航测空三成果质量快速检查的方法研究

邓廷起 阮祖洪 周伟

摘 要：首先阐述了光束法区域网平差基本原理以及其优缺点，将湖州市1：2000航摄成图项目作为实验数据，以Inpho空三软件为例，针对其最严密的光束法平差所得空三成果在立体像对恢复后突显出的精度问题，设计了一套空三成果质量检查程序。目的是能够快速迅速发现区域网平差中的精度弱区，分析其原因并给出相应的解决方法，以提高空三成果的精度与测图质量。

关键词：光束法平差；立体模型；前方交会；后方交会；精度弱区

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0000-00

1 前言

当前，航空摄影测量数据获取方式仍然是当前地理空间信息获取最主要和最有效的方法。随着摄影测量理论的发展以及计算机计算性能的不断提高，航空摄影测量数据处理自动化程度也越来越高，成果精度也趋向高精度发展。但随之相应的问题也逐渐凸显出来，通过对空三成果进行立体像对恢复，经常会遇到模型差以及模型连接差超限的问题，而这些问题直接在光束法平差报告中却得不到体现。

本文通过对光束法区域网平差和立体像对恢复的原理进行分析，开发了一套光束法区域网平差空三加密成果质量检查程序，程序依据立体像对恢复原理，快速模拟立体像对恢复，提前发现模型差以及模型连接差超限的像对或区域，迅速发现区域网中的精度弱区，然后分析其原因，并给出相应的解决办法或补救措施。

2 光速法区域网平差

光束法区域网平差，以单张相片的光线束或单个物点的光线束作为平差单元，直接对原始观测值像点坐标进行平差，计算严密，是最严密的摄影测量区域网平差方法，理论上平差精度也是最高[1]。但是光束法平差所有的未知数一并解求，解算的未知数非常多，法方程的系数矩阵非常庞大，对计算机的性能和程序算法有着更高的要求。而且由于观测值的增多，对粗差的探测方法提出了更高的要求。

3 空三成果检查程序设计的基本原理及流程

根据立体像对恢复的基本原理，计算的基本方法其实就是立体像对的前方交会与后方交会的问题，于是可以在Inpho空三成果导出之后，设计相应的程序，逐一对每一个像对进行前方交会或后方交会计算，通过这种方法计算出的加密点坐标就等同于立体像对恢复时计算出的立体模型点坐标，将它们与光束法平差计算出的加密点坐标进行比较，就会很快发现模型差大的像对以及精度差的区域，检查流程图1所示。

4 检查结果与立体测图软件成果对比

实验数据采用湖州市1：2000航摄成图项目的空三加密成果，通过前方交会计算，写出模型差大于0.2米的物方点点号与所在像对名，并按从大到小排列，与Jx4恢复立体测图模式计算的加密点模型点坐标进行比较。通过对立体相对恢复中计算出的结果与程序实现对每个像对计算的结果进行对比，比较结果表示在相同的数据条件下，计算结果一致。

5 精度弱区原因分析及解决方法探讨

通过程序检查，对凸显的问题进行分析总结，主要有以下几个原因在后续立体像对恢复过程中会引起较大的模型差，会对立体测图造成一定的影响，而这些问题在光束法平差过程中又无法发现，总结如下：

1） 光束法平差是将所有同名像点作为观测值进行平差，由于观测值冗余数多，都是采用最小二乘的方法进行拟合计算，而最小二乘对于粗差的不敏感性，在正确的观测值多于错误的观测值时，往往错误的观测值就被忽略掉，无法发现。

但在立体像对恢复中，只使用单个像对中的同名像点，观测值仅仅满足计算加密点坐标的需求，所以一旦有同名点误差，那肯定就会有立体视差，甚至偏离模型上的点。如点号为60024768加密点，光束法平差并没有发现它其中的像点粗差点，但在用加密程序检测的时候发现在像对120910103034-120910103035中，模型差特别大。打开Inpho的量测界面，可以发现这个像对的同名点匹配误差较大，如图2所示。

2） 另外根据检查结果发现，当像点处于影像边缘时会引起较大的模型差，分析其原因，可能与影像边缘畸变差没有去除完全有关系，较为实用的解决办法是，可以不使用影像边缘的像点参与空三平差计算，以提高空三成果的精度。实验测试表明这种方法是实际有效的，特别对于非量测相机影像，更是如此。

3） 只有两度重叠的加密点，由于只有两度重叠，冗余数不够，所以即使是粗差，光束法也无法探测出来，如20024788点，光束法平差计算的像点匹配误差为2u，通过检查程序检查发现这个点误差特别大，高程误差为-2.125米。进入Inpho像点量测界面，很容易看出20024788加密点的同名像点匹配完全错误，如图3所示。

在立体测图前，通过检查程序迅速发现空三成果的问题，然后对其进行更正，对后续立体测图，无论在质量还是在效率上都有了明显的提高。

7 结论

自从数码相机与自动匹配技术的出现，全自动化的摄影测量数据处理是发展所趋，但同时也带来各种数据处理上的问题。本文给出了在光束法区域网平差解算中存在的精度质量问题有效的解决办法，为后续立体测图提供的空三成果有个精度质量上的保证，也大大减少立体像对恢复中出现的精度质量问题。

参考文献

[1] Granshaw， S.I.， 1980. Bundle Adjustment Methods in Engineering Photogrammetry. Photogrammetric Record， Volume 10， Issue 56. pp. 181-207. October 1980.

[2] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用.北京：测绘出版社，2001.

[3] 张剑清，潘励，王树根. 摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社.2003.

[4] 张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程，2004，13（4）：1-5.

[5] 李德仁，袁修孝.误差处理与可靠性理论[M].武汉：武汉大学出版社，2002年.

[6] 李德仁，郑肇葆.解析摄影测量学[M].北京：测绘出版社，1992： 129.

[7] 王之卓编著. 摄影测量原理[M].武汉：武汉大学出版社，2007.