解析空中三角测量发展
空中三角测量的总结
空中三角测量的总结姓名：关诚昱学号：201105070206专业：遥感科学与技术指导老师：曾涛1.解析空中三角测量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。
其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。
空中三角测量一般分为两种：模拟空中三角测量即光学机械法空中三角测量；解析空中三角测量即俗称的电算加密。
模拟空中三角测量是在全能型立体测量仪器（如多倍仪）上进行的空中三角测量。
它是在仪器上恢复与摄影时相似或相应的航线立体模型，根据测图需要选定加密点，并测定其高程和平面位置。
解析空中三角测量是指用计算的方法，根据遥感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，用数字电子计算机解算待定点的平面坐标和高程。
２０世纪40年代，随着电子计算机的发明和应用，解析空中三角测量首先在英国的军事测量局投入应用。
２０世纪60年代以来，由于电子计算机技术和计算数学的发展，解析空中三角测量取得了长足的进步，形成了一套比较完善的测算方法。
由于精度高,效果好，解析空中三角测量被认为是测地定位的一种精密方法。
解析空中三角测量目前常用的方法是区域网平差。
区域网平差是指在由多条航线连接成的区域内进行控制点加密，并对加密点的平面坐标和高程进行的整体平差。
按照构网的方法和平差单元的划分，区域网平差的基本方法有：航线法、独立模型法和光束法。
相等，又要使各模型点坐标（此时作为观测值看待）改正数的平方和为最小，从而最后获得全区域网加密点的地面坐标。
2.航带法区域网空中三角测量这种方法基本上模仿模拟法空中三角测量建立单航带的过程，也就是通过计算相对定向元素和模型点坐标建立单个模型，利用相邻模型间公共连接点进行模型连接运算，以建立比例尺统一的航带立体模型。
这样由各单条航线独立地建立各自的航带模型。
每个航带模型单元要各自概略置平并统一在一个共同的坐标系中，最后进行整体平差运算。
【武汉大学-摄影测量学-解析空中三角测量的最新发展】8.3.3GPSIMU辅助空中三角测量
武汉大学
摄影测量基础
POS辅助光束法区域网平差算例
❖ POS外方位元素观测值文件 ❖ 各种观测值权的设定 ❖ 直接定向法立体模型恢复 ❖ POS辅助光束法区域网平差
WuCAPS
武汉大学
摄影测量基础
当代摄影测量加密 方法的比较
武汉大学
摄影测量基础
arcsin(-a3 )
+
a a
+
(t
t0
)
b b
arctg(-aa12
)
a
b
zI yI
I
IMU质心
Z
Y
w
v
zy
x
u
S 摄影中心
xI
y xx
a
X M
武汉大学
摄影测量基础
POS辅助空中三角测量
Z Y X
Si
Si+1
待定点 平高控制点
武汉大学
摄影测量基础
POS辅助空中三角测量的地面控制点
武汉大学
摄影测量基础
A
机载GPS天线相位中心
X A u X s YALeabharlann R vYsZ
Z A w Zs
M
GPS天线相位中心的几何关系
wv u
航摄仪投影中心
S y x
Y X
武汉大学
摄影测量基础
POS质心的几何关系
A
天线相位中心
R RIMU RB
a
rctg(-b3 c3
)
10套
武汉大学
摄影测量基础
IMU安装
武汉大学
摄影测量基础
天线
空中三角测量技术的原理与实施步骤
空中三角测量技术的原理与实施步骤近年来，空中三角测量技术在测绘和地理空间信息领域得到了广泛应用。
该技术以无人机为平台，利用航摄仪器和遥感图像处理技术，能够高效快速地获取大范围地表信息，为人们提供了全新的测量手段。
本文将探讨空中三角测量技术的原理及其实施步骤。
首先，要了解空中三角测量技术的原理，我们需要知道它的核心概念：视差。
视差是指同一对象在不同视点下的位置差异。
在空中三角测量中，通过在不同角度下获取同一区域的图像，利用图像间的视差信息进行三角测量和地形数据的重建。
这种技术基于视差原理，可以实现对地表特征的高精度测量。
实施空中三角测量技术的第一步是规划飞行任务。
在规划飞行任务时，需要确定测区范围、飞行高度、图像采集方式以及地面控制点的布设。
飞行高度的选择与测区的要求和无人机的性能有关，通常在保证安全的前提下，能够提供足够的分辨率的高度为宜。
对于地面控制点布设，应该选取在测区内分布均匀、易于观测的点，以提高后续数据处理的精度。
接下来是飞行数据的采集与处理。
无人机飞行时携带航摄仪器，通过摄像机对地表进行连续曝光，获取一系列图像。
这些图像需要经过预处理，包括去畸变、配准、校正等操作，以提高数据的精度和一致性。
其中，去畸变是重要的一步，因为摄像机的镜头畸变会导致图像失真，影响后续的数据分析和处理。
在图像处理完成后，就可以进行视差计算和三角测量。
视差计算是利用对应点的图像坐标来计算视差值，从而得到地表高程或地形数据。
而三角测量是将视差信息与地面控制点联合使用，通过几何关系计算出各个点的坐标和地形高度。
这个过程需要借助大量的数学算法和计算模型，以保证计算结果的精度和准确性。
最后，得到测量结果后，还需要进行数据分析和可视化展示。
通过地形数据的分析，可以获得更多的地貌特征和地理信息，为地质勘探、灾害监测等提供有力依据。
同时，通过可视化展示，可以将测量结果以图像或模型的形式呈现，提供给使用者更直观的观察和理解手段。
解析空中三角测量基本思想和主要作业过程
解析空中三角测量>概述
§1-1 解析空中三角测量概述
知识点：
◇ 解析空中三角测量的定义 ◇解析空中三角测量的意义 ◇解析空中三角测量的目的 ◇解析空中三角测量的分类
解析空中三角测量>概述
§1-1 解析空中三角测量概述
◇ 解析空中三角测量的定义
利用计算的方法，根据航摄像片上 所量测的像点坐标以及少量的地面控制 点求出地面加密点的物方空间坐标，称 之为解析空中三角测量。俗称摄影测量加
解析空中三角测量>光束法区域网空三
§1-4光束法区域网空中三角测量
知识点： ◇ 基本思想与流程
解析空中三角测量>光束法区域网空三
§1-4光束法区域网空中三角测量
◇ 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，使模型之间的公共点 的光线实现最佳交会，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
解析空中三角测量基本思 想和主要作业过程
解析空中三角测量>重要回顾
上节课重点
主要知识点: ◇ 解析法相对定向 ◇ 模型点坐标计算 ◇ 解析法绝对定向 ◇ 光束法严密解法（一步定向法）
基本要求：理解像对解析相对定向的概念、相 对定向元素解算过程。掌握模型解析绝对定向 目的和过程；了解光束法双像解析摄影测量。
密
解析空中三角测量的信息
○
○ ○
○
○
像片上 量测的 像点坐 标
少 量 地 面 点 坐 标
Z
Y X
S
S
待定点 高程控制点 平高控制点
平高 控制点
⊙ 高程 控制点
无人机测量空中三角测量技术应用
无人机测量空中三角测量技术应用摘要：随着时代的进步和科学的发展，无人机技术发展迅速，测量摄影的相机和无人机相互结合进行空中测量更是取得了重大突破。
又因为无人机具有很多的优势，例如无人机测量可以摆脱自然环境和突发灾害的阻碍，并且能够同步传输数据，达到低成本、高效率的测量效果。
空中三角测量结合了无人机和高新计算机技术，测量准确度与日俱增。
本文通过对空中三角测量方法进行阐述，对无人机测量空中三角测量技术应用进行分析。
关键字：无人机；空中三角测量技术；技术应用引言无人机，顾名思义就是指无人驾驶的航空飞行器。
我国的无人机发展时间相对较短，部分技术还不够成熟，需要广大技术人员进行深入探索与研究。
无人机飞行器上往往安装着定位系统、飞行驱动系统、导航系统等等，体积较小，便于携带也易于操作，应用较为便利。
无人机测量能够携带不同型号、不同像素的相机，以满足各种摄像需求。
由于无人机技术优点显著，不仅应用到各项应用中去，在一些基本数据的收集和测量领域的应用也越来越广泛。
一、空中三角测量空中三角测量是为野外没有控制点的地区测量绘图提供主要的控制点。
根据这些控制点进行高度和平面位置的测量。
空中三角测量主要包括解析空中三角测量和模拟空中三角测量两种。
无人机遥感的测量方法主要是利用了相片中的几何特性，对于控制点建立起与之相对应的航线相关模型或者是与环境相对应的网络模型，再根据这些模型获取控制点的地理位置坐标和高度，进一步得出相对应的地形图。
二、空中三角测量方法空中三角的测量方法可以概括性的总结为三个发展阶段，第一阶段是模拟空中三角测试，第二阶段是解析空中三角测量，最后阶段是数字空中三角测量。
模拟空中三角测试大多数情况是使用模拟器进行光学操作，这种测量的方式存在一定的弊端，局限性大，效率相对较低，所测量的结果准确度和精确度不够高。
解析空中三角测量方法相对于模拟空中三角测量方法在精度和效率上有所提高，但是转化过程中会消耗大量的人工，浪费时间成本，人为的操作也会降低一些精确度。
空中三角测量技术的原理与实施步骤
空中三角测量技术的原理与实施步骤空中三角测量技术是一种基于三角测量原理的测量方法，通过利用空中摄影测量的原理和实施步骤来实现对地面目标的测量和定位。
在现代遥感和地理信息系统中得到广泛应用，为我们提供了大范围的地理信息数据，支持地图制作、城市规划、环境监测等多个领域。
一、原理空中三角测量技术的原理基于三角形的几何关系。
在地面目标测量中，通过测量摄影机成像的影像上目标的像点坐标，并结合航空摄影测量仪的内外方位元素，与摄影测量仪的基线向量，可以构建一个空间三角形。
根据三角形的几何关系，通过对角三角形的边长、角度等参数的测量，可以计算出地面目标的坐标。
在实际应用中，航空摄影仪通过拍摄目标图像，产生像点坐标，然后根据摄影测量仪的内外方位元素，将像点坐标转化为地面坐标。
其中，内方位元素包括摄影机的焦距、主点位置以及透镜畸变参数，外方位元素包括飞机的坐标、姿态和轨迹等。
二、实施步骤空中三角测量技术的实施步骤主要包括航空摄影、相片测量、成图等环节。
航空摄影是整个空中三角测量的第一步。
一架配备了摄影测量仪的航空相机安装在航空器上，通过飞行航线规划进行航空摄影。
相机按照一定的拍摄模式，连续拍摄地面目标的影像。
同时，在摄影飞机上还需设置全球定位系统（GPS）和惯性测量设备（IMU）等用来获取飞机的位置姿态信息。
相片测量是对航拍的影像进行测量与解算，得到影像上目标的像点坐标，并且计算其地面坐标。
首先需要对影像进行控制点标注，即在影像上选择具有已知地面坐标的点，作为基准点用于定位和校正。
然后对影像进行内外方位的解算，获得摄影测量仪的内、外方位元素。
最后，根据像点坐标和内外方位元素，通过空中三角测量原理计算出地面目标的坐标。
成图是将测量得到的地面目标坐标进行绘图和制图的过程。
通过将地面目标的坐标点进行数字化处理，可以生成数字地图或者相应的空间模型。
三、应用与前景空中三角测量技术在地理信息领域的应用非常广泛。
首先，在地图制作方面，空中三角测量是绘制地图的重要工具之一。
16-解析空中三角测量(概述)
四、解析空中三角测量的方法和分类
按参加平差的单元分类，其方法有： • 航带法 50—60年代。 ( 航线法、独立模型法、光束法。该三种方法的精 Block Adjustment By Polynomial /Strip Net ) 度依次提高，但计算量也依次增大。其中航线法 主要用于处理系统误差，而独立模型法和光束法 • 独立模型法 60年代提出，70年代初完善。 ( 主要处理偶然误差。精度高，内部精度均匀，且 Block Adjustment By Independent Models) 不受区域大小的限制。 • 光束法 58年—59年提出。 ( Block Adjustment By Bundle/Space Ray)
一解析空中三角测量的目的三解析空中三角测量的特点二解析空中三角测量的定义四解析空中三角测量方法和分类五解析空中三角测量所需信息1目的通过航空摄影依据摄影测量中的基本数学关系在少量野外控制点的基础上加密出测图用的大量控制点或像片外方位元素或者为其它用途提供更加密集的控制一解析空中三角测量的目的一解析空中三角测量的目的2单像测图对控制点的要求一解析空中三角测量的目的一解析空中三角测量的目的2n2隔片作业2n2l1n12单像测图对控制点的要求一解析空中三角测量的目的一解析空中三角测量的目的2n2l2n23双像立体测图对控制点的要求一解析空中三角测量的目的一解析空中三角测量的目的2n4像片控制测量的基本方法测定或求解所有像片控制点大地坐标的工作称为像片控制测量
五、解析空中三角测量所需信息
1、摄影测量信息
指在像片上能量测到的信息---像点坐标； 主要是地面控制点、定向点、待求点、连接点等的像点 坐标。
2、非摄影测量信息
将平差区域网纳入到地面坐标系所需要的控制信息； 如地面控制点、GPS导航数据、POS数据； 还有：地面上确定的几何约束条件 如：长度、宽度、共面、共线、同高等条件。
第6章 解析空中三角测量
•
• •
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
x a0 a1 x a2 y a3 xy y b0 b1 x b2 y b3 xy
• 四个框标位于像片的中央 时可用比例缩放
A
地球曲率改正
改正公式：
H 3 2 r 2f R
H A0 A
R
n
a
r
f
a0
H：摄影航高 R: 地球的曲率半径 改正值
x x
r H x r f 2 R
2 2
R
r H y y y r f 2R
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。
v S1
b
S2 S3
u
o2 o1 o3
像点坐标
u1 x1 v R y 1 1 1 w1 f
u2 x2 v R y 2 2 2 w2 f
模型点坐标
三、解析空中三角测量信息
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1864 -5.520 -116.460 116.565 11.422 -4.560 -115.490 115.612 10.144 -5.060 -115.950 116.062 10.735 5.070 115.960 116.069 10.735
系统误差改正后
前方交会 GPS 辅助光束 法区域网平差
1:2000航测成图 检查点不符值:
平面<1.0m
高程<0.4m
POS系统所确定加密点坐标的精度
比较方案
检查点数
X
最大残差(m)
Y 平面
高程
X
最小残差(m)
Y 平面
高程
X
平均残差(m)
Y 平面
高程
X
实际精度(m)
Y 平面
高程
系统误差改正前
前方交会 GPS 辅助光束 法区域网平差
34 -5.705 -116.355 116.456 11.601 -4.394 -115.241 115.374 10.125 -5.128 -115.907 115.374 10.530 5.140 115.908 116.021 10.535
1
5
×
A
D
×
×
2
6
B
E
×
×
3
7
C
F
×
4
8
×9
×13
17
G
J
M
×10
×14
× 18
H
K
N
×11
×
×
15
19
I
L
O
×
×
12
16
20
1，2，…，20 待定点名 A，B，…，O 像片名 平高地面控制点
转 置 对 称 项
建议采用的地面控制方案
a. 4角平高控制点 + 2排高程控制点
平高地面控制点
b. 4角平高控制点 + 2条垂直构架航线
三、 POS辅助空中三角测量
• POS系统测定像片外方位元素
Xs, Ys, Zs, , ,
• 空间前方交会解算地面点坐标 （直接传感器定向）
• POS辅助空中三角测量 （集成传感器定向）
POS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
x y
x0 y0
POS辅助空中三角测量
zI yI w v
IMU旋转中心
xI
u
I
航摄仪投影中心
R RIMU RB
arctg(-
b3 c3
)
arcsin(- a3 )
+
a
a
+
(t
t0
)
b b
天津 (1995) 面积:1100km2
太原 (1994) 面积:10km2
秦岭 (2004) 面积:24000km2
中越边界 (1996~1998) 面积:10700km2
海南岛 (1996~1998) 面积:30000km2
总面积：364000km2 加密区： 150000km2
太原试验
(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地)
太原试验
(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)
太原试验
(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)
GPS辅助空三结果分析
1. 带地面控制的GPS辅助光束法区域网平差理论精 度非常好：平面1.2o~2.8o，高程2.0o~4.4o， 达到自检校光束法区域网平差精度
投影中心与GPS天线相位中心之几何关系
机载GPS天线相位中心 A
X A u X s
YA
R
v
Ys
Z
Z A w Zs
M
wv u
航摄仪投影中心 S
y x
Y X
GPS摄站坐标误差方程
顾及动态GPS定位之系统误差
X A X S u aX
空间前方交会
•单模型点投影系数法
X Y
X s1 Ys1
+
(N1Y1
N1 X 1 N2Y2
BY
)
/
2
Z Zs1
N1Z1
BX X s2 X s1
BY Ys2 Ys1
BZ Z s2 Z s1
Z
arctg(
a2 a1
)
a
b
S y x
Y
M
X
检校场的布设
飞机进场时 飞S弯
布设检校场
北京测区试验
(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)
北京测区试验
(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)
GPS辅助光束法平差的精度
地面控制点
CTB
BTA
BTC
AT
A
T
A
Pg
A
ATC
CTA
C TC Pg
RT Pg A
DT Pg A
AT Pg R
RT Pg R DT Pg R
x
AT
Pg
D
t
BT ATlx
lx +
+ Pclx
T
A Pgl
g
R
T
Pg
D
光束法
计算/量测航线 独立模型法
航带法
初步航带平差
区域网平差
航带法 解求航线的非线性 改正参数
独立模型法 解求模型的相似变 换参数
光束法 解求像片的外方位 元素及物点坐标
传统的摄影测量目标定位过程
航空 摄影
外业 控制
空三 加密
空三加密解算像片 外方位元素
Xs, Ys, Zs, , ,
无地面控制 GPS 辅助光束法平差
o 检查点数 m 平面 高程
10.3 94 91
理论精度
(cm)
平面
高程
5.4 22.5
10.4 103 95 6.5 23.3
9.7 103 95 11.3 24.0
实际精度
(cm)
平面
高程
5.2 16.0
7.9 18.1
23.2 35.2
对于1:1000航测成图，检查点不符值： 平面<0.5m，高程<0.40m 对于1: 500航测成图，检查点不符值： 平面<0.5m，高程<0.35m
N1
BX Z2 X1Z2
BZ X 2 X 2Z1
N2
BX Z1 X1Z2
BZ X1 X 2Z1
•多片最小二乘平差法
vx v y
a1 1 a21
a12 a22
a1 3 a23
X
Y
Z
X S
YS Z S
u R v
w
aX
aY aZ
(t
bX
t0
)
bY bZ
X A
YA
Z A 算
X A
YA
Z A 测
GPS辅助光束法误差方程
单位权中误差（um） 检查点数
平面 最大残差（m） 高 程
平面 最小残差（m） 高 程
平面 中 误 差（m） 高 程
无
2.4 34 118.090 -13.011 113.295 -5.054 115.220 8.123
四角
2.2 30 0.630 0.830 0.055 0.008 0.255 0.392
将GPS摄站坐标视为带权观测值引入自检校光束 法平差所得到的一个基础方程
Vx At Bx Cc
lx
Vc E x x
lc
Vs
Ecc
ls
Vg At
Rr Dd lg
权E 权Pc 权Ps 权Pg
GPS辅助光束法法方程
B
T B + Pc ATB
依照Kalman滤波递推算法，求出每一观测历元时刻 机载GPS天线的空间坐标
利用插值方法，由相邻两个历元的 GPS天线位置内 插航摄仪曝光时刻GPS摄站坐标
武汉大学研制成功了相应的GPS差分动态定位软件 DDkin（GPS kinematic positioning）
GPS动态定位软件 DDkin
确定目标点位并评定其质量
现行航空摄影系统改造
机载天线相位中心 A
天线
wv u
S 航摄仪投影中心
GPS天线 GPS信号 放大器 接收机
航摄仪
带GPS信号接收机的航空摄影系统
GPS航空摄影系统的空间偏移
Z X
Y
GPS摄站坐标解求
状态方程 X k Φk,k1X k1 Bkb +Γk1Wk1 观测方程 Yk Hk Xk Dkd +Vk
c r