1、山东科技大学本科毕业设计（论文）I山东科技大学毕业设计（论文）题目：基于 VirtuoZo 的空中三角测量实践姓 名： 孔 皓 学 院：测绘科学与工程学院专 业： 遥感科学与技术 学 号： 200901180805 指导老师： 朱红春 山东科技大学本科毕业设计（论文）I摘 要随着测绘科学的快速发展和成熟，“数字城市” 的计划也正式启动，全国各个地市都相继开始了自己的数字城市建设，而实现这一计划的重要手段就是航空摄影测量。通过航空摄影采集城市的基础数据，然后通过相应的技术手段得到需要的矢量数据。在航空摄影测量中，占有重要地位的一个过程就是空中三角测量实现控制点加密的操作。而在实现空三的过程中会遇
2、到很多的问题，本文主要阐述如何利用 VirtuoZo AAT 软件进行空中三角测量，并针对空三过程中出现的问题进行讨论和研究，并提出相应的解决方法。论文主要完成的工作有：1、利用淄博市国土调查测绘院提供的部分淄博市周村区的航摄影像以 及外业实地测量得到的控制点数据，完成该测区的数据采集工作。2、使用适普公司的 VirtuoZo AAT 软件，实现测区的空中三角测量，输出空三加密控制点的结果及报告。3、针对使用 VirtuoZo AAT 软件进行空三过程中出现的问题，提出自己的见 解和相应的解决办法。关键词：数字城市；空中三角测量；VirtuoZo AAT；控制点；加密山东科技大学本科毕业设计（
3、论文）IIABSTRACTWith the rapid development of science mapping and mature, “digital city“ program has officially started, the country in various cities all have started their own construction of digital cities, and an important means to achieve this plan is Aerophotogrammetry. City through aerial photog
4、raphy basic data collection, and then through the appropriate technical means to obtain desired vector data. In aerial photogrammetry, occupies an important position in an aerial triangulation process is to achieve control of the operation point encryption.Thesis work completed:1.Use Zibo City Land
5、Surveying and Mapping Institute survey provides some Zhoucun District aerial image to. And outside the industry field measurements obtained control point data, complete the data collection survey area;2.Use Supresofts VirtuoZo AAT software, aerial triangulation survey area,Outputs an empty three enc
6、rypted and reports the results of the control points;3.Software for use VirtuoZo AAT empty three problems arising in the process, made from own opinion and the corresponding solutionsKey Words：Digital City; Aerotriangulation;VirtuoZo AAT;Control point ;Densification bridging山东科技大学本科毕业设计（论文）1目 录摘 要 .
7、IABSTRACT.II1 引言 .11.1 基本概念 .11.2 研究目的及意义 .21.3 国内外研究现状 .21.4 研究的主要内容与方法 .92 研究基础 .102.1 空中三角测量的相关技术 .102.2 测区数据简介 .112.3 空三加密的软件支撑 .113 VirtuoZo AAT 空三流程与方法 .133.1 数据准备 .143.2 建立测区 .163.3 导入影像 .173.4 航带间偏移量 .183.5 连接点提取 .203.6 自由网平差 .223.7 带控制点的平差 .273.8 输出结果 .314 基于 Virtuozo 进行空中三角测量的常见问题及解决方法 .32
8、4.1 相机旋转问题 .324.2 自动相对定向失败问题 .324.3 自由网断掉问题 .334.4 控制点的选取问题 .364.5 PATB 控制点平差初始权的设置问题 .374.6 模型连接错误 .374.7 控制点精度问题 .38山东科技大学本科毕业设计（论文）25 结论与展望 .405.1 主要成果 .405.2 应用展望 .40致 谢 .41参考文献 .42附录 .44附录 1：英文翻译原文 .1附录 2：英文原文译文 .10山东科技大学本科毕业设计（论文）11 引言1.1 基本概念1.1.1 航空摄影测量航空摄影测量（aerial photogrammetry）指的是在飞机上用航摄
9、仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业 10。1.1.2 空中三角测量航空摄影测量中利用像片内在的几何特性，在室内加密控制点的方法。即利用连续摄取的具有一定重叠的航摄像片,依据少量野外控制点,以摄影测量方法建立同实地相应的航线模型或区域网模型（光学的或数字的），从而获取加密点的平面坐标和高程。主要用于测地形图。而室内加密控制点的基本方法就是空中三角测量。1.1.3 数字城市从技术的角度看，数字城市是以空间信息为核心的城市信息系统体系。“数字城市”的概念分广义和狭义两种：1、广义的“数字城市 ”概念，即城市信息化，是指通过建设宽带多媒体信息网络、地理
10、信息系统等基础设施平台 4，整合城市信息资源，实现城市经济信息化，建立城市电子政府、电子商务企业、电子社区；并通过发展信息家电、远程教育、网上医疗，建立信息化社区。2、狭义的“数字城市 ”工程是指：利用 “数字城市”理论，基于 3S（地理信息系统 GIS、全球定位系统 GPS、遥感系统 RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。其本质是建设空间信息基础设施并在此基础上山东科技大学本科毕业设计（论文）2深度开发和整合应用各种信息资源。1.2 研究目的及意义随着计算机
11、技术的快速发展和广泛应用，现代航空摄影测量过程中，已经用内业处理代替了过去大部分的繁琐的外业测量，其中空中三角测量随着时代的进步也变得日益简单与成熟，空中三角测量在整个航空摄影测量中起着关键的作用，后期的 4D 产品的生产都需要利用前期的空三成果。一套优秀的空三成果可以为后来产品的实际生产奠定了良好的基础，同时可以及时的发现和指出外业测量的控制点的错位并进行纠正和调整。可是在参与实际空中三角测量是，我遇到了各种问题，本文针对适普软件环境下空中三角测量过程的基本原理和流程以及每一步容易遇到的问题和相应的解决办法展开研究和讨论，为今后的空三生产打下坚实的理论基础，积累实际工作经验。并根据自己参与实
12、际生产的经验，提出一些能够提高空三精度的实际方法和设想。1.3 国内外研究现状1.3.1 基础理论的发展航空摄影测量（aerial photogrammetry）指的是在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。20 世纪 30 年代以来，航空摄影测量的测图方法主要有3 种,即综合法、全能法和分工法（或称微分法）。全能法测图的仪器是立体测图仪。立体测图仪自 1930 年问世以来，发展到 60 年代达到高峰，以后主要是发展仪器外围设备，例如电子绘图桌、正射投影装置以及坐标记录装置等。电子绘图桌有多种功能，可以自动地做某些内容的绘图工作。航空
13、摄影测量的分工法（微分法）是按照平面和高程分求的原则进行测图山东科技大学本科毕业设计（论文）3的一种方法。使用的主要仪器是立体量测仪。中国设计制造的 X2 型视差测图仪是在立体量测仪的基础上，另加平面改正机件，改进后的仪器，在使用中可把分工法测图中的两个步骤一次解决，从而提高了作业效率。意大利、联邦德国也有类似的仪器。航空摄影测量的成图方法和仪器正在向着半自动化和自动化方向发展，在这方面解析测图仪已经有了相当的成就。航空摄影测量中利用像片内在的几何特性，在室内加密控制点的方法。即利用连续摄取的具有一定重叠的航摄像片,依据少量野外控制点,以摄影测量方法建立同实地相应的航线模型或区域网模型（光学的
14、或数字的），从而获取加密点的平面坐标和高程。主要用于测地形图。而室内加密控制点的基本方法就是空中三角测量。空中三角测量是指利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，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。模拟法产生于 20 世纪 30 年代初期（见 O.von 格鲁贝尔）。由于这种方法是在室内作业，节省了大量的野外控制测量工作，所以很快得到应用和推广。当时虽然也提出过有关解析法的基本理论，但由于计算工具和计算方法不够完善，所以只限于理论研究。直到 40 年代末，随着电子计算机应用范围的不
15、断扩大，解析法才得到发展，并逐渐取代了模拟法。60 年代以来，解析法摆脱了模拟法的传统概念，解算方法除仿照模拟法的航带法外，还有独立模型法和光线束法等典型方法。空中三角测量的范围也由单条航线扩展到几条航线连接的区域，形成区域网空中三角测量。它在运算中不仅可以处理偶然误差，而且也可以处理系统误差，有的程序还包括有自动剔除部分粗差的功能，有的还可进行摄影测量观测值和大地山东科技大学本科毕业设计（论文）4测量观测值及其他辅助数据的联合平差等。20 世纪 60 年代后期，各类区域网空中三角测量方法开始在生产中应用，并在试验和比较各类平差方案，研究特大法方程组最经济有效的解法，以及处理作业中各种实际问题
16、，发展了许多行之有效的计算程序。当前主要研究的是：自动剔除量测粗差。根据检验粗差的理论，适当增加多余观测，剔除粗差以提高观测值的可靠性。消除系统误差的影响。除致力于提高原始资料的质量外，也须在整体平差的解算中引入反映剩余系统误差的附加参数，进行统一解算的自检校平差。这种办法能有效地抵偿系统误差的影响，而又不增加外业控制点。联机空中三角测量。利用解析测图仪或立体坐标量测仪同计算机联机进行空中三角测量，在作业过程中实现人机对话，易于及时发现粗差，获取比较可靠的量测数据和提高作业速度。摄影测量数据和其他数据的联合平差。这对稳定和提高平差精度和减少外业控制点具有重要意义。可供利用的已知数据有空中测微高
17、差仪和空中测高仪数据，以及地面的某些测量结果 7。1.3.2 摄影测量软件的发展 随着内业空中三角测量发展的日益成熟，越来越多的专业软件进入了人们的视野，现在比较有名的有武汉适普的 Virtuozo 、航天远景的MapMatrix 等，本文主要是概述的是如何应用适普 Virtuozo AAT 3.4 实现空中三角测量。（1）适普武汉适普软件有限公司(Supresoft Inc.)成立于 1996 年 7 月，是由著名摄影测量与遥感学家、中国工程院院士、武汉大学张祖勋教授创办，由美国 IDG 公司、美国 INTEL 公司、日本 SOFTBANK 公司联合投资成立的世界领先的全数字摄影测量技术及解
18、决方案提供商。适普公司完全自主研发的产品包括全数字摄影测量系统 Virtuozo, 三维可视化地理信息系统山东科技大学本科毕业设计（论文）5（IMAGIS）和新一代数字摄影测量网格（DPGRID）等。其中 Virtuozo 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。而Virtuozoaat 模块的空中三角测量系统也相对成熟。1996 年 4 月，武汉适普软件有限公司成立，其核心技术来源于武汉测绘科技大学（王之卓院士，张祖勋院士）二十多年的研究成果；1996 年 7 月，VirtuoZo UNIX 中英文版正式发布；2004 年 6 月，VirtuoZo NT V3.6 正式版发布
19、；2007 年，适普全数字化摄影测量系统 VirtuoZo NT V3.3 被中国软件行业协会评选为“2007 年度优秀软件产品“。适普公司推出的空中三角测量系统 VirtuozoAAT-Patb，利用了VirtuoZo 数字摄影测量系统的核心技术-世界上最先进、速度最快的影像匹配算法，形成了一个功能强大、高效、快速、自动化程度高的自动空中三角测量系统。它具有全自动内定向,自动识别和转刺连接点,半自动量测控制点,自动构建区域网，可与多种区域网平差软件建立接口，以及加密成果自动整理等先进功能。PATB 是世界上最着名、应用最广泛的光束法区域网平差软件包。由于采用了理论上最严密、可补偿系统误差的自检校光束法平差算法，同时加入了先进实用的粗差检测算法，因而可获得高精度的平差结果，并具有高效的粗差检测功能。其它特点包括：一个测区可采用多种不同的摄影机，进行机载 GPS 数据的联合平差，适应交叉航线等各种航摄资料等。适普公司将 AATM 和 PATB 有机地融合为一个整体，形成了世界上技术最先进,功能最完善,精度、效率、可靠性及自动化程度最高的自动空中三角测量系统 VirtuozoAAT-Patb。该系统无与伦比的强大功能，可极大地提高整个数字测绘生产体系的效率和自动化程度，并为测绘生产体系的自动化管理奠定了强有力的基础，从而可创造出巨大的技术效益、经济效益和社会效益。
