對(duì)攝影測(cè)量基本原理的認(rèn)識(shí)

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（貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院測(cè)繪工程09級(jí)2班）

內(nèi)容摘要

攝影測(cè)量有二百多年的歷史了。通過(guò)對(duì)攝影測(cè)量的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)。本文從攝影測(cè)量最基本的原理出發(fā)，簡(jiǎn)單回想了它的發(fā)展歷程，本文立足于對(duì)武漢大學(xué)其次版《攝影測(cè)量》教程的學(xué)習(xí)以及對(duì)攝影測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)后，闡述了攝影測(cè)量的一些基本知識(shí)。著重闡述了當(dāng)代攝影測(cè)量技術(shù)最新理論的發(fā)展。特別是對(duì)攝影測(cè)量的分類，分別闡述大地?cái)z影測(cè)量、航空攝影測(cè)量、航天攝影測(cè)量的一些基本原理后相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。對(duì)大地?cái)z影測(cè)量、航空攝影測(cè)量的內(nèi)外業(yè)的有關(guān)步驟和相應(yīng)技術(shù)作了一定的論述。最終，總結(jié)出自己的在學(xué)習(xí)過(guò)程中的對(duì)攝影測(cè)量的認(rèn)識(shí)，作為測(cè)繪專業(yè)學(xué)生，我更看到新的希望。

3.1外業(yè)工作

外業(yè)工作包括攝影和測(cè)量。攝影是在基線兩端點(diǎn)、用攝影經(jīng)緯儀或其他攝影機(jī)按一定方式分別攝影，以獲取目標(biāo)的立體像對(duì)。地形測(cè)量作業(yè)中常用正直攝影、等偏攝影兩種方式進(jìn)行攝影。測(cè)量工作，先選攝影基線，后用普通測(cè)量方法測(cè)定基線長(zhǎng)度、基線端點(diǎn)和檢查點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，為內(nèi)業(yè)像片處理提供起始數(shù)據(jù)。

3.2內(nèi)業(yè)工作

內(nèi)業(yè)成圖方法分為圖解法、模擬法和解析法。圖解法是根據(jù)立體坐標(biāo)量測(cè)儀量測(cè)出像點(diǎn)坐標(biāo)和左右視差值，按相像三角形關(guān)系設(shè)計(jì)一種圖板，用圖解法求出地面點(diǎn)的平面位置和高程。模擬法是利用地面立體測(cè)圖儀進(jìn)行測(cè)圖的方法。解析法是按一定的數(shù)學(xué)公式求出地面點(diǎn)在其地面輔助坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，再轉(zhuǎn)換為地面坐標(biāo)。解析法適應(yīng)性強(qiáng)、精度高，是常用的方法。當(dāng)代的解析法地面攝影測(cè)量，是從解析攝影測(cè)量的基礎(chǔ)理論出發(fā)，依據(jù)地面控制點(diǎn)以及盡可能確切的攝影外方位元素進(jìn)行綜合平差運(yùn)算，從而取得地面攝影測(cè)量較高的測(cè)點(diǎn)精度。這一方法可用于觀測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形，如測(cè)求大壩變形和地面滑動(dòng)等數(shù)據(jù)。

（二）航空攝影測(cè)量

航空攝影測(cè)量指的是在飛機(jī)上用航攝儀器對(duì)地面連續(xù)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測(cè)量、調(diào)繪和立體測(cè)繪等步驟，繪制出地形圖的作業(yè)。

航空攝影測(cè)量的主題，是將地面的中心投影（航攝像片）變換為正射投影（地形圖）。這一問(wèn)題可以采取大量途徑來(lái)解決。如圖解法、光學(xué)機(jī)械法（亦稱模擬法）和解析法等。在每一種方法中還可細(xì)分出大量具體方法，而每種具體方法又有其特有的理論。其中有些概念和理論是基礎(chǔ)性的，帶有某些共性，

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如像片的內(nèi)方位元素和外方位元素,像點(diǎn)同地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系式,共線條件方程，像對(duì)的相對(duì)定向，模型的絕對(duì)定向和立體觀測(cè)原理等。

1.航空攝影測(cè)量的基本原理

根據(jù)不同的用途與施測(cè)方法的不同航空攝影測(cè)量的基本原理分單張像片測(cè)圖原理、立體觀測(cè)原理。

1.1單張像片測(cè)圖的基本原理

航空攝影測(cè)量單張像片測(cè)圖的基本原理是中心投影的透視變換，立體測(cè)圖的基本原理是投影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)。廣義來(lái)說(shuō)，前一狀況的基本原理也是攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)。20世紀(jì)30年代以后，攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)都是應(yīng)用各種結(jié)構(gòu)繁雜的光學(xué)機(jī)械的縝密儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。50年代以后，開始應(yīng)用數(shù)學(xué)解析的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2立體觀測(cè)的基本原理

立體觀測(cè)的原理是建立人造立體視覺，即將像對(duì)上的視差反映為人眼的生理視差后得出的立體視覺。得到人造立體視覺須具備3個(gè)條件:①由兩個(gè)不同位置（一條基線的兩端）拍攝同一景物的兩張像片(稱為立體像對(duì)或像對(duì))；②兩只眼睛分別觀測(cè)像對(duì)中的一張像片；③觀測(cè)時(shí)像對(duì)上各同名像點(diǎn)的連線要同人的眼睛基線大致平行，而且同名點(diǎn)間的距離一般要小于眼基線(或擴(kuò)大后的眼基距)。若用兩個(gè)一致標(biāo)志分別置于左右像片的同名像點(diǎn)上，則立體觀測(cè)時(shí)就可以看到在立體模型上參與了一個(gè)空間的測(cè)標(biāo)。為便于立體觀測(cè)，可借助于一些簡(jiǎn)單的工具，如橋式立體鏡和反光立體鏡。對(duì)于那種利用兩個(gè)投影器把左右像片的影像同時(shí)疊合地投影在一個(gè)承影面上的狀況，可采用互補(bǔ)色原理或偏振光原理進(jìn)行立體觀測(cè)，并用一個(gè)具有測(cè)標(biāo)的測(cè)繪臺(tái)量測(cè)。

2.航空攝影測(cè)量的測(cè)圖方法

20世紀(jì)30年代以來(lái)，航空攝影測(cè)量的測(cè)圖方法主要有3種,即綜合法、全能法和分工法（或稱微分法）。

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2.1綜合法

航空攝影測(cè)量的綜合法是攝影測(cè)量和平板儀測(cè)量相結(jié)合的測(cè)圖方法。屬單張像片測(cè)圖，地形圖上地物、地貌的平面位置由像片改正的方法得出像片圖或線劃圖，地形點(diǎn)高程和等高線則用普通測(cè)量方法在野外測(cè)定。它適用于平坦地區(qū)的大比例尺測(cè)圖。

2.2全能法

航空攝影測(cè)量的全能法是根據(jù)攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)原理，置立體像對(duì)于立體測(cè)圖儀內(nèi)，建立起所攝地面縮小的幾何模型，借以測(cè)繪地形圖的方法，在立體測(cè)圖儀上安置像片時(shí)依據(jù)內(nèi)方位元素，目的是使恢復(fù)后的投影光束同攝影光束相像（也可在一定條件下變換投影光束）在立體模型上測(cè)地面點(diǎn)的平面位置、高程和等高線，獲得地形圖的方法，主要適用于山地。由于像對(duì)的相對(duì)定向過(guò)程中并未參與控制點(diǎn)，只利用了像對(duì)內(nèi)在的幾何特性,所以建立的幾何模型的方位是任意的,模型的比例尺也是近似值，因此必需通過(guò)絕對(duì)定向才能據(jù)以測(cè)圖。

全能法測(cè)圖的儀器是立體測(cè)圖儀。這類儀器形式繁多,根據(jù)投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為3種類型：①建立實(shí)際投影光線束的光學(xué)投影式的；②從投影中心至像點(diǎn)一方為實(shí)際的投影光線，而從投影中心至模型點(diǎn)一方則用方向?qū)U代替的光學(xué)機(jī)械投影式的;③用一根貫穿3個(gè)萬(wàn)向關(guān)節(jié)(它們分別代表像點(diǎn)、投影中心和模型點(diǎn))的方向?qū)U來(lái)代替投影光線的機(jī)械投影式的。前兩種型式的儀器現(xiàn)已基本淘汰了。

2.3分工法

航空攝影測(cè)量的分工法（微分法）是依照平面和高程分求的原則進(jìn)行測(cè)圖的一種方法。在立體測(cè)圖儀器上測(cè)定地面點(diǎn)高程和測(cè)繪等高線，地面點(diǎn)平面位置確定與綜合法一致，適用丘陵地區(qū)。它是根據(jù)豎直攝影像對(duì)，量測(cè)左右視差較和在右方像片上勾繪等高線的一種儀器。一個(gè)地面點(diǎn)在左、右兩張像片上構(gòu)

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像點(diǎn)的橫坐標(biāo)x的差值稱左右視差p,而兩個(gè)地面點(diǎn)的左右視差之差則稱之為左右視差較Δp，這個(gè)Δp是該兩點(diǎn)的高程差所引起的。在量測(cè)左右視差較Δp的過(guò)程中，借助儀器上的改正機(jī)件,自動(dòng)改正由攝影外方位元素帶來(lái)的影響，使之等于理想像對(duì)的左右視差或左右視差較；而用高差公式計(jì)算高程差；然后用投影轉(zhuǎn)繪儀把在像片上勾繪的等高線以及調(diào)繪的地物，進(jìn)行分帶投影轉(zhuǎn)繪成地形圖。中國(guó)設(shè)計(jì)制造的X－2型視差測(cè)圖儀是在立體量測(cè)儀的基礎(chǔ)上，另加平面改正機(jī)件，改進(jìn)后的儀器，在使用中可把分工法測(cè)圖中的兩個(gè)步驟一次解決，從而提高了作業(yè)效率。意大利、聯(lián)邦德國(guó)也有類似的儀器。航空攝影測(cè)量的成圖方法和儀器正在向著半自動(dòng)化和自動(dòng)化方向發(fā)展，在這方面解析測(cè)圖儀已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)某删汀?/p>

3.航空攝影測(cè)量的作業(yè)分外業(yè)和內(nèi)業(yè)3.1外業(yè)工作

航空攝影測(cè)外業(yè)工作包括：①像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。像片控制點(diǎn)一般是航攝前在地面上布設(shè)的標(biāo)志點(diǎn)，也可選用像片上的明顯地物點(diǎn)（如道路交織點(diǎn)等），用普通測(cè)量方法測(cè)定其平面坐標(biāo)和高程。②像片調(diào)繪。是圖像判讀、調(diào)查和繪注等工作的總稱。在像片上通過(guò)判讀，用規(guī)定的地形圖符號(hào)繪注地物、地貌等要素；測(cè)繪沒(méi)有影像的和新增的重要地物；注記通過(guò)調(diào)查所得的地名等。通過(guò)像片調(diào)繪所得到的像片稱為調(diào)繪片。調(diào)繪工作可分為室內(nèi)的、野外的和兩者相結(jié)合的3種方法。③綜合法測(cè)圖。主要是在單張像片或像片圖上用平板儀測(cè)繪等高線。

3.2內(nèi)業(yè)工作

航空攝影測(cè)內(nèi)業(yè)工作包括：①測(cè)圖控制點(diǎn)的加密。以前對(duì)于平坦地區(qū)一般采用輻射三角測(cè)量法，對(duì)于丘陵地和山地則采用立體測(cè)圖儀建立單航線模擬的空中三角網(wǎng)，進(jìn)行控制點(diǎn)的加密工作。20世紀(jì)60年代以來(lái)，模擬法空中三角測(cè)量逐漸地被解析空中三角測(cè)量代替。②用各種光學(xué)機(jī)械儀器測(cè)制地形原圖。

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（三）航天攝影測(cè)量

航天攝影測(cè)量通俗地講是以衛(wèi)星、飛船和飛機(jī)等航天器為運(yùn)載工具,利用各種傳感器在軌道空間獲取地球表面上的地物、地貌影像等信息數(shù)據(jù),通過(guò)系統(tǒng)軟件分析、處理形成各種用途專題地圖的測(cè)繪方法。

航天攝影測(cè)量是伴隨著空間技術(shù)、攝影技術(shù)、圖像數(shù)字傳輸與處理、全球定位和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的測(cè)量新技術(shù),從其原理與應(yīng)用角度看其應(yīng)屬于攝影測(cè)量學(xué)科的一個(gè)分支,是航空攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步拓展。

1.航天攝影測(cè)量的基本原理

航天攝影測(cè)量是航空攝影測(cè)量技術(shù)在空間攝影條件下的進(jìn)一步應(yīng)用,由于其成像原理與航空攝影有著本質(zhì)的區(qū)別,因此,在技術(shù)上同樣有著與其相區(qū)別的處理方法。但就其原理講與航空攝影測(cè)量沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別,同樣是利用立體影象進(jìn)行立體模型的恢復(fù)與建立,從而測(cè)繪出一定比例尺的地形圖。

2.航天攝影測(cè)量的特點(diǎn)

航天攝影測(cè)量與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)如大小平板、航空攝影測(cè)量、全野外數(shù)字采集等相比,除了具備成圖周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低外,還具有其獨(dú)生氣勃勃的優(yōu)勢(shì),主要表達(dá)在如下方面:①不受地區(qū)和國(guó)界的限制；②獲取資料迅速,為快速成圖和地圖更新開避了一條嶄新的途徑；③有降低測(cè)繪成本的空間。

3.航天攝影測(cè)量的應(yīng)用前景

測(cè)量技術(shù)伴隨著社會(huì)的前進(jìn)而發(fā)展,同時(shí)又不斷地服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)際上某個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)要發(fā)展,城市要建設(shè),測(cè)繪必需先行,因此,人們?cè)缫寻褱y(cè)量工作看作經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表。幾十年的風(fēng)雨歷程,測(cè)繪已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中起到了令世人矚目的作用。特別是近幾年,由于數(shù)字地球建設(shè)步伐的進(jìn)一步加快,更使得測(cè)繪有了用武之地。

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隨著科技的進(jìn)步,時(shí)代的發(fā)展,特別是全球定位技術(shù)的進(jìn)一步完善,相信航天攝影測(cè)量在將來(lái)數(shù)字中國(guó)、信息高速馬路的建設(shè)中必將起到舉足輕重的作用,對(duì)衛(wèi)星資源的進(jìn)一步利用開拓了更加廣闊的新領(lǐng)域。

四、結(jié)語(yǔ)

剛接觸到測(cè)繪的時(shí)候這個(gè)專業(yè)的時(shí)候，我們就對(duì)測(cè)繪有一定的理解。那時(shí)候我們只知道在地面架設(shè)儀器，在一個(gè)有限的小范圍進(jìn)行測(cè)量。但是自從通過(guò)對(duì)《攝影測(cè)量》的學(xué)習(xí)，讓我們認(rèn)識(shí)到原來(lái)測(cè)量不只是限于在地面上假設(shè)儀器，原來(lái)我們的測(cè)繪工作也可以脫離地面。

不止是在架設(shè)儀器這方面讓我們的觀念有了改