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摘要：随着“数字城市”计划的正式启动，全国各地都相继开始数字城市的建设，而航空摄影测量是实现“数字城市”计划的重要手段。航空摄影是民航总队根据航摄规范和成图单位的要求，用飞机在空中对地面进行摄影获得影像的过程。内业就是要对这些测量得到的基础数据，利用相应的技术手段得到需要的矢量数据。在此过程中，利用空中三角测量来实现控制点加的密操作非常重要并且会遇到很多的问题。本文主要叙述如何利用VirtuoZo 软件进行空中三角测量，并对出现的问题进行讨论，提出较好的解决方法。
关键字：数字城市 航空摄影 空三测量 VirtuoZo
中图分类号： B834 文献标识码： A
随着计算机技术的快速发展和广泛应用，在现代航空摄影测量过程中，过去繁琐的外业测量大部门被内业处理代替了，这可以节省大量的人力、物力以及财力，是发展的新趋势。空中三角测量，简称空三，是指根据摄影像片与所摄物体之间所存在的空间几何关系，利用少量野外控制数据和像片上的观测数据，在室内计算测定测图所用控制点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空中三角测量技术在整个航测内业处理过程中起着关键的作用，后期的4D产品的生产也需要利用前期的空三成果。如果空三测量的结果较好，可为实际生产奠定良好的基础，并且可以发现和指出外业测量的控制点的错位并进行纠正和调整。
一、数据采集
本文利用青岛市勘察测绘研究院提供的航摄影像以及外业测量得到的控制点数据，完成该测区的数据采集工作。基本数据包括：原始影像（.tif）、控制点文件（.grd）、相机文件（.cmr）。
测区的原始影像共47张，是用飞机搭载的数码量测相机拍摄的，像素值大小为0.012。由于航拍时航带的方向问题，拍摄得来的影像在使用前需要进行翻转（顺时针90°），并将图片解压缩。 控制点文件：外业测量使用的是GPS测量，采用WGS84坐标系以及中央子午线3°带。测量所得值为大地坐标即经纬度坐标和高程信息，使用前需将大地坐标转换为平面坐标。相机文件由航拍公司提供，根据相机具体参数计算得来。
二、软件简介及其操作
Virtuozo是适普公司完全自主研发的产品，已被国际摄影测量界公认为三大实用的数字摄影测量系统之一。Virtuozo附属的空中三角测量系统VirtuozoAAT-Patb，利用了VirtuoZo系统的核心技术，是一个功能强大并完善、高效、可靠、自动化程度高的自动空中三角测量系统。它可以实现全自动内定向,加密成果自动整理等，并且可以与多种区域网平差软件建立接口。具体操作过程如下：
1，建立测区。点击新建测区，设置测区参数，包括主目录、控制点文件、相机文件、摄影和成图比例以及航带数等等。单击确定，生成一个测区文件。
2，导入影像。点击影像列表，将测区影像导入。注意：软件中建立的航带索引号与实际像片索引号相反，同一航带所有像片按降序排列。单击下一步，设置像片像元大小0.012和相机文件。保存后将在测区目录下生成一个影像列表文件。
3，内定向。软件自动进行内定向。点击空三，内定向，内定向，完成。
4，航带间偏移量加点。单击空三，航带间偏移量，在四副图像重叠部分分别加点，每条航带大约间隔五张加一次。在四张图片的重叠部分大概位置，进入编辑页面，手动精确加点，并设定点号，本次一共添加了506个点。所有航带加完点后会在目录下生成ConnectBack文件夹，里面存放的是刚刚的偏移点信息。
5，连接点提取。单击“空三”，“连接点提取”，“重新开始提取连接点”。系统会根据用户刚刚手动提添加的航带间偏移点，自动匹配航带间以及航带自身的连接点，从而把测区连接起来，形成一个闭合的自由网。
6，自由网平差。自动提取连接点完成后，大量密集均匀的连接点形成了一个闭合相连的自由网，利用自由网来控制测区的误差是AAT系统特有的方式。
6.1 自动提取连接点
完成提取连接点的过程后，生成的大量密集的连接点中肯定有多错点和粗差点，这就需要进行进一步的筛选，调用PATB平差的自动挑点过程就是系统自动的进行一轮轮的平差和筛选，挑出粗差点和错点并自动删除掉。点击“空三”，“自动挑点”，进入自动挑点界面。
点击“Execute PATB”，进行平差，注意界面中的提示，会显示每次平差删掉多少粗差点，当系统任务没有粗差点后，自动挑点会结束，不再调用PATB。
6.2 自由网平差
点击“空三”，“交互式编辑”，进入交互编辑界面，在这个界面中可以看到连接点的分布情况，在上一步的自动挑点中，系统初步的挑选并删除了大量的粗差点，会导致连接点的分布不够均匀和密集。
这时候就要求工作人员进行手动补点，在每张像片上没有连接点的标准点位进行加点。 在右侧点位分布界面中找到缺少连接点的像片，进入右侧对应的像片中进行手动加点。手动加点完毕后，进行自由网平差。点击“平差”，“自由网平差”，然后点击上方工具栏中的PATB按钮，进入PATB界面进行平差。
这个过程也是PATB平差筛选粗差点的過程，平差后调用 ATX_TieDelete.exe，这个工具是可以直观看到所有连接点的残差，并可以按残差大小排列并进行删除，注意不要删除过多，导致自由网断掉。
打开工程图像。将连接点按残差排列，删除掉残差大于12的点，然后自由网平差一次不断重复直到没有粗差点，自由网平差结束。
7，带控制点的平差。 自由网平差后，进入带控制点进行平差的过程，首先导入控制点文件，再次进入交互式编辑界面，对照外业测量人员的刺点像片，在测区四周先加上四个左右的控制点。注意点号要与控制点点号一致，系统才会识别为控制点。点击“平差”，“带控制点的平差”，调用PATB进行平差。点击“平差”，“控制点”，查看平差报告，看控制点精度。
打开平差报告，看所有的控制点误差是否都在限差之内，对不符合要求的控制点进行检查和调整，将所有控制点调整合格后，再进行平差。
8，输出结果。点击“空三”，“生成加密点”，点击“平差”，“显示ATT平差报告”，选择输出目录。打开AdjOut.txt 检查精度是否达到要求。
本次空三平差结果报告为：
航带总数：5
控制点数：103
加密点数：506
相方单位：micron
物方单位：mm
相对定向中误差： 最大中误差：82.16(NO.58)最小中误差：0.96(NO.47)
模型连接中误差： 最大中误差：184.82(NO.54) 最小中误差：0.39(NO.53)
平面定向控制点： 中误差 sx=0.040sy=0.063
高程定向控制点： 中误差：sz=0.097
三、实际操作中遇到的问题及解决办法
3.1 相机旋转问题
表现为系统进行自动内定向时，相邻两条航带的内定向残差交替出现一条大、一条小的现象。正常情况下，只有当像片的框标与拍摄时相机的框标一一对应进行内定向时，结果才是正确的。因此当像片与相机承片框方向不一致时需要旋转相机，旋转时选择“相机反转”即可。
3.2自动相对定向失败问题
造成自动相对定向失败的原因一般为影像质量不高、扫描分辨率不同、航偏角变化过大等。解决方法通常有三个，一是使用BIL，选择一个同名点进行自动匹配，这种方法的缺点是：计算量很大，匹配过程慢且经常会遇到死机的情况。第二个是使用无人机版的AAT，效果较好；缺点是：系统不成熟，容易遇到更多的问题。最后一个是删除所有自动匹配的同名点，直接全手工添加同名点，即手工完成相对定向。
3.3自由网断掉问题
自动挑点过程中，系统可能将自动提取的连接点或者手动加的连接点删掉，导致原本完整的自由网断开，程序自动结束，无法进行平差。对于这种情况，我们通常采用两种方法，一是重做，即重新完成空三，在添加航带间偏移量点时更加密集的布点。此方法的缺点是工作量变大，且不能保证成功解决问题。第二种方法是忽略自动挑点，我们可以手动加点强行将自由网连接起来或者忽略自由网平差直接进入控制点平差。
3.4控制点的选取问题
为避免因控制点选取的问题导致后期空三过程遇到麻烦，空三人员在外业选点前应利用索引图将测区内的所有像片大致审核一遍，提醒外业测量人员在容易出现问题的区域补测一个或多个控制点，以便于后续工作。同时学会利用各种手段，如谷歌地球等相关的导航软件找到并标明测区中重要的道路、地物，避开一些敏感或是不方便的区域等，便于测量和数据处理。
3.5控制点精度问题
表现为个别控制点的精度无论如何达不到限差要求，出现这种情况有两种可能：(1)外业测量出现问题，首先对控制点文件进行检查，看是否是导出控制点数过程中出现了错误，如果不是，则很可能是外业测量出错导致。一般情况下，如果只是很个别的控制点误差有问题，在不影响测区精度的前提下，可以该点进行删除或者屏蔽。(2)如果不是个别点有问题，则说明是自由网像点误差大。这种问题，只能重新进行空三。
四、总结与展望
随着空中三角测量的快速普及，大大的降低了外业测量的工作量，有效提高了工作的效率和精度，在未来必将向着更精确更智能更全面的方向发展。但是不管空三怎样发展，它的基本原理永远都不会改变。空中三角测量就是利用平差的基本原理发展而来，通过一次次的平差计算筛选出粗差点并删掉从而提高共三加密点的精度，实现整个测区的高精度三角测量的过程。然而在实际的操作中我们还会遇到很多问题，但只要熟悉其基本的原理，加上每一步都细心去完成，这些问题肯定会得到很好的解决。
参考文献：
[1] 张祖勋，张剑清，数字摄影测量学，武汉大学出版社.2005：156-167
[2] 谢元礼，试论数字摄影测量空三加密的应用及精度，北京测绘，1998年03期:14-19
关键字：数字城市 航空摄影 空三测量 VirtuoZo
中图分类号： B834 文献标识码： A
随着计算机技术的快速发展和广泛应用，在现代航空摄影测量过程中，过去繁琐的外业测量大部门被内业处理代替了，这可以节省大量的人力、物力以及财力，是发展的新趋势。空中三角测量，简称空三，是指根据摄影像片与所摄物体之间所存在的空间几何关系，利用少量野外控制数据和像片上的观测数据，在室内计算测定测图所用控制点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空中三角测量技术在整个航测内业处理过程中起着关键的作用，后期的4D产品的生产也需要利用前期的空三成果。如果空三测量的结果较好，可为实际生产奠定良好的基础，并且可以发现和指出外业测量的控制点的错位并进行纠正和调整。
一、数据采集
本文利用青岛市勘察测绘研究院提供的航摄影像以及外业测量得到的控制点数据，完成该测区的数据采集工作。基本数据包括：原始影像（.tif）、控制点文件（.grd）、相机文件（.cmr）。
测区的原始影像共47张，是用飞机搭载的数码量测相机拍摄的，像素值大小为0.012。由于航拍时航带的方向问题，拍摄得来的影像在使用前需要进行翻转（顺时针90°），并将图片解压缩。 控制点文件：外业测量使用的是GPS测量，采用WGS84坐标系以及中央子午线3°带。测量所得值为大地坐标即经纬度坐标和高程信息，使用前需将大地坐标转换为平面坐标。相机文件由航拍公司提供，根据相机具体参数计算得来。
二、软件简介及其操作
Virtuozo是适普公司完全自主研发的产品，已被国际摄影测量界公认为三大实用的数字摄影测量系统之一。Virtuozo附属的空中三角测量系统VirtuozoAAT-Patb，利用了VirtuoZo系统的核心技术，是一个功能强大并完善、高效、可靠、自动化程度高的自动空中三角测量系统。它可以实现全自动内定向,加密成果自动整理等，并且可以与多种区域网平差软件建立接口。具体操作过程如下：
1，建立测区。点击新建测区，设置测区参数，包括主目录、控制点文件、相机文件、摄影和成图比例以及航带数等等。单击确定，生成一个测区文件。
2，导入影像。点击影像列表，将测区影像导入。注意：软件中建立的航带索引号与实际像片索引号相反，同一航带所有像片按降序排列。单击下一步，设置像片像元大小0.012和相机文件。保存后将在测区目录下生成一个影像列表文件。
3，内定向。软件自动进行内定向。点击空三，内定向，内定向，完成。
4，航带间偏移量加点。单击空三，航带间偏移量，在四副图像重叠部分分别加点，每条航带大约间隔五张加一次。在四张图片的重叠部分大概位置，进入编辑页面，手动精确加点，并设定点号，本次一共添加了506个点。所有航带加完点后会在目录下生成ConnectBack文件夹，里面存放的是刚刚的偏移点信息。
5，连接点提取。单击“空三”，“连接点提取”，“重新开始提取连接点”。系统会根据用户刚刚手动提添加的航带间偏移点，自动匹配航带间以及航带自身的连接点，从而把测区连接起来，形成一个闭合的自由网。
6，自由网平差。自动提取连接点完成后，大量密集均匀的连接点形成了一个闭合相连的自由网，利用自由网来控制测区的误差是AAT系统特有的方式。
6.1 自动提取连接点
完成提取连接点的过程后，生成的大量密集的连接点中肯定有多错点和粗差点，这就需要进行进一步的筛选，调用PATB平差的自动挑点过程就是系统自动的进行一轮轮的平差和筛选，挑出粗差点和错点并自动删除掉。点击“空三”，“自动挑点”，进入自动挑点界面。
点击“Execute PATB”，进行平差，注意界面中的提示，会显示每次平差删掉多少粗差点，当系统任务没有粗差点后，自动挑点会结束，不再调用PATB。
6.2 自由网平差
点击“空三”，“交互式编辑”，进入交互编辑界面，在这个界面中可以看到连接点的分布情况，在上一步的自动挑点中，系统初步的挑选并删除了大量的粗差点，会导致连接点的分布不够均匀和密集。
这时候就要求工作人员进行手动补点，在每张像片上没有连接点的标准点位进行加点。 在右侧点位分布界面中找到缺少连接点的像片，进入右侧对应的像片中进行手动加点。手动加点完毕后，进行自由网平差。点击“平差”，“自由网平差”，然后点击上方工具栏中的PATB按钮，进入PATB界面进行平差。
这个过程也是PATB平差筛选粗差点的過程，平差后调用 ATX_TieDelete.exe，这个工具是可以直观看到所有连接点的残差，并可以按残差大小排列并进行删除，注意不要删除过多，导致自由网断掉。
打开工程图像。将连接点按残差排列，删除掉残差大于12的点，然后自由网平差一次不断重复直到没有粗差点，自由网平差结束。
7，带控制点的平差。 自由网平差后，进入带控制点进行平差的过程，首先导入控制点文件，再次进入交互式编辑界面，对照外业测量人员的刺点像片，在测区四周先加上四个左右的控制点。注意点号要与控制点点号一致，系统才会识别为控制点。点击“平差”，“带控制点的平差”，调用PATB进行平差。点击“平差”，“控制点”，查看平差报告，看控制点精度。
打开平差报告，看所有的控制点误差是否都在限差之内，对不符合要求的控制点进行检查和调整，将所有控制点调整合格后，再进行平差。
8，输出结果。点击“空三”，“生成加密点”，点击“平差”，“显示ATT平差报告”，选择输出目录。打开AdjOut.txt 检查精度是否达到要求。
本次空三平差结果报告为：
航带总数：5
控制点数：103
加密点数：506
相方单位：micron
物方单位：mm
相对定向中误差： 最大中误差：82.16(NO.58)最小中误差：0.96(NO.47)
模型连接中误差： 最大中误差：184.82(NO.54) 最小中误差：0.39(NO.53)
平面定向控制点： 中误差 sx=0.040sy=0.063
高程定向控制点： 中误差：sz=0.097
三、实际操作中遇到的问题及解决办法
3.1 相机旋转问题
表现为系统进行自动内定向时，相邻两条航带的内定向残差交替出现一条大、一条小的现象。正常情况下，只有当像片的框标与拍摄时相机的框标一一对应进行内定向时，结果才是正确的。因此当像片与相机承片框方向不一致时需要旋转相机，旋转时选择“相机反转”即可。
3.2自动相对定向失败问题
造成自动相对定向失败的原因一般为影像质量不高、扫描分辨率不同、航偏角变化过大等。解决方法通常有三个，一是使用BIL，选择一个同名点进行自动匹配，这种方法的缺点是：计算量很大，匹配过程慢且经常会遇到死机的情况。第二个是使用无人机版的AAT，效果较好；缺点是：系统不成熟，容易遇到更多的问题。最后一个是删除所有自动匹配的同名点，直接全手工添加同名点，即手工完成相对定向。
3.3自由网断掉问题
自动挑点过程中，系统可能将自动提取的连接点或者手动加的连接点删掉，导致原本完整的自由网断开，程序自动结束，无法进行平差。对于这种情况，我们通常采用两种方法，一是重做，即重新完成空三，在添加航带间偏移量点时更加密集的布点。此方法的缺点是工作量变大，且不能保证成功解决问题。第二种方法是忽略自动挑点，我们可以手动加点强行将自由网连接起来或者忽略自由网平差直接进入控制点平差。
3.4控制点的选取问题
为避免因控制点选取的问题导致后期空三过程遇到麻烦，空三人员在外业选点前应利用索引图将测区内的所有像片大致审核一遍，提醒外业测量人员在容易出现问题的区域补测一个或多个控制点，以便于后续工作。同时学会利用各种手段，如谷歌地球等相关的导航软件找到并标明测区中重要的道路、地物，避开一些敏感或是不方便的区域等，便于测量和数据处理。
3.5控制点精度问题
表现为个别控制点的精度无论如何达不到限差要求，出现这种情况有两种可能：(1)外业测量出现问题，首先对控制点文件进行检查，看是否是导出控制点数过程中出现了错误，如果不是，则很可能是外业测量出错导致。一般情况下，如果只是很个别的控制点误差有问题，在不影响测区精度的前提下，可以该点进行删除或者屏蔽。(2)如果不是个别点有问题，则说明是自由网像点误差大。这种问题，只能重新进行空三。
四、总结与展望
随着空中三角测量的快速普及，大大的降低了外业测量的工作量，有效提高了工作的效率和精度，在未来必将向着更精确更智能更全面的方向发展。但是不管空三怎样发展，它的基本原理永远都不会改变。空中三角测量就是利用平差的基本原理发展而来，通过一次次的平差计算筛选出粗差点并删掉从而提高共三加密点的精度，实现整个测区的高精度三角测量的过程。然而在实际的操作中我们还会遇到很多问题，但只要熟悉其基本的原理，加上每一步都细心去完成，这些问题肯定会得到很好的解决。
参考文献：
[1] 张祖勋，张剑清，数字摄影测量学，武汉大学出版社.2005：156-167
[2] 谢元礼，试论数字摄影测量空三加密的应用及精度，北京测绘，1998年03期:14-19