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摘要：空中三角测量是摄影测量工作中的一个重要工序，本文描述了自动空中三角测量的定义，简述了自动空中三角测量的基本过程。
关键词：空中三角测量；分类;过程;方法
中图分类号：O353.5 文献标识码：A 文章编号：
一、空中三角测量的概念及分类
空中三角测量是利用航摄像片与所摄目标之间的几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空中三角测量分为利用光学机械实现的模拟法和利用电子计算机实现的解析法两类。
模拟法空中三角测量是用光学机械的方法，在实现摄影过程的几何反转原理的基础上，借助立体测图仪进行空中三角测量。一般只限于在一条航线内进行。
解析法空中三角测量是根据像片上的像点坐标（或单元立体模型上点的坐标）同地面点坐标的解析关系或每两条同名光线共面的解析关系，构成摄影测量的空中三角测量。建立摄影测量网和平差计算等工作都由计算机来完成。建网的方法有多种，最常用的是航带法、独立模型法和光束法。
GPS辅助空中三角测量是利用装在飞机和设在地面的一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同时而连续地观测GPS卫星信号，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平差中，经采用统一的数学模型和算法以整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。
定位定姿系统（position and orientation system,POS）集差分GPS（DGPS）技术和惯性测量装置（IMU）技术于一体，可以获取移动物体的空间位置和三轴姿态信息，广泛用于飞机、轮船和导弹和导航定位。POS主要包括GPS信号接收机和惯性测量装置两个部分，也称GPS/IMU集成系统。利用POS系统可以在航空摄影过程中直接测定每张像片的6个外方位元素，从而可以进一步减少外业像片控制测量工作，提高摄影测量的生产效率。
二、数度指标
空中三角测量的数度指标主要指定向误差和控制点残差。
框标坐标残差绝对值一般不大于0.010mm，最大不超过0.015mm。扫描数字化航摄影像连接点上下视差中误差为0.01mm（1/2像素），数码航摄仪获取的影像连接点上下视差中误差为1/3像素。
基本定向点残差、检查点残公共点较差依据相应规范执行。
三、基本作业过程
空中三角测量的作业过程主要包括准备工作、内定向、相对定向、绝对定向和区域网平差计算、区域网接边、质量检查、成果整理与提交7个环节。
（1）准备工作：包括资料的收集和分析。资料收集主要是控制测量成果和航摄资料的收集；对收集资料进行整理，分析控制测量和航摄资料的基本情况。
（2）内定向：是采用仿射变换进行框标坐标计算。框幅式数字航摄获取的影像需使用焦距、像素大小、像素行数与列数、像素值参考位置等航摄仪鉴定资料。扫描数字化航摄影像使用焦距、像主点位置、框标坐标或距离、物镜畸变差等航摄仪鉴定资料。
（3）相对定向：每个像对连接点应分布均匀，每个标准点位区应有连接点。标准点位区落水时，应沿水涯线均匀选择连接点。航向连接点宜3度重叠，旁向连接点宜6度重叠。自由图边在图廓线以外应有连接点。
（4）绝对定向和区域网平差计算：平差计算时对连接点、像片控制点进行粗差检测，剔除或修测出的粗差点。对于IMU/GPS辅助空中三角测量和GPS辅助空中三角测量，需导入摄站点坐标、像片外方位元素进行联合平差。
（5）区域网接边：区域网根据航摄分区、可利用控制点的分布以及地形条件等情况灵活划分。区域网拉边根据同比例尺同地形类别、同比例尺不同地形类别、不同比例尺、与已成图或出版图、不同投影带5种情况考虑接边方法和接边较差。
（6）质量检查：主要包括外业控制点和检查点成果使用正确性检查、航摄仪检定参数和航摄参数检查、各项平差计算和精度检查和提交成果的完整性检查。
（7）成果整理与提交：主要包括成果清单、相机文件、像片控制点坐标、连接点或测图定向点像片坐标和大地坐标、每张像片的内外方位元素、连接点分布略图、保密检查点大地坐标、技术设计书、技术总结、检查报告和验收报告以及其他资料等。
数据成果、文档资料、生产过程成果及各种专业资料等，应按照设计要求统一整理并汇交。各种文档资料、生产过程成果及各种专业资料应建立完整的资料目录及其使用情总说明。
四、主要作业方法
1解析空中三角测量指的是摄影测量解析确定区域内所有影像的外方位元素及待定点的地面坐标。根据平差中所采用的数学模型解析空中三角测量可分为航带法、独立模型法和光束法；根据平差范围的大小，又可分为单模型法、单航带法和区域网法。
(1)航带法空中三角测量处理的对象是一条航带的模型，即首先要把许多立体像对所构成的单个模型连接成航带模型，然后把一个航带模型视为一个单元模型进行解析处理。航带模型经绝对定向以后还需作模型的非线性改正，才能得到较为满意的结果。
(2 )独立模型法区域网空中三角测量是把一个单元模型视为刚体，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，每个单元模型只作平移、旋转和缩放，这一过程是通过单元模型的空间相似变换来完成的。
(3 )光束法解析空中三角测量是以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基本单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程。通过各个光线束在空间的旋转和平移，使模型之间公共点的光线实现最佳地交会，并使整个区域最佳地纳入到已知的控制点坐标系统中。
光束法解析空中三角测量是最严密的一种解法，误差方程式直接对原始观测值列出，能最方便地顾及影像系统误差的影响同，最便于引入非摄影测量附加观测值，如导航数据和地面测量观测值。它还可以严密地处理非常规摄影及非量测相机的影像数据。
2 GPS辅助空中三角测量的作业过程大体可分为以处四个阶级：
(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。
(2) 带GPS信号接收机的航空摄影。在航空摄影过程中，以0.5---1.0s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 接收机同时而连续以观测GPS卫星信号，以获取GPS载波相位观测量和航摄仪曝光时刻。
(3) 解求GPS 摄站坐标。对GPS 载波相位观测量进行离线数据后处理，解求航摄仪曝光时刻机载GPS 天线相位中心的三维坐标（XA下标，YA，ZA），即GPS摄站坐标及其方差—协方差矩阵。
3 GPS摄站坐标与摄影测量数据的联合平差。将GPS 摄站坐标视为带权观测值与摄影测量数据进行联合区域网平差，以确定待求地面点的位置并评定其质量。
(1)将POS系统和航摄仪集成在一起，通过GPS载波相位差分定位获取航摄仪的位置参数及惯性测量装置（IMU）测定航摄仪的姿态参数，经IMU、DGPS数据的联合后处理，可直接获得测图所需的每张像片的6个外方位元素，能够大大减少乃至无需地面控制直接进行航空影像的空间地理定位。
(2)航攝仪、GPS天线和IMU三者之间的空间坐标系可以通过坐标变换来统一。为了保证获取航摄仪曝光瞬间摄影中心的空间位置和姿态信息，航摄仪应该提供或加装曝光传感器及脉冲输出装置。除安装在飞机上的设备外，还应在测区内或周边地区设定至少一个基准站，并安装静态GPS信号接收机，要求地面GPS接收机的数据更新频率不低于机载接收机的更新频率，以相对GPS动态定位方式来同步观测GPS卫星信号。最后利用后处理软件解算每张影像在曝光瞬间的外方位元素。
参考文献：
〔1〕王佩军，徐亚明．摄影测量学．武汉大学出版. 2O05
〔2〕袁修孝．GPS辅助空中三角测量原理及应用. 测绘出版社. 2001
关键词：空中三角测量；分类;过程;方法
中图分类号：O353.5 文献标识码：A 文章编号：
一、空中三角测量的概念及分类
空中三角测量是利用航摄像片与所摄目标之间的几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空中三角测量分为利用光学机械实现的模拟法和利用电子计算机实现的解析法两类。
模拟法空中三角测量是用光学机械的方法，在实现摄影过程的几何反转原理的基础上，借助立体测图仪进行空中三角测量。一般只限于在一条航线内进行。
解析法空中三角测量是根据像片上的像点坐标（或单元立体模型上点的坐标）同地面点坐标的解析关系或每两条同名光线共面的解析关系，构成摄影测量的空中三角测量。建立摄影测量网和平差计算等工作都由计算机来完成。建网的方法有多种，最常用的是航带法、独立模型法和光束法。
GPS辅助空中三角测量是利用装在飞机和设在地面的一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同时而连续地观测GPS卫星信号，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平差中，经采用统一的数学模型和算法以整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。
定位定姿系统（position and orientation system,POS）集差分GPS（DGPS）技术和惯性测量装置（IMU）技术于一体，可以获取移动物体的空间位置和三轴姿态信息，广泛用于飞机、轮船和导弹和导航定位。POS主要包括GPS信号接收机和惯性测量装置两个部分，也称GPS/IMU集成系统。利用POS系统可以在航空摄影过程中直接测定每张像片的6个外方位元素，从而可以进一步减少外业像片控制测量工作，提高摄影测量的生产效率。
二、数度指标
空中三角测量的数度指标主要指定向误差和控制点残差。
框标坐标残差绝对值一般不大于0.010mm，最大不超过0.015mm。扫描数字化航摄影像连接点上下视差中误差为0.01mm（1/2像素），数码航摄仪获取的影像连接点上下视差中误差为1/3像素。
基本定向点残差、检查点残公共点较差依据相应规范执行。
三、基本作业过程
空中三角测量的作业过程主要包括准备工作、内定向、相对定向、绝对定向和区域网平差计算、区域网接边、质量检查、成果整理与提交7个环节。
（1）准备工作：包括资料的收集和分析。资料收集主要是控制测量成果和航摄资料的收集；对收集资料进行整理，分析控制测量和航摄资料的基本情况。
（2）内定向：是采用仿射变换进行框标坐标计算。框幅式数字航摄获取的影像需使用焦距、像素大小、像素行数与列数、像素值参考位置等航摄仪鉴定资料。扫描数字化航摄影像使用焦距、像主点位置、框标坐标或距离、物镜畸变差等航摄仪鉴定资料。
（3）相对定向：每个像对连接点应分布均匀，每个标准点位区应有连接点。标准点位区落水时，应沿水涯线均匀选择连接点。航向连接点宜3度重叠，旁向连接点宜6度重叠。自由图边在图廓线以外应有连接点。
（4）绝对定向和区域网平差计算：平差计算时对连接点、像片控制点进行粗差检测，剔除或修测出的粗差点。对于IMU/GPS辅助空中三角测量和GPS辅助空中三角测量，需导入摄站点坐标、像片外方位元素进行联合平差。
（5）区域网接边：区域网根据航摄分区、可利用控制点的分布以及地形条件等情况灵活划分。区域网拉边根据同比例尺同地形类别、同比例尺不同地形类别、不同比例尺、与已成图或出版图、不同投影带5种情况考虑接边方法和接边较差。
（6）质量检查：主要包括外业控制点和检查点成果使用正确性检查、航摄仪检定参数和航摄参数检查、各项平差计算和精度检查和提交成果的完整性检查。
（7）成果整理与提交：主要包括成果清单、相机文件、像片控制点坐标、连接点或测图定向点像片坐标和大地坐标、每张像片的内外方位元素、连接点分布略图、保密检查点大地坐标、技术设计书、技术总结、检查报告和验收报告以及其他资料等。
数据成果、文档资料、生产过程成果及各种专业资料等，应按照设计要求统一整理并汇交。各种文档资料、生产过程成果及各种专业资料应建立完整的资料目录及其使用情总说明。
四、主要作业方法
1解析空中三角测量指的是摄影测量解析确定区域内所有影像的外方位元素及待定点的地面坐标。根据平差中所采用的数学模型解析空中三角测量可分为航带法、独立模型法和光束法；根据平差范围的大小，又可分为单模型法、单航带法和区域网法。
(1)航带法空中三角测量处理的对象是一条航带的模型，即首先要把许多立体像对所构成的单个模型连接成航带模型，然后把一个航带模型视为一个单元模型进行解析处理。航带模型经绝对定向以后还需作模型的非线性改正，才能得到较为满意的结果。
(2 )独立模型法区域网空中三角测量是把一个单元模型视为刚体，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，每个单元模型只作平移、旋转和缩放，这一过程是通过单元模型的空间相似变换来完成的。
(3 )光束法解析空中三角测量是以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基本单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程。通过各个光线束在空间的旋转和平移，使模型之间公共点的光线实现最佳地交会，并使整个区域最佳地纳入到已知的控制点坐标系统中。
光束法解析空中三角测量是最严密的一种解法，误差方程式直接对原始观测值列出，能最方便地顾及影像系统误差的影响同，最便于引入非摄影测量附加观测值，如导航数据和地面测量观测值。它还可以严密地处理非常规摄影及非量测相机的影像数据。
2 GPS辅助空中三角测量的作业过程大体可分为以处四个阶级：
(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。
(2) 带GPS信号接收机的航空摄影。在航空摄影过程中，以0.5---1.0s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 接收机同时而连续以观测GPS卫星信号，以获取GPS载波相位观测量和航摄仪曝光时刻。
(3) 解求GPS 摄站坐标。对GPS 载波相位观测量进行离线数据后处理，解求航摄仪曝光时刻机载GPS 天线相位中心的三维坐标（XA下标，YA，ZA），即GPS摄站坐标及其方差—协方差矩阵。
3 GPS摄站坐标与摄影测量数据的联合平差。将GPS 摄站坐标视为带权观测值与摄影测量数据进行联合区域网平差，以确定待求地面点的位置并评定其质量。
(1)将POS系统和航摄仪集成在一起，通过GPS载波相位差分定位获取航摄仪的位置参数及惯性测量装置（IMU）测定航摄仪的姿态参数，经IMU、DGPS数据的联合后处理，可直接获得测图所需的每张像片的6个外方位元素，能够大大减少乃至无需地面控制直接进行航空影像的空间地理定位。
(2)航攝仪、GPS天线和IMU三者之间的空间坐标系可以通过坐标变换来统一。为了保证获取航摄仪曝光瞬间摄影中心的空间位置和姿态信息，航摄仪应该提供或加装曝光传感器及脉冲输出装置。除安装在飞机上的设备外，还应在测区内或周边地区设定至少一个基准站，并安装静态GPS信号接收机，要求地面GPS接收机的数据更新频率不低于机载接收机的更新频率，以相对GPS动态定位方式来同步观测GPS卫星信号。最后利用后处理软件解算每张影像在曝光瞬间的外方位元素。
参考文献：
〔1〕王佩军，徐亚明．摄影测量学．武汉大学出版. 2O05
〔2〕袁修孝．GPS辅助空中三角测量原理及应用. 测绘出版社. 2001