)軌，因而可同時(shí)量得左、右像片上某同名點(diǎn)的坐標(biāo)值x1、y1和x2、y2。精密立體坐標(biāo)量測儀除了量測坐標(biāo)的精度從±5微米提高到±1～±3微米的等級以外，由于采用增量脈沖計(jì)數(shù)方法，故一般都備有可以顯示、打印、紙帶穿孔或磁帶記錄等功能的自動(dòng)坐標(biāo)記錄裝置。單像坐標(biāo)量測儀只有一個(gè)像盤以及x和y導(dǎo)軌。配用不同的物鏡和目鏡，可用多種放大率進(jìn)行觀測。它的精度可達(dá)到±0.4微米。這類儀器也都附有自動(dòng)坐標(biāo)記錄裝置。為了提高儀器的量測精度，許多坐標(biāo)量測儀在設(shè)計(jì)中使用了阿貝原理，亦即所量測的線段同量測的器具置于同一直線上的比長原理。立體刺點(diǎn)儀空中三角測量中用于轉(zhuǎn)刺像點(diǎn)的儀器。它是在立體觀測下將所選用的像點(diǎn)在乳劑上刺出，或高精度地將像點(diǎn)從一張像片轉(zhuǎn)刺于另一像片上的儀器，立體刺點(diǎn)儀的結(jié)構(gòu)形式同立體坐標(biāo)量測儀相似，但它沒有精密的導(dǎo)軌和量測工具，而有精密的自動(dòng)刺點(diǎn)裝置。儀器的光路中裝有光學(xué)縮放系統(tǒng)(如Zoom系統(tǒng))，使在比例尺相差很大的像片間也能進(jìn)行刺點(diǎn)。光路中安裝的旋像棱鏡可使觀察的影像旋轉(zhuǎn),構(gòu)成反立體效應(yīng)(旋轉(zhuǎn)180°)或零立體效應(yīng)（旋轉(zhuǎn)90°或270°）,以提高立體轉(zhuǎn)點(diǎn)的精度和檢查刺點(diǎn)是否正確。刺點(diǎn)器有不同的形式，有的儀器采用激光刺點(diǎn)器，有的儀器采用高頻電加熱的針刺點(diǎn)。發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢20世紀(jì)60年代后期，各類區(qū)域空中三角測量方法開始在生產(chǎn)中應(yīng)用，并在試驗(yàn)和比較各類平差方案，研究特大法方程組最經(jīng)濟(jì)有效的解法，以及處理作業(yè)中各種實(shí)際問題，發(fā)展了許多行之有效的計(jì)算程序。當(dāng)前主要研究的是：①自動(dòng)剔除量測粗差。根據(jù)檢驗(yàn)粗差的理論，適當(dāng)增加多余觀測，剔除粗差以提高觀測值的可靠性。②消除系統(tǒng)誤差的影響。除致力于提高原始資料的質(zhì)量外，也須在整體平差的解算中引入反映剩余系統(tǒng)誤差的附加參數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)一解算的自檢校平差。這種辦法能有效地抵償系統(tǒng)誤差的影響，而又不增加外業(yè)控制點(diǎn)。③聯(lián)機(jī)空中三角測量。利用解析測圖儀或立體坐標(biāo)量測儀同計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)進(jìn)行空中三角測量，在作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，易于及時(shí)發(fā)現(xiàn)粗差，獲取比較可靠的量測數(shù)據(jù)和提高