第6章 解析空中三角测量ppt课件.ppt
6.1 概述6.2 航带法空中三角测量6.3 独立模型法区域网空中三角测量6.4 光束法区域网空中三角测量,第六章 解析空中三角测量,一、解析空中三角测量的含义二、解析空中三角测量的目的三、解析空中三角测量的信息四、解析空中三角测量的分类五、影像连接点的设置六、解析空中三角测量的应用七、像点坐标的系统误差及改正,6.1 概述,一、解析空中三角测量的含义,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 分为两类： 模拟空中三角测量 解析空中三角测量,解析空中三角测量是指用计算的方法，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，用电子计算机解算待定点的平面坐标和高程。也称电算加密。,优点：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区域内部精度均匀，且不受区域大小限制,四、解析空中三角测量的分类,单航带法：以一条航带构成的区域为加密单元,按加密区域,航带法独立模型法光束法,按平差模型,区域网法,三、解析空中三角测量信息,五、影像连接点的设置,影像连接点的类型,为测绘地形图、制作正射影像图提供定向控制点和像片内、外方位元素取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定（要求精度为厘米级）用于地籍测量以测定大范围内界址点的统一坐标解析近景摄影测量和非地形摄影测量，用于建筑物变形测量、工业测量等,六、解析空中三角测量的应用,七、像点坐标系统误差及改正,引起误差的因素包括：,底片变形（） 物镜畸变 大气折光 地球曲率,底片变形改正,四个框标位于像片的四个角隅时可用双线性变换公式改正,四个框标位于像片的中央时可用比例缩放,像点坐标改正公式,经物镜畸变差改正后的像点坐标为,摄影机物镜畸变改正,大气折光改正,改正公式：,A,a,a0,x、y方向上的像点坐标改正数为：,地球曲率改正,改正公式：,H：摄影航高,n,A,A0,a,a0,H,f,R: 地球的曲率半径,R,R,改正值,像片系统误差改正,底片变形,镜头畸变,大气折光,地球曲率,6.2 航带法空中三角测量,一、基本思想与流程二、单航带空中三角测量三、航带法区域网平差,一、基本思想与流程,把许多立体像对构成的单个模型连结成一个航带模型，将航带模型视为单元模型进行解析处理，通过消除航带模型中累积的系统误差，将航带模型整体纳入到测图坐标系中，从而确定加密点的地面坐标,基本思想,像点坐标量测及系统误差改正立体像对相对定向，建立单个模型模型连接构建自由航带网航带模型绝对定向航带模型非线性改正加密点坐标计算,航带网空中三角测量基本流程,二、单航带空中三角测量1、自由航带网的构建像对的相对定向和模型的连接,）像点坐标量测及改正系统误差）连续法相对定向，建立单个立体模型,b,模型点坐标,注：模型点坐标是以立体像对中左摄影站点为坐标原点的坐标。,像点坐标,）模型连接，建立统一的自由航带网,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。,理论上：,第二个模型及以后各模型摄站点在全航带统一的坐标,求出模型比例尺归化系数后，将后一模型每个点的空间辅助坐标系以及基线分量均乘以归化系数，就可以获得与前一模型比例尺一致的坐标。由此可见模型连接的实质是求出相邻模型间的比例归化系数。,第二个模型及以后各模型中模型点在全航带统一的坐标,1）基本公式,2、航带模型的绝对定向,将航带模型在航带辅助坐标系中的坐标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。,利用地面控制点解算七个绝对定向参数。,2）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 按公式建立绝对定向的误差方程式 解算绝对定向元素 计算待定点的概略地面摄影测量坐标,什么叫做多项式逼近？取一个多项式曲面Z=f(x,y)表示复杂的变形曲面,并使该曲面通过航带网中的控制点，利用控制点的已知值与加密点的不符值，通过最小二乘拟合，使所求得的坐标变形值与实际变形值相等或其差的平方和最小。,航带模型的非线性改正,模型点绝对定向后的重心化坐标,设已知重心化后的控制点的地面摄影测量坐标及由加密获得的地面摄测坐标分别为,重心化后的控制点的地面摄测坐标,当两者不符时，则有：,三次多项式改正（三维坐标分列的一般多项式）,将绝对定向后的重心化坐标作为观测值,利用控制点的两套坐标求解出非线性变形系数ai、bi、ci。,则误差方程式为：,模型点经非线性改正后的坐标：,航带网整体平差 的实质是什么？,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。,1、基本思想,三、航带法区域网平差,航带网区域网平差: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，求得整个测区内全部待定点的坐标,主要的计算步骤,1. 按照单航带法构成自由航带网2. 利用本航带的控制点及与上一航带的公共点进行三维空间 相似变换，将整区各航线纳入统一的坐标系中（各航带模型的绝对定向）3、计算重心坐标及重心化坐标（航带网法区域网平差的结果是解算各航带的非线性改正系数，非线性改正系数需要各航带的重心化坐标）4. 根据模型中控制点的加密坐标与外业实测坐标相等及相邻航带间公共连接点的坐标相等为条件，列出误差方程，整体解求各航带的非线性改正系数5. 计算各加密点坐标（用平差计算得出多项式系数，分别计算出各模型点改正后的坐标值，此时控制点上仍会有残差，可根据此残差的不符值来衡量加密的精度，在相邻航带的公共点上，上下两条航线的两组坐标值也会有矛盾，当互差在允许限度内时，一般取均值作为加密点成果）,平差单元：以一条航带作为平差计算单元，平差条件：利用已知控制点内业加密坐标应与外业实测坐标相等，相邻航带间公共连接点上的加密坐标应相等为平差条件。平差目的：在全区域范围内把航带网模型坐标视为观测值，用最小二乘法整体解算各航带网的非线性变形改正系数，最终计算出整个测区内所有加密点的地面测量坐标。平差模型：多项式改正,二、解算过程,区域网概算：建立统一的区域网，获得模型点的概略地面摄测量坐标。（目的、实质、主要工作、和方法）目的：为区域网平差提供较好的初值，剔除观测数据和控制数据中的粗差实质：建立自由比例尺的航带网，并确定每一行带在区域中的概略位置，以拼成松散的区域网。（松散：相邻航带拼接时，公共点都不取中数，所以实际上没有拼成整体的区域网，各航带仍保留其独立性。）主要工作：统一的各航带模型和坐标系方法：航带模型间的空间相似变换区域网整体平差：求解出各航带的非线性改正系数，计算加密点地面测量坐标。,区域网概算,1、建立自由比例尺的单航带网（同单航带法）2、航带网的绝对定向（概略定向），以构成松散区域网。,区域网的整体平差解算,1、建立误差方程式（1）重心和重心化坐标计算,每条航带重心的地摄坐标,每条航带重心的概略地摄坐标为,重心化地摄坐标,重心化概略地摄坐标,（2）建立误差方程式,平差条件:已知控制点内业加密坐标应与外业实测坐标相等，相邻航带间公共连接点上的加密坐标应相等,2加密点的地面坐标计算,航带间公共连接点的坐标值，应由两相邻航带中该点的计算坐标取平均值作为该点的地面测量坐标,6.3 独立模型法区域网空中三角测量,问题的提出：,基本思想：基于单独法相对定向建立单个立体模型，再由一个个单模型相互连接组成一个区域网。采用最小二乘准则对全区域网实施整体平差，解求每个模型的七个绝对定向参数，从而求出所有待定点的地面坐标。,作业流程,单独法相对定向建立单元模型，获取各单元模型的模型坐标，包括摄站点。利用相邻模型公共点和所在模型中的控制点，各单元模型分别作三维线性变换，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，并按循环分块法求解，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，若为相邻模型的公共点，取其均值作为最后结果。,6.4 光束法区域网空中三角测量,一、基本思想与流程二、像片外方位元素和地面点坐标初始值的确定三、误差方程式与法方程式的建立四、加密点坐标的计算五、解析空中三角测量的精度六、解析空中三角测量的最新发展,一、基本思想与流程,以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地纳入到控制点坐标系中，从而确定加密点的地面坐标及像片的外方位元素。,基本思想,一、传统摄影测量加密,原理图,确定像片外方位元素和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，按共线条件列出误差方程误差方程式法化，解求改化法方程式，先求出其中的一类未知数，通常先求每张像片的外方位元素加密点坐标计算（空间前方交会求待定点的地面坐标，对于相邻像片的公共点应取其均值作为最后结果）,基本流程,基本理论公式,误差方程及法方程,总结：三种平差方法比较,比较项目,平差方法,五、解析空中三角测量的精度,理论精度：把待定点的坐标改正数视为随机变量，在最小二乘平差中求出坐标改正数的方差-协方差阵,误差分布的规律1、最弱精度位于区域四周，平面控制点应布设在四周才能起到控制精度的作用。2、控制点稀疏布点时，理论精度随区域的增大而降低；增大旁向重叠度，可以提高理论精度。3、周边密集布点，其理论精度对航带法而言小于一条航带的测点精度，对独立模型而言，相当于一个单元模型的测点精度，而光束法区域网的理论精度不随区域大小改变，是常数。4、区域网平差高程理论精度取决于高程控制点间的跨度与区域大小无关。,实际精度：利用大量的野外实测控制点作为多余检查点，其值作为真值，将平差计算得到的点位坐标与实测坐标相比，计算点位坐标精度。,解析空中三角测量的最新发展,传统的摄影测量目标定位过程,像控测量获得GCP坐标,利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过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仪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网平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。目的是极大地减少甚至完全免除常规空中三角测量所必需的地面控制点，以节省野外控制测量工作量、缩短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率,一、GPS辅助空中三角测量,单差分方式相对动态GPS定位示意图,带GPS的航空摄影,作业过程,现行航空摄影系统改造及偏心测定带GPS信号接收机的航空摄影解求GPS摄站坐标GPS摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量,投影中心与GPS天线相位中心之几何关系,中国GPS空三试验区分布图,承德 (1998)面积:81000km2,黑龙江 (19961998) 面积:17600km2,北京 (19961998) 面积:205km2,天津 (1995)面积:1100km2,太原 (1994)面积:10km2,中越边界 (19961998) 面积:10700km2,海南岛 (19961998) 面积:30000km2,总面积：364000km2加密区：150000km2,新疆 (20022004)面积:142000km2,酒泉 (2004)面积:32000km2,秦岭 (2004)面积:24000km2,敦煌 (2004)面积:25000km2,二、 POS辅助空中三角测量,POS (position and orientation system)机载定位定向系统，是基于全球定位系统和惯性测量装置（IMU）的直接测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统。,航摄相机 导航控制系统 IMU高精度姿态测量系统 IMU与相机连接架 机载DGPS天线 地面DGPS基站接收机,POS系统,目前国际商用系统： 1、加拿大POS系统 2、德国Aerocontrol IId系统,
