第六章解析空中三角测量

解析空中三角测量《摄影测量学》空中三角测量、区域网平差它是利用少量控制点对整个区域所有影像恢复它们的外方位元素1概述一、解析空中三角测量的定义空中三角测量定义：空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。分类：模拟空中三角测量解析空中三角测量解析空中三角测量(解析空三加密)用计算的方法，根据像片上量测的像点坐标和少量地面控制点，采用较严密的数学公式，按最小二乘法原理，用少量地面控制点为平差条件，在电子计算机解上解求测图所需控制点的平面坐标和高程。优点：避免仪器在光学和机械方面的缺陷，减少人为操作误差；用计算方法对物理因素引起的像点系统误差进行改正，提高加密成果精度；提高效率，减少了外业工作量不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量不受通视条件限制摄影测量平差时，区域内部精度均匀，且不受区域大小限制解析空中三角测量的意义为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点和像片定向参数取代大地测量方法，进行三四等或等外三角测量的点位测定（精度为厘米级）用于地籍测量以测定大范围内界址点的统一坐标单元模型中大量地面点坐标的解析计算解析近景摄影测量和非地形摄影测量（要求的精度较高）解析空中三角测量的目的解析空中三角测量的信息12374586方位线过主点且垂直于方位线的直线与旁向重叠中线的交点附近不得大于1cm困难时，不得大于1.5cm不得小于5cm应在56两点连线中点1cm范围内距像片边缘不得小于1.5cm所有点均布成双点距各类标志不得小于1mm影像连接点的设置影像连接点的类型•明显地物点（自然点）•标志点（精度高时采用）•人工转刺点（很少使用）•仪器转刺点（传统作业方法）•数字影像匹配转点（目前最普遍采用的方法）明显地物点标志点•标志的大小•增加辅标•与地物的反差摄影机物镜系统设计、制作和装配中所引起的像点偏离其理想位置的点位误差称为光学畸变差。光学畸变差是影响像点坐标质量的一项重要系统误差。（1）光学畸变的构成光学畸变径向畸变偏心畸变切向畸变非对称径向畸变二、像点坐标量测与系统误差及改正1、摄影机物镜畸变对像片影像的影响(2)径向畸变差的表达式物理表达数学表达不同像点的径向畸变差不同----与入射角α有关，与主距有关，与像点的位置有关；tanfrrfOSrrr7352310rkrkrkrkr20203210,,,,yyxxrrkkkk向径，可通过摄影机鉴定得到径向畸变系数，一般情况下，在航摄仪检定表中，提供了不同辐射距上的畸变差值，通过公式反算待定参数，从而可求任意像点的畸变差值。rraaxyyxo畸变差的改正方法yyxxrr将畸变差分解在x,y方向，有xy此处，x,y应为改正底片变形后的像点坐标。对绝大多数物镜而言，取三个畸变系数已足够描述物镜畸变；质量好的物镜，可取前两个系数。4221042210rkrkkyrryyrkrkkxrrxx像点坐标改正公式4221042210''''rkrkkyrryyrkrkkxrrxx经物镜畸变差改正后的像点坐标为yyyxxx''2、底片变形改正变形原因：在摄影曝光时，为压平底片，航摄软片要承受一定的拉力；航摄像片经过显影、定影，水洗和干燥等一系列处理，产生伸缩；随着时间的推移，底片要产生老化；•边框标：量测框标距改正方法：比较航空摄影机的框标与像片上的框标构像在x、y方向上的长度改正公式：式中Lx，Ly为框标之间的正确距离，lx，ly为框标之间在像片上的量测距离，x’,y’为像点坐标的量测值。yyxxlLyylLxx•角框标：量测四个框标坐标改正方法：改正公式：x’、y’为在像片上量测的像点坐标x、y为经改正后的像点坐标iiba,为待定变换参数量测像片上框标的坐标，代入公式中，求出待定变换参数，则任意一点的坐标均可改正yxbybxbbyyxayaxaax43214321变形误差改正过程：获取相应框标点在像平面坐标系o－xy中的鉴定坐标niyxi3,2,1,)(、量测四个以上框标点的像点坐标由坐标变换式列误差方程，平差解得变换系数41~ba将任一像点的坐标量测值代入坐标变换式算得正确值)(''yx、)(yx、niyxi3,2,1,)(''、3、大气折光改正改正公式：x、y方向上的像点坐标改正数为：xdxrrydyrr大气折光引起的像点误差随着像点的辐射距离增大而增大。rAaa0SnNfrfrnnnnrrfrfrHHff00221其中，4、地球曲率改正改正公式：H：相对于摄区基准面的摄影航高R:地球的曲率半径r：以像主点为中心的辐射半径地球曲率影响属于投影变化不同引起的差异。nAA0aa0HfrRR322rRfHr像点坐标在x、y方向上的改正值：RHfryrryyRHfrxrrxx2222像点坐标的系统误差改正ydyyyyxdxxxx底片变形镜头畸变大气折光地球曲率6.2航带网法空中三角测量主要内容一、基本思想与流程二、自由航带网的构建三、单航带空中三角测量四、航带法区域网平差一、思路把一条航带内的每个像对经连续像对相对定向构成一条航带模型，然后，根据航带内地面控制点进行航带模型绝对定向，并改正航带模型的非线性变形，从而获得各加密点的地面坐标。二、解算过程像点坐标量测，并进行系统误差改正。连续法相对定向建立单个模型，计算模型点坐标。模型连接，建立统一的航带模型，计算模型点在统一航带网中的坐标。航带模型的绝对定向。航带模型的非线性改正。⑴像点坐标量测及改正系统误差量测每个像对事先选定好的加密点及控制点的像平面坐标，并对其进行系统误差改正。⑵连续法相对定向，建立单个立体模型以航带中第一张像片的像空间坐标系为像空间辅助坐标系，以后各像对的像空间辅助坐标系彼此平行，每个像对相对定向以左像片为基准，求出右片相对左片的相对定向元素。但相对定向后，各模型的像空间辅助坐标系相互平行，但坐标原点和比例尺不同。1.建立航带模型⑶模型连接，建立统一的航带自由网将单个模型连接成航带模型，要将各模型不同的比例尺归化为统一的比例尺。通常以相邻像对重叠范围内三个连接点的高程应相等为条件，从左向右顺次地将后一模型的比例尺归化到前一模型的比例尺中，建立统一的以第一模型的比例尺为基准的航带模型。模型连接的实质是求出相邻模型间的比例归化系数。由于模型的基线分量bu是各自独立选取的，造成了各模型的比例尺大小不一致，必须进行模型比例尺的归化。模型比例尺的归化利用相邻模型公共点的Z坐标值进行归化。32131kkkkM1M2S2S12211112122111122wNwNwbSMkSMNwNw模型模型模型模型求出模型比例尺后，在后一个模型中，每一点的空间辅助坐标以及基线分量bu、bv、bw均乘以归化系数，就可以获得与前一模型比例尺一致的坐标。因此模型连接的实质是求出相邻模型间的比例归化系数。模型点坐标212121ussvsswssUUkMbVVkMbWWkMb摄站点坐标11111122221111()2sssUUkMNuVVkMNvkMNvkMNvWWkMNw航带模型的绝对定向是把航带模型视为一个整体，将航带模型在航带辅助坐标系中的坐标(U,V,W)纳入到地面摄影测量坐标系中，取得模型点的地面摄影测量坐标值(X,Y,Z)。主要流程：将控制点的地面坐标转化为地面摄影测量坐标；计算重心坐标和重心化坐标；建立绝对定向的误差方程，并进行法化求解，解算出绝对定向元素并把绝对定向元素再代入空间相似变换式，解算出所有模型点经绝对定向后的地面摄影测量坐标。2.航带模型的绝对定向3.航带模型的非线性化改正航带模型绝对定向后，所构成的航带模型仍存在残余系统误差和偶然误差的影响，这主要是因为在构建航带网的过程中，模型连接时误差的传递积累使航带网产生模型扭曲，所以需进行航带网的非线性变形改正。通常采用多项式曲面来逼近复杂的变形曲面，利用提供的控制点的已知值与加密值之间的不符值，通过最小二乘拟和曲面上的变形值与实际相差最小。航带网整体平差的实质是以一条航带模型为平差单元，解求航带的非线性改正系数，即多项式系数。三、航带网法区域网平差航带网法区域网平差，是以单航带作为基础，由几条航带构成一个区域整体平差，解求各航带的非线性变形改正系数，进而求得整个测区内全部待定点的坐标。其主要步骤如下：⑴按单航带模型法分别建立航带模型，以取得各航带模型点在本航带统一的辅助坐标系中的坐标值。⑵各航带模型的绝对定向⑶计算重心坐标及重心化坐标⑷根据模型中控制点的加密坐标应与外业实测坐标相等以及相邻航带间公共连接点的坐标应相等为条件，列出误差方程式，整体解求各航带的非线性改正系数⑸用平差计算得出的多项式系数，分别计算各模型点改正后的坐标值。6.3独立模型法区域网空中三角测量平差模型：基于单独法相对定向建立起的单元模型平差条件：模型间公共点的坐标尽可能一致，控制点的计算坐标应与其地面摄测坐标尽可能一致，包括公共摄站点在内。平差目的：按最小二乘法原理，确定每一单元模型的旋转、平移和缩放参数，以取得单元模型在区域中的最或是位置，从而确定待定点的地面坐标的方法。平差模型：空间相似变换公式一、思路二、解算过程单独法相对定向建立单元模型，获得各单元模型的模型点坐标，包括摄影站点。利用相邻模型公共点和所在模型中的控制点，各单单元模型分别作三维线性化变换，按各自的条件列出误差方程式及法方程式。建立全区域的改化法方程式，并按循环分块法来求解，求得每个模型点的七个绝对定向元素。按平差后求得的七个绝对定向元素，计算每个单元模型中待定点的坐标。WVUWVUcccbbbaaaWVUi321321321三、建立单元模型用单独像对相对定向法建立单元模型，求出模型点在各自像空间辅助坐标系中的坐标。四、模型连接，建立自由的航线网。取航线左端第一个单元模型的像空间辅助坐标系作为全航线统一的辅助坐标系。利用公共点完成。五、航线连接，全区域模型概略置平。将第一条航线模型根据本航线内的已知地面控制点进行概略绝对定向，其后各条航线模型依次根据本航线内已知地面控制点和上一条航线公共模型点进行概略绝对定向。六、整体平差ZYXZYXcccbbbaaaZYXtptptp321321321GGGZYXWVUcccbbbaaaZYX321321321误差方程式为：LBtAXV采用改化法方程计算。是地面摄测坐标的平差值，对加密点而言，用初值加改正数表示。tptptpZYX,,27nm像片沿航带方向编号：像片垂直于航带方向编号：27Nm计算带宽的公式：6.4光束法区域网空中三角测量平差单元：一张像片组成的一束摄影光线平差条件：全区域内的控制点和加密点都确保三点共线条件平差目的：在全区域内进行平差计算，以求得每张像片的六个外方位元素和加密点的地面坐标。平差模型：共线方程式光束法平差的作业过程：确定像片的外方位元素及地面点坐标的近似值；从每张像片上控制点、待定点的像点坐标出发，按共线条件式列出误差方程式；逐点法化建立改化方程式，按循环分块法解算改化法方程式，