单位四元数在航空摄影测量解算中的应用与实践

研究了单位四元数方法在航摄空中三角测量各个步骤中的应用,并对其算法稳定性和适用性作了评价。首先叙述了基于单位四元数构造旋转矩阵的方法,及基于单位四元数的相对定向模型的建立和解求方法;构建了基于单位四元数的光束法区域网平差模型。然后利用大量实际航空影像数据进行了相对定向和光束法区域网平差试验,并同传统的基于欧拉角构建旋转矩阵的方案进行了比较。试验结果表明,在相对定向试验中,若采取P-H算法,只需要最少控制点就能保证所有试验数据均可得到正确的解。而在光束法平差中,基于单位四元数的方法比传统方法的稳定性差,对摄影比例尺和控制点的数量较为敏感,导致部分试验数据无法正确收敛。     

对偶四元数用于航天线阵遥感影像光束法平差解算

利用对偶四元数可以同时描述位置与姿态的特性,在简化四元数球面线性插值算法的基础上,建立了基于对偶四元数的航天线阵遥感影像的外方位元素模型,且利用该模型设计并实现了光束法平差解算方法。该方法可使用具有约束条件的参数平差法进行迭代求解。利用两个地区的SPOT-5 HRS立体影像进行了对比试验分析,结果表明,提出的基于对偶四元数的光束法平差算法正确可靠,相比于基于欧拉角的平差算法和基于单位四元数的平差算法,有更高的平差计算精度。     

对偶四元数GPS辅助光束法区域网平差

针对GPS辅助光束法区域网平差中线元素和角元素分而治之引起转动和平移的耦合误差问题,该文提出了一种基于对偶四元数的GPS辅助光束法区域网平差方法。利用对偶四元数统一描述像空间坐标系与WGS84坐标系之间的旋转和平移关系,建立对偶四元数GPS辅助光束法区域网平差模型,实现了区域网影像外方位元素以及待定点WGS84坐标的平差解算。实验结果表明,本算法具有对迭代初值无依赖性、迭代次数少和精度高的优点,为姿态稳定较差的轻小无人机影像的GPS辅助光束法区域网平差提供了一种新的思路。     

基于已知定向参数影像的光束法区域网平差

从自检校光束法区域网平差模型出发,建立了利用同一地区已知定向参数的影像解求新获取影像外方位元素并进行目标定位的数学模型。以此为基础,对来自某地区相隔两年的三期不同摄影比例尺航空影像两两组合地进行联合光束法区域网平差。结果表明,当两期影像比例尺相近时,所解求的新影像外方位元素和加密点坐标精度基本达到常规光束法区域网平差的精度;当两期影像比例尺不同时,利用已知定向参数的大比例尺影像解求出的小比例尺影像的外方位元素和加密点坐标可满足现行规范精度要求,利用已知定向参数的小比例尺影像去解求大比例尺影像的外方位元素和加密点坐标精度明显下降且不可用。本文的研究证实,就同一地区的多时相航摄影像而言,利用已知定向参数的影像进行新影像的定向方法是可行的。     

LM算法在稀疏矩阵光束法区域网平差中的应用

通过介绍光束法区域网平差的误差方程和法方程的建立,针对解算法方程的算法进行了对比分析。针对高斯牛顿法在解算非线性模型最小化中存在的问题,提出将LM算法应用于非线性模型的最小化解算,并通过算例验证了LM算法的优越性。为了提高区域网平差的效率和实用性,相对于传统LM算法解算的稠密性,提出了在LM算法中采用稀疏矩阵的方法来解算光束法区域网平差的法方程,验证了将LM算法应用于稀疏矩阵光束法区域网平差的可行性。     

基准网辅助的大区域卫星影像区域网平差技术

针对目前使用数字正射影像图(DOM)作为控制资料,纠正卫星影像,容易造成几何形变的误差传递的问题,该文提出了构建原始影像基准网,进行大区域卫星影像区域网平差的方法。该方法使用外业控制点作为地面控制资料,激光点云生产的数字高程模型(DEM)数据作为高程资料,利用区域网平差技术解算基准网影像的有理多项式系数(RPC)文件,配合DEM辅助弱连接点检测技术增强基准网的稳健性,而后利用高精度连接点匹配基准网解算同源待平差影像的RPC文件。该文使用该方法建立了基于39景高分二号影像的河南安阳、鹤壁地区的基准网,并对两景新增影像进行平差处理。结果表明,平面中误差为1.6m,达到1∶10 000数字正射影像生产的精度要求,相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足了无缝拼接。     

无人机遥感影像大规模光束法平差快速解算

为实现对无人机遥感影像大规模光束法区域网平差的快速解算,采用逐点消元法并利用分块稀疏矩阵保存消元后的法方程,以减少内存的使用量;利用预处理共轭梯度算法实现快速解算,利用OpenMP技术实现预处理共轭梯度迭代计算多核并行处理。结果表明,将消元法和预处理共轭梯度算法用于无人机遥感影像大规模光束法区域网平差解算,既可节省内存,又可提高计算效率。     

利用已有像控点的多期航空影像光束法区域网联合平差

为了充分利用已有航空影像与控制成果,节约作业成本,缩短作业周期,提出一种利用已有像控点联合多期航空影像进行整体平差加密的数学模型,并采用我国南方某地区的数据资料进行了试验证明。结果表明,联合平差能将已有像控点的控制作用通过多期影像间的同名点传递到最新航空影像上,联合平差加密点的平面精度与常规光束法区域网平差加密精度基本一致,而高程精度则取决于多期影像间同名点的观测值个数,同名点观测值越多,加密点高程精度越高,因此只要多期影像间存在足够多的同名点观测值,则联合平差的加密精度完全能够满足摄影测量地形图测绘的生产需要。     

低空无人机摄影测量精度分析

无人机技术的飞速发展,使得无人机低空摄影测量应用越来越广泛.无人机摄影测量经常存在需要解算外方位元素的问题,而光束法区域网平差能够解决该问题.本文为探究无人机低空摄影测量在大比例尺地形图中的精度要求,详解光束法区域网平差整体流程,并结合某工程项目评估无人机低空摄影测量精度,验证了低空无人机摄影测量应用于大比例尺测图的有效性.     

区域网平差的航空影像色彩均衡算法北大核心CSCD

针对测区内多幅航空影像色彩不一致性的问题,该文在区域网平差的基础上,提出了改进的基于区域网平差的航空影像色彩均衡处理方法。通过分析色彩偏差成因,提出二次非线性函数作为色彩均衡模型,对影像的色彩进行纠正。根据重叠区域具有一致的色彩,采用最小二乘原则进行平差运算,从而实现色彩均衡。实验表明,本文算法具有较好的效果和更佳的适用性。     

基于单位四元数的机载三线阵影像光束法平差

为克服欧拉角在空间方位的描述和插值中的局限性,采用单位四元数来描述相机的姿态,推导了四元数描述的共线条件方程。在此基础上,提出了将四元数球面线性插值(Slerp)引入到三线阵影像定向片法平差的思想,通过利用Slerp公式进行相机姿态的匀速插值,建立了基于单位四元数的三线阵影像平差的数学模型并进行了线性化。两套ADS40数据的试验结果表明,在区域四角布设平高控制点的情况下,基于Slerp模型的定向片光束法平差在平面和高程方向均可取得优于1个地面像元(GSD)的定位精度,是三线阵相机检校和空中三角测量较理想的技术手段。     

对偶四元数近景影像空中三角测量法

提出了一种对偶四元数近景影像空中三角测量方法,利用对偶四元数统一表示光线束在空间中的螺旋运动,近景区域网内所有光线束的角元素用对偶四元数的实部表示,所有线元素以对偶四元数的实部和对偶部分共同表示,最终建立对偶四元数空中三角测量平差模型,实现内、外方位元素和模型点物方坐标的解算。选用真实影像和大姿态角模拟影像开展了空中三角测量试验,试验结果证明对偶四元数近景影像空中三角测量方法能获得较高的精度。     

非量测CCD数码相机的航空摄影测量应用

研究非量测CCD数码相机应用于航空摄影测量的技术方法.采用基于自检校光束法平差严格标定非量测CCD数码相机;提出基于相对定向、三视张量、自由光束法平差、区域网光束法平差的空中三角测量流程.实验表明,严格标定的数码相机,可以应用于大比例尺航空摄影测量.     

附加约束条件的光束法区域网平差在四拼数码航空相机平台检校中的应用

介绍了针对四拼数码航空相机的附加约束条件光束法区域网平差原理,包括计算四拼相机外方位元素,并同时计算四台子相机的相对位置关系,获取四拼相机平台检校参数。实验结果表明采用这种方法计算出来的平台检校参数精度高,生成的虚拟影像拼接效果好,测图精度满足大中比例尺地形图规范要求。     

基于单位四元数的单独像对相对定向

目前对单位四元数描述空间旋转的应用,基本上是将其转换成旋转矩阵的形式,而忽略了单位四元数描述空间向量旋转具有描述几何关系的直观性以及运算简洁的优势。基于此提出一种基于单位四元数的单独像对相对定向法,方法首先采用向量描述同名光线,然后利用单位四元数描述立体像对中左右影像同名光线的变换关系,建立单位四元数共面条件方程模型,再按照带有约束条件的间接平差原理进行最小二乘平差,确定相对定向元素。针对RC30航空影像和低空无人机影像采用单位四元数法分别进行单独像对相对定向实验,结果表明单位四元数相对定向方法计算精度较高,为解决摄影测量中坐标变换问题提供更多选择。     

The application of GPS precise point positioning technology in aerial triangulation

In traditional GPS-supported aerotriangulation, differential GPS (DGPS) positioning technology is used to determine the 3-dimensional coordinates of the perspective centers at exposure time with an accuracy of centimeter to decimeter level. This method can significantly reduce the number of ground control points (GCPs). However, the establishment of GPS reference stations for DGPS positioning is not only labor-intensive and costly, but also increases the implementation difficulty of aerial photography. This paper proposes aerial triangulation supported with GPS precise point positioning (PPP) as a way to avoid the use of the GPS reference stations and simplify the work of aerial photography.Firstly, we present the algorithm for GPS PPP in aerial triangulation applications. Secondly, the error law of the coordinate of perspective centers determined using GPS PPP is analyzed. Thirdly, based on GPS PPP and aerial triangulation software self-developed by the authors, four sets of actual aerial images taken from surveying and mapping projects, different in both terrain and photographic scale, are given as experimental models. The four sets of actual data were taken over a flat region at a scale of 1:2500, a mountainous region at a scale of 1:3000, a high mountainous region at a scale of 1:32000 and an upland region at a scale of 1:60000 respectively. In these experiments, the GPS PPP results were compared with results obtained through DGPS positioning and traditional bundle block adjustment. In this way, the empirical positioning accuracy of GPS PPP in aerial triangulation can be estimated. Finally, the results of bundle block adjustment with airborne GPS controls from GPS PPP are analyzed in detail.The empirical results show that GPS PPP applied in aerial triangulation has a systematic error of half-meter level and a stochastic error within a few decimeters. However, if a suitable adjustment solution is adopted, the systematic error can be eliminated in GPS-supported bundle block adjustment. When four full GCPs are emplaced in the corners of the adjustment block, then the systematic error is compensated using a set of independent unknown parameters for each strip, the final result of the bundle block adjustment with airborne GPS controls from PPP is the same as that of bundle block adjustment with airborne GPS controls from DGPS. Although the accuracy of the former is a little lower than that of traditional bundle block adjustment with dense GCPs, it can still satisfy the accuracy requirement of photogrammetric point determination for topographic mapping at many scales.