光线束法区域网空中三角测量(BlockAerotriangulationByBundle)光线束法区域网空中三角测量一基本原理二原始误差方程的建立与简化三平差过程四平差精度五附加参数平差六GPS辅助的联合平差七POS辅助的联合平差八自动数字空中三角测量主主要要内内容容一 光线束法区域网平差的原理一、基本思想二、原始误差方程式三、平差计算一、基本思想一 光线束法区域网平差的原理平差平差单单元：元：单张单张像片（即光像片（即光线线束）作束）作为为平差基本平差基本单单元，元，像点坐像点坐标标（x xi i，y yi i）为为平差平差观测值观测值。 平差条件：平差条件：控制点：控制点（控制点：控制点（单单片平高点；双片平高点、平面点和高程片平高点；双片平高点、平面点和高程点）的内点）的内业计业计算坐算坐标标（X XT T,Y,YT T,Z,ZT T）与外与外业业坐坐标标（X XT T,Y,YT T,Z,ZT T ）相相符合符合。加密点：同名光加密点：同名光线线相交的地面点坐相交的地面点坐标标（X XT T,Y,YT T,Z,ZT T）坐坐标标相等。相等。平差目的：平差目的：在整个区域内，利用共在整个区域内，利用共线线条件方程条件方程统统一平差，一平差，联联合解算出合解算出各各张张像片的外方位元素和加密点的地面坐像片的外方位元素和加密点的地面坐标标（X XD D，Y YD D，Z ZD D）。 理理论论模型：模型：共共线线条件方程。条件方程。 一、光线束法区域网平差的基本思想说说明一点：明一点：预预先消除像点坐先消除像点坐标标的系的系统误统误差。差。 二、原始误差方程式1 1、基本公式：、基本公式：式中：式中：（dXdX，dYdY，dZdZ）地面坐地面坐标标改正数。改正数。 （dXdXS S，dYdYS S，dZdZS S）摄摄站点坐站点坐标标改正数。改正数。（d d ，d d ，d d ）像片外方位角元素改正数。像片外方位角元素改正数。2 2、平差、平差计计算的基本原理：算的基本原理： 光束法区域网平差的原始光束法区域网平差的原始误误差方程式差方程式：i i：点的序号，：点的序号，j j：像片序号：像片序号矩矩阵阵形式：形式：二、原始误差方程式已知地面控制点：已知地面控制点： 加密点：加密点： 参加平差的点列原始参加平差的点列原始误误差方程差方程式式立体重叠范围立体重叠范围单张像片单张像片不考虑控不考虑控制点本身制点本身误差误差平高控制点平高控制点平面控制点平面控制点高程控制点高程控制点平高控制点平高控制点考虑控制考虑控制点本身误点本身误差差平高控制点平高控制点平面控制点平面控制点高程控制点高程控制点平高控制点平高控制点二、原始误差方程式 整体平差整体平差计计算：解算每算：解算每张张像片外方位元素和加密点的地面像片外方位元素和加密点的地面坐坐标标1 1）、）、给给定每定每张张像片的外方位元素的近似像片的外方位元素的近似值值，和所有加密点，和所有加密点 地面坐地面坐标标的近似的近似值值； 2 2）、加密点列原始）、加密点列原始误误差方程；差方程； 3 3）、控制点列原始）、控制点列原始误误差方程式；差方程式； 4 4）、在在最最小小二二乘乘条条件件下下，法法化化，整整体体解解答答，确确定定出出每每张张像像片片的的外外方方位位元元素素近近似似值值的的改改正正数数和和每每个个加加密密点点的的地地面面坐坐标标近近值值的改正数；的改正数； 5 5）、用用这这些些改改正正数数修修正正每每张张像像片片的的外外方方位位元元素素和和加加密密点点的的地面坐地面坐标标； 6 6）、重复）、重复2525，迭代，迭代计计算，最后求出各像片的外方位元素算，最后求出各像片的外方位元素以及加密点的地面坐以及加密点的地面坐标标。 三、平差计算二原始误差方程式的组建和简化 一、原始误差方程式的组建二、法方程式的简化一、原始误差方程式的组建一、原始误差方程式的组建 1 2 3 4 点点1点点2点点3点点7点点84-6略略ABL用向量表示用向量表示为：一、原始误差方程式的组建二、法方程式的简化(消元)对按最小二乘进行法化按最小二乘进行法化消去待求加密点消去待求加密点三光线束法区域网平差的计算过程一、区域网概算二、消元法区域网平差计算步骤三、两类未知数的交替趋近法 目的：目的：提供初提供初值值。 用航用航带带法区域网平差，可以确定出各个加密点的地法区域网平差，可以确定出各个加密点的地面坐面坐标标（近似（近似值值）；）； 利用利用单张单张像片空像片空间间后方交会，后方交会，计计算出每算出每张张像片的外像片的外方位元素（近似方位元素（近似值值）。）。 在概算的在概算的过过程中，可程中，可发现发现并剔除粗差。并剔除粗差。 一、区域网概算二、消元法区域网平差计算步骤1 1、利用外方位元素和加密点坐、利用外方位元素和加密点坐标标近似近似值值，逐片建立旋，逐片建立旋转转矩矩阵阵MM 7 7、采用多片前方交会法，、采用多片前方交会法，计计算各加密点的地面坐算各加密点的地面坐标标。改正数小于改正数小于给给定限差否？定限差否？否否是是2 2、计计算各点的算各点的变换变换坐坐标标 3 3、按共、按共线线条件方程条件方程计计算像点坐算像点坐标标4 4、逐点、逐点组组成成误误差方程式，法化差方程式，法化 5 5、答解、答解简简化法方程，求出各片外方位元素的改正数，并改正近似化法方程，求出各片外方位元素的改正数，并改正近似值值。 6 6、用新外方位元素，采用多片前方交会法，、用新外方位元素，采用多片前方交会法，计计算各算各连连接点的新地面坐接点的新地面坐标标。三、两类未知数的交替趋近法1 1、区域网概算，得到各外方位元素和加密点的近似、区域网概算，得到各外方位元素和加密点的近似值2 2、将加密点的近似、将加密点的近似值作作为真真值，按最小二乘原理，按最小二乘原理计算外算外方位元素的改正数，并得到新的外方位元素近似方位元素的改正数，并得到新的外方位元素近似值。3 3、用新的外方位元素近似、用新的外方位元素近似值，按最小二乘原理，按最小二乘原理计算加密算加密点地面坐点地面坐标的改正数，并得到新的加密点近似坐的改正数，并得到新的加密点近似坐标。4 4、各改正数是否小于、各改正数是否小于规定的限差？若不是，重复定的限差？若不是，重复2 2、3 3；若；若是是则停止迭代，停止迭代，结束运算。束运算。注意：两套误差方程的系数和常数项有何区别？注意：两套误差方程的系数和常数项有何区别？四平差精度一、解析空中三角测量的精度分析方法一、解析空中三角测量的精度分析方法理论分析理论分析-理论精度理论精度实际测定实际测定-实际精度实际精度四平差精度二、解析空中三角测量的理论精度二、解析空中三角测量的理论精度单位位权中中误差差若若 得：得： 四平差精度二、解析空中三角测量的理论精度二、解析空中三角测量的理论精度作用：作用：1 1、掌握区域网的精度分布规律、掌握区域网的精度分布规律2 2、为野外控制点布设提供理论根据、为野外控制点布设提供理论根据四平差精度三、解析空中三角测量的实际精度三、解析空中三角测量的实际精度用多余野外用多余野外检查点点进行比行比较计算算五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差一、一、问题的由来的由来1 1、实验结果表明，果表明，进行了像点系行了像点系统误差改正后，平差差改正后，平差结果仍不能达到果仍不能达到预期的精度。期的精度。什么原因？什么原因？2 2、由于像点系、由于像点系统误差的复差的复杂性和性和预改正方法的近似改正方法的近似性，性，单靠靠预改正仍有改正仍有较大的系大的系统误差残留，使平差的差残留，使平差的数学基数学基础 共共线条件方程不成立。条件方程不成立。怎么解决？怎么解决？3 3、解决方法：、解决方法：试验场检校法校法验后后补偿法法自自检校法校法五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差二、基本思想：二、基本思想： 采用一个用若干附加参数描述的像点系采用一个用若干附加参数描述的像点系统误差模型，在区域差模型，在区域网平差的同网平差的同时解求解求这些附加参数，些附加参数，进而达到自而达到自动测定和消除像点系定和消除像点系统误差的目的。差的目的。原始误差方程式为：原始误差方程式为：假如，像点的系统误差改正数为：假如，像点的系统误差改正数为：是是x,y的函数？的函数？ 则在误差方程式中，将则在误差方程式中，将x加上加上x，y加上加上x，即可消去系统，即可消去系统误差对观测值的影响误差对观测值的影响 。五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差二、基本思想：二、基本思想： 这时，误差方程式变为：这时，误差方程式变为：五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差三、三、 基本解算基本解算过程程进一步表示为：进一步表示为： 在在实际平差中，我平差中，我们将控制点和像点改正数都看作是期望将控制点和像点改正数都看作是期望值为零的零的观测值，并，并单独列出有独列出有一定一定权的的误差方程式。即差方程式。即五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差三、三、 基本解算基本解算过程程法化后有：法化后有：五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差四、四、 像点系像点系统误差模型的确定差模型的确定像点系统误差是像点坐标的函数，即：像点系统误差是像点坐标的函数，即：如何确定这个函数？如何确定这个函数？五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差一个典型系统误差模型：一个典型系统误差模型：共有共有12个参数个参数9765baxy12834五五利用附加参数的自利用附加参数的自检校区域网平差校区域网平差五、五、 平差平差结果果评价价适合于高精度要适合于高精度要求的平差求的平差一、基本思想一、基本思想六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量1、假设用、假设用GPS可以准确测定摄站坐标，此时可以准确测定摄站坐标，此时 不用地面控制点，只用像片不用地面控制点，只用像片连接点即可解求各像接点即可解求各像片的外方位片的外方位角元素角元素。1 23 45 67 8910六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量一、基本思想一、基本思想未知数个数：未知数个数：3个个4片片+3个个10点点=42个个观测值个数观测值个数(误差方程数误差方程数)：4+4+4+4+8+8+4+4+4+4=48个个完全可以完全可以 解算。解算。 但是，解算出的是但是，解算出的是GPSGPS坐坐标系坐系坐标，且可能存在系，且可能存在系统误差。需用差。需用3-43-4个地面控制点，个地面控制点，进行坐行坐标转换和系和系统误差差消除。消除。 一、基本思想一、基本思想六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量2、GPS的相位中心并不与投影中心重合，的相位中心并不与投影中心重合，这时应如何求这时应如何求解摄站坐标呢？解摄站坐标呢？ 确定确定GPSGPS相位中心与投影中心的关系相位中心与投影中心的关系六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量XYZOTxyzSAuvw设投影中心的地面坐投影中心的地面坐标为XS、YS、ZS，天，天线相相位中心的地面坐位中心的地面坐标为XA、YA、ZA，实际测量的量的A-S位移位移为u、v、w，则六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量令令对对F进行线性化处理进行线性化处理六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量误差方程式为误差方程式为注意该式的意义？注意该式的意义？六六GPS辅助的空中三角助的空中三角测量量 仍采用自仍采用自检校平差，校平差，则GPSGPS辅助的空中三角助的空中三角测量量的全部的全部误差方程差方程为：明确各符号的意明确各符号的意义七七GPS/IMU(POS)辅助的空中三角助的空中三角测量量八八自自动空中三角空中三角测量量一、自一、自动空三的基本概念空三的基本概念 自动空中三角测量就是利用自动空中三角测量就是利用模式识别技术和多模式识别技术和多像影像匹配像影像匹配等方法代替人工在影像上自动选点与转等方法代替人工在影像上自动选点与转点，同时自动获取像点坐标，提供给区域网平差程点，同时自动获取像点坐标，提供给区域网平差程序解算，以确定加密点在选定坐标系中的空间位置序解算，以确定加密点在选定坐标系中的空间位置和影像的定向参数。和影像的定向参数。二、主要作业过程二、主要作业过程 1构建区域网构建区域网 首先需将整个测区的光学影像逐一首先需将整个测区的光学影像逐一扫描成数字影像扫描成数字影像，然后，然后输输人航摄仪检定数据人航摄仪检定数据建立摄影机信息文件、建立摄影机信息文件、输人地而控制点信息输人地而控制点信息等建立原始观测值文件，最后在相邻航带的重叠区域里量测一等建立原始观测值文件，最后在相邻航带的重叠区域里量测一对以上同名连接点。对以上同名连接点。 2自动内定向自动内定向 通过对影像中通过对影像中框标点的自动识别与定位框标点的自动识别与定位来建立数字影像中的来建立数字影像中的各像元行、列数与其像平面坐标之间的对应关系。各像元行、列数与其像平面坐标之间的对应关系。八八自自动空中三角空中三角测量量八八自自动空中三角空中三角测量量二、主要作二、主要作业过程程 3自动选点与自动相对定向自动选点与自动相对定向 用用特征点提取算子特征点提取算子从相邻两幅影像的重叠范围内选取均匀分从相邻两幅影像的重叠范围内选取均匀分布的明显特征点，并对每一特征点进行多点影像匹配，得到其布的明显特征点，并对每一特征点进行多点影像匹配，得到其在另一幅影像中的同名点。为了保证影像匹配的高可靠性，所在另一幅影像中的同名点。为了保证影像匹配的高可靠性，所选的点应充分地多。然后，进行相对定向解算，并根据相对定选的点应充分地多。然后，进行相对定向解算，并根据相对定向结果向结果剔除粗差剔除粗差后重新计算，直至不含粗差为止。必要时，可后重新计算，直至不含粗差为止。必要时，可进行人工干预。进行人工干预。 4多影像匹配自动转点多影像匹配自动转点 对每幅影像中所选取的明显特征点，在所有与其对每幅影像中所选取的明显特征点，在所有与其重叠的影像重叠的影像中，利用核线中，利用核线(共面共面)条件约束的局部多点松弛法影像匹配算法条件约束的局部多点松弛法影像匹配算法进行自动转点，进行自动转点，并对每一对点进行反向匹配并对每一对点进行反向匹配，以检查并排除共，以检查并排除共匹配出的同名点中可能存在的粗差。匹配出的同名点中可能存在的粗差。 二、主要作业过程二、主要作业过程 5控制点的半自动量测控制点的半自动量测 摄影测量区域网平差时，要求在测区的固定位置上设立足够摄影测量区域网平差时，要求在测区的固定位置上设立足够的地面控制点。研究表明，的地面控制点。研究表明，即使是对地面布设的人工标志化点，即使是对地面布设的人工标志化点，目前也无法采用影像匹配和模式识别方法完全准确地量测目前也无法采用影像匹配和模式识别方法完全准确地量测它们的影像坐标它们的影像坐标。当今，几乎所有的数字摄影测量系统都只能。当今，几乎所有的数字摄影测量系统都只能由作业员直接在计算机屏幕上对地面控制点影像进行判识并精由作业员直接在计算机屏幕上对地面控制点影像进行判识并精确手工定位，然后通过多影像匹配进行自动转点，得到其在相确手工定位，然后通过多影像匹配进行自动转点，得到其在相邻影像上同名点的坐标。邻影像上同名点的坐标。 6摄影测量区域同平差摄影测量区域同平差 利用多像影像匹配自动转点技术得到的影像连接点坐标可用利用多像影像匹配自动转点技术得到的影像连接点坐标可用作原始观测值提供给摄影测量平差软件，进行区域网平差解算。作原始观测值提供给摄影测量平差软件，进行区域网平差解算。八八自自动空中三角空中三角测量量作业与思考题1、光束法区域网平差的基本单元、平差条件、理论模型各是什么？参与平差的点有哪些？观测值是什么？2、在光束法区域网平差前，为什么要进行区域网概算？如何概算？3、简述光束法区域网平差的基本过程？4、在下图所示的平差区域中，若控制点没有误差，则有多少个未知数？有多少个观测值？按顺序列出未知数，并绘制误差方程系数阵的结构图。1 23 45 67 89101234