航空摄影测量POS模拟方法研究

邓继伟　吴　昊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

Research on the POS Simulation of Aerial Photogrammetry

DENG Jiwei　WU Hao

航空摄影测量POS模拟方法研究

邓继伟吴昊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

Research on the POS Simulation of Aerial Photogrammetry

DENG JiweiWU Hao

摘要针对无POS辅助航空摄影测量项目空三加密困难的问题，依据航空摄影测量航空摄影重叠度计算理论，提出POS模拟方法。该方法能较为精确地进行空三加密文件的初始化，从而提高影像自动匹配的成功率，对提高空三加密效率和精度具有很强的实用性和必要性。相应研发的软件不仅能应用于几类国内外空三加密软件的加密文件初始化，也可以用于航空摄影测区影像飞行质量的检查。

关键词航空摄影测量POS模拟空三加密

航空摄影测量技术得到了广泛应用，已成为新建铁路、新建公路选线和设计所需带状地形图成图的重要手段之一。一般来说，从航空摄影到基础地理信息数据产品的获取包括航空摄影、地面控制、空三加密、内业测图等几个阶段。其中，空中三角测量是摄影测量的关键步骤，它利用少量地面控制点将整个区域网连接成一个整体，通过区域网平差，计算一个测区中所有影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标，用于模型定向以及后续4D产品的生产。空中三角测量是摄影测量内业工作的核心，空三加密的精度高低和速度快慢直接影响到整个作业的精度和效率。

常规的空三加密办法是在空三加密开始就加入外控成果，运用外控成果进行定向初始化，这样能较为准确地恢复像片的相对位置和摄影姿态，从而有利于提高匹配的成功率和匹配点的量测精度。实际生产过程中，通常都是航摄过程中甚至航摄完成后才进行外控成果的采集，外业采集外控成果通常需要一定的时间。在项目任务工期要求比较紧的时候，运用常规办法进行空三加密，工期就将推迟，从而影响整个航测成图。为了缩短在空三加密工序中的时间，通常在外业进行外控成果采集的同时，内业在自由网下进行加密，待外业成果采集完成后再加入外控成果进行区域网联立解算，从而完成空三加密工作。

相对定向时，在没有外控成果的情况下，自动量测模型连接点的成功率是比较低的，进行连接点影像匹配时将不会很准确，建立的立体模型精度也不会很高。只有在影像质量比较好、拍摄姿态比较稳定以及测区地形比较平坦时，自动量测模型连接点的成功率才比较高；但同样有很多点位需要重新调整，剔除粗差和修改工作量也比较大。在这种情况下，空中三角文件设置时，给出的航片初始外方位元素的精度尤为重要，较为准确的加密初始化文件不仅能提高自动匹配的成功率，而且也能减少加入外控成果进行平差时的错误率。例如利用SOCET SET进行加密时，空三加密文件初始化的航高、平均地面高程以及重叠度的给定合理与否直接造成连接点匹配成功率成倍的增加或减少，给空三加密工序带来极大的影响。从以往的空三加密经验可知，在没有POS数据的航摄项目或者POS无法解算的航摄项目中，空三工程的建立及空三匹配都十分困难，严重影响数据后续处理的效率，在此类项目中能否较为精确地进行POS数据的模拟变得尤为重要。

综上所述，深入进行POS模拟相关工作的研究对空三加密具有很强的实用性和必要性，将研究成果直接运用于实际的航测项目生产，对提高工作效率有重要的价值和意义。

1关键技术

1.1　影像的显示、浏览与交互操作

根据工程处理速度和显示效率的需要，将测区内的影像按比例生成缩略图，缩略图的比例根据影像实际大小和显示效果，由作业员自行决定。

可以同时打开一幅或多幅数字摄影工作站常用格式的数字影像，在选择影像的同时获取影像的相关信息，如影像的高度、宽度、波段数等，并能设置影像的缩放比例，并显示预览图。显示过程中，影像可以实现半透明显示，并能随时调整影像显示的透明度。

打开影像后，可以对选中的影像实行平移、旋转及调整透明度等功能，可以通过点击影像属性条节点或者通过影像控制台实现。处理影像时，可以通过鼠标点击拖拽的方式，也可以通过直接输入偏移量的方式进行。

1.2　简易POS模拟

在测区影像飞行质量较好的情况下，测区飞行比较均匀规则，基本按航线设计重叠度、设计航高飞行，为了提高空三初始化速度，可以采用该模块。首先建立测区信息，设置好航带相对位置关系，以及每条航带内影像位置关系，设置好航向、旁向重叠度，航摄绝对航高、平均地面高、影像信息(影像高度、宽度、内方位元素等)[1，2]。

bX=LX(1-pX)

dY=Ly(1-qY)

式中bX——像片上的摄影基线长度/mm；

BX——实地上的摄影基线长度/m；

dY——像片上的航线间隔宽度/mm；

DY——实地上的航线间隔宽度/m；

LX、LY——像幅长度和宽度/m；

qX、qY——像片航向和旁向重叠度(以百分比表示)；

f——焦距/mm；

H——摄影航高/m。

简易POS模拟软件界面如图1所示。

1.3　精确确定影像相对位置关系

精确确定影像相对位置关系分成两种方式：第一种为手动鼠标拖拽的方式实现影像的旋转平移等操作，从而确定影像间相对位置关系，具有较强的直观性和交互性。第二种方式为手工精确选取相邻影像间的两个或两个以上同名点，计算出影像间的旋转偏移参数，实现相邻影像间的相对位置关系确定。

第一种方式为客户区可视化影像操作，精确计算外方位元素。通过手动鼠标拖拽的方式实现影像的旋转平移等操作，从而确定影像间相对位置关系，具有较强的直观性和交互性。

第二种方式为选取影像间同名点，精化外方位元素初始化。首先根据航线信息，建立好测区影像组织工程，然后在影像定向处理界面下导入影像组织工程，选取同名点并进行相关计算(如图2、图3所示)。

2软件的设计与实现

2.1　POS模拟软件作业流程

根据关键技术中的思路，软件共提供三种POS模拟方式，分别为通过客户区交互式影像操作模拟POS数据，制定影像组织工程，然后通过选取影像间同名点模拟POS数据，通过测区及飞行数据简易模拟POS数据等。POS模拟软件作业流程如图4所示。

2.2　POS模拟软件模块介绍

POS模拟软件共分为三大模块：影像处理模块、POS模拟模块及成果输出模块，系统组成框图如图5所示。

3实例分析

为了验证所述算法的可行性，将软件在山西某铁路专用线初测项目中进行了试用，该项目中使用的是无人机航飞，相对航高为750 m，平均地面高为1 020 m。本次试验使用选取影像间同名点进行模拟POS的方式，模拟出来的POS数据如表1所示。

表1中，选择了三条航线的其中部分片子进行示例，利用模拟出来的粗略POS数据，使用INPHO摄影测量系统进行空三加密，取得了较好的效果。

随后又在河北某地区正射影像项目中进行了试用，利用该软件模拟出的POS均能满足空三加密软件匹配所需的影像初始外方位元素的精度要求。实践证明，该方法具备可行性，并能大幅提高空三匹配效率，减少人工添加同名点工作量。

4结束语

在无POS辅助的航空摄影测量项目中，依据航空摄影测量航空摄影重叠度计算理论，采用软件对常用空三加密文件进行初始化；利用人工交互对测区影像进行相关操作的方式进行测区POS数据的模拟，从而解决空三加密文件初始化精度差的难题。

该POS模拟方法的研究，明显提高了无POS辅助航空摄影测量空三加密效率。相应研发的软件不仅能应用于常用几类国内外空三加密软件的加密文件初始化，也可以用于航空摄影测区影像飞行质量的检查，具有广泛的应用前景，效益明显。

参考文献

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[5]张永军，熊金鑫，熊小东，等.POS数据的上下视差误差源检测及误差补偿回归模型[J].测绘学报，2011(5):604-609

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[9]邓继伟，张丽.基于DEM的铁路带状数字航空摄影航线优化设计[J].铁道勘察，2011，37(5):34-37

[10]宗伟丽，甘俊.DMC230检校场布设方案及检校精度分析[J].铁道勘察，2011，37(5):29-30

中图分类号：P231

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)05-0016-03

作者简介：第一邓继伟(1986—)，男，2010年毕业于武汉大学摄影测量与遥感专业，工程师。

基金项目：铁道第三勘察设计院集团有限公司基金支撑项目(821419)

收稿日期：2015-05-18