OptimizeAT - 控制点约束的空三优化

概述

OptimizeAT 接口用于使用控制点优化空中三角测量结果。该接口在完成刺点（tie point measurement）后调用，通过引入地面控制点（GCP）提高空三的绝对精度。

适用场景

• 需要高绝对精度的测绘项目
• 有地面控制点数据
• 需要验证和提高空三精度
• 工程测量和专业制图

工作流程

接口调用

命令行调用

reconstruct_full_engine.exe -reconstruct_type 3 -task_json optimize_config.json

参数说明

• reconstruct_type: 固定为 3（表示 OptimizeAT）
• task_json: 配置文件路径

配置参数

OptimizeAT 使用与 ReconstructAT 相同的参数，额外增加控制点参数：

必需参数

所有 ReconstructAT 的必需参数，加上：

参数名	类型	说明
control_point	JSON	控制点组信息

控制点数据结构

ControlPointGroup

{
  "coordinate_system": {      // 控制点坐标系
    "type": 3,               // 通常为投影坐标系
    "epsg_code": 32650       // 如 UTM Zone 50N
  },
  "points": [                // 控制点列表
    // ControlPoint 对象数组
  ]
}

ControlPoint

{
  "id": "GCP001",           // 控制点名称
  "coordinate": [x, y, z],  // 控制点坐标
  "usage": 0,               // 0=控制点, 1=检查点, 2=禁用
  "observations": [         // 图像观测值
    {
      "id": 1,             // 图像 ID
      "uv": [1234.5, 2345.6]  // 像素坐标
    }
  ]
}

完整配置示例

基础控制点优化

{
  "license_id": 9200,
  "working_dir": "C:/Projects/AT_Optimize",
  "gdal_folder": "C:/MipMap/SDK/data",
  "coordinate_system": {
    "type": 2,
    "epsg_code": 4326
  },
  "camera_meta_data": [...],  // 与 ReconstructAT 相同
  "image_meta_data": [...],   // 与 ReconstructAT 相同
  "control_point": {
    "coordinate_system": {
      "type": 3,
      "epsg_code": 32650      // UTM Zone 50N
    },
    "points": [
      {
        "id": "GCP001",
        "coordinate": [500123.456, 2500123.456, 123.456],
        "usage": 0,
        "observations": [
          {
            "id": 1,
            "uv": [2736.5, 1824.3]
          },
          {
            "id": 5,
            "uv": [1892.7, 2104.8]
          }
        ]
      },
      {
        "id": "GCP002",
        "coordinate": [500223.456, 2500223.456, 125.678],
        "usage": 0,
        "observations": [
          {
            "id": 3,
            "uv": [3104.2, 1567.9]
          },
          {
            "id": 7,
            "uv": [2345.6, 1890.2]
          }
        ]
      },
      {
        "id": "CHECK001",
        "coordinate": [500323.456, 2500323.456, 127.890],
        "usage": 1,           // 检查点
        "observations": [
          {
            "id": 2,
            "uv": [1567.8, 2345.6]
          }
        ]
      }
    ]
  }
}

高精度测绘项目配置

{
  "license_id": 9200,
  "working_dir": "C:/Projects/HighPrecision_AT",
  "gdal_folder": "C:/MipMap/SDK/data",
  "coordinate_system": {
    "type": 2,
    "epsg_code": 4326
  },
  "camera_meta_data": [...],
  "image_meta_data": [
    {
      "id": 1,
      "path": "IMG_0001.JPG",
      "meta_data": {
        "pos": [114.123, 22.123, 150.0],
        "pos_sigma": [0.05, 0.05, 0.10],  // RTK 高精度
        "position_constant": false          // 允许优化
      }
    }
  ],
  "control_point": {
    "coordinate_system": {
      "type": 3,
      "epsg_code": 4978       // ECEF for high precision
    },
    "points": [
      // 多个均匀分布的控制点
      {
        "id": "GCP_NW",
        "coordinate": [...],
        "usage": 0,
        "observations": [...]
      },
      {
        "id": "GCP_NE",
        "coordinate": [...],
        "usage": 0,
        "observations": [...]
      },
      {
        "id": "GCP_SW",
        "coordinate": [...],
        "usage": 0,
        "observations": [...]
      },
      {
        "id": "GCP_SE",
        "coordinate": [...],
        "usage": 0,
        "observations": [...]
      },
      {
        "id": "GCP_CENTER",
        "coordinate": [...],
        "usage": 0,
        "observations": [...]
      }
    ]
  }
}

控制点布设原则

1. 数量要求

• 最少：3 个控制点（解算需要）
• 建议：5-8 个控制点 + 2-3 个检查点
• 大区域：每 50-100 张图像至少 1 个控制点

2. 分布要求

理想的控制点分布：

+-----+-----+-----+
| GCP | GCP | GCP |
+-----+-----+-----+
| GCP | CHK | GCP |  GCP: 控制点
+-----+-----+-----+  CHK: 检查点
| GCP | GCP | GCP |
+-----+-----+-----+

3. 高程分布

• 在不同高程层次布设控制点
• 避免所有控制点在同一平面
• 山区项目尤其注意高程变化

刺点精度要求

像素精度

• 理想：< 1 像素
• 可接受：< 2 像素
• 需改进：> 3 像素

多视角观测

• 每个控制点至少在 2 张图像中可见
• 理想情况下 3-5 张图像
• 观测角度差异 > 15°

坐标系统注意事项

1. 坐标系一致性

{
  // 图像位置通常为 WGS84
  "coordinate_system": {
    "type": 2,
    "epsg_code": 4326
  },
  
  // 控制点通常为当地投影坐标系
  "control_point": {
    "coordinate_system": {
      "type": 3,
      "epsg_code": 32650  // 根据项目位置选择
    }
  }
}

2. 常用坐标系

地区	EPSG	说明
中国	4490	CGCS2000 地理坐标
中国	4547-4554	CGCS2000 高斯投影
全球	32601-32660	UTM 北半球
全球	32701-32760	UTM 南半球

质量评估

1. 优化报告解读

优化完成后，检查日志中的精度报告：

[INFO] Control Point Residuals:
  GCP001: 0.023m (X), 0.015m (Y), 0.041m (Z)
  GCP002: 0.019m (X), 0.022m (Y), 0.038m (Z)
  
[INFO] Check Point Errors:
  CHECK001: 0.045m (X), 0.052m (Y), 0.068m (Z)
  
[INFO] RMS Error: 0.048m

2. 精度标准

项目类型	平面精度	高程精度
地形测绘	< 0.05m	< 0.10m
工程测量	< 0.10m	< 0.15m
一般应用	< 0.30m	< 0.50m

最佳实践

1. 控制点采集

• 使用 RTK/全站仪等高精度设备
• 选择稳定、易识别的地物
• 记录详细的点位描述和照片

2. 刺点流程

1. 在空三结果查看器中加载影像
2. 找到控制点对应的地物
3. 精确标记像素位置
4. 检查多视角一致性

3. 迭代优化

# 第一次优化
reconstruct_full_engine.exe -reconstruct_type 3 -task_json optimize_v1.json

# 检查结果，调整异常点

# 第二次优化
reconstruct_full_engine.exe -reconstruct_type 3 -task_json optimize_v2.json

4. 常见问题处理

残差过大

• 检查刺点精度
• 验证控制点坐标
• 考虑将该点设为检查点

系统性偏差

• 检查坐标系设置
• 验证控制点坐标系
• 考虑相机标定问题

输出结果

优化后的空三结果保存在相同位置：

• milestones/mvs_optimized.xml - 优化后的内部格式
• products/AT/block_exchange_optimized.xml - 优化后的交换格式
• log/optimization_report.txt - 优化报告

示例：完整工作流程

import subprocess
import json

# 1. 执行初始空三
at_config = {
    "license_id": 9200,
    "working_dir": "C:/Project",
    # ... 其他参数
}
with open("at_config.json", "w") as f:
    json.dump(at_config, f)
    
subprocess.run(["reconstruct_full_engine.exe", "-reconstruct_type", "1", "-task_json", "at_config.json"])

# 2. 进行控制点刺点（通常在外部软件完成）

# 3. 准备优化配置
optimize_config = at_config.copy()
optimize_config["control_point"] = {
    "coordinate_system": {"type": 3, "epsg_code": 32650},
    "points": [
        # 控制点数据
    ]
}
with open("optimize_config.json", "w") as f:
    json.dump(optimize_config, f)

# 4. 执行优化
subprocess.run(["reconstruct_full_engine.exe", "-reconstruct_type", "3", "-task_json", "optimize_config.json"])

# 5. 使用优化结果进行三维重建
# ...

下一步

• 使用优化后的空三结果进行 Reconstruct3D
• 了解大规模数据分块处理
• 查看基本概念了解控制点使用

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提示：控制点是确保测绘精度的关键。合理的控制点布设和精确的刺点是获得高精度成果的基础。