《攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)》課件

攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)攝影測量是一門利用攝影技術(shù)獲取地面目標(biāo)的空間位置、形狀和屬性信息的學(xué)科。攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃、資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。概述11.引言介紹攝影測量學(xué)及其在現(xiàn)代社會(huì)中的重要地位。22.研究內(nèi)容概述攝影測量學(xué)的基本概念、原理和技術(shù)，重點(diǎn)介紹數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)。33.研究方法主要采用文獻(xiàn)研究、案例分析和實(shí)證研究等方法。44.研究意義為攝影測量技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用提供理論支撐和技術(shù)支持。攝影測量的定義和特點(diǎn)定義攝影測量利用攝影原理和技術(shù)，通過對目標(biāo)物體進(jìn)行攝影，獲取圖像信息，進(jìn)而進(jìn)行測量和分析。特點(diǎn)非接觸式測量，效率高，成本低，適用于地形復(fù)雜、地表覆蓋物較多的區(qū)域。優(yōu)勢能獲取豐富的地形信息，包括地貌、植被、水體等。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于地形測繪、城市規(guī)劃、資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。攝影測量的應(yīng)用領(lǐng)域城市規(guī)劃與管理生成三維城市模型，用于城市規(guī)劃、交通管理、環(huán)境監(jiān)測等方面。礦山資源勘探繪制礦區(qū)地形圖、三維模型，用于礦產(chǎn)資源勘探、開采和管理。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)生成高速公路、鐵路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的三維模型，用于設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)。文物考古與保護(hù)生成考古遺址的三維模型，用于研究和保護(hù)歷史文化遺產(chǎn)。攝影機(jī)的基本原理1光學(xué)成像鏡頭將外界景物投射到感光元件上。2光學(xué)透鏡鏡頭由多組透鏡組成，通過折射和反射光線。3感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，形成影像。4電子處理電信號(hào)經(jīng)過處理，形成數(shù)字圖像。攝影機(jī)利用光學(xué)透鏡將外界景物投射到感光元件上，感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過電子處理后形成數(shù)字圖像。通過控制鏡頭、感光元件和電子處理系統(tǒng)，攝影機(jī)可以記錄不同場景、不同光照條件下的影像信息。照片的基本特性透視投影照片是真實(shí)世界在投影平面上的透視投影，存在幾何畸變。幾何關(guān)系照片上各點(diǎn)的坐標(biāo)與對應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo)存在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。比例尺照片上物體的大小與地面上物體的大小之比，隨距離變化而變化。分辨率照片能夠分辨的最小目標(biāo)尺寸，由相機(jī)鏡頭、感光元件等決定。照片的坐標(biāo)系統(tǒng)和幾何關(guān)系照片坐標(biāo)系統(tǒng)定義了照片上點(diǎn)的空間位置。常見的坐標(biāo)系統(tǒng)包括像平面坐標(biāo)系和攝影測量坐標(biāo)系。幾何關(guān)系描述了照片上點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系。主要包括內(nèi)方位元素和外方位元素。相機(jī)內(nèi)部方位元素主點(diǎn)坐標(biāo)(Xp,Yp)主點(diǎn)坐標(biāo)是指攝影鏡頭光軸與像平面交點(diǎn)在像平面上的坐標(biāo)，它是相機(jī)內(nèi)部方位元素的重要參數(shù)。主點(diǎn)坐標(biāo)決定了影像的中心位置，對影像的幾何校正和配準(zhǔn)至關(guān)重要。焦距(f)焦距是指從攝影鏡頭光心到像平面的距離，它是相機(jī)內(nèi)部方位元素中最重要的參數(shù)之一。焦距決定了影像的尺度和分辨率，對影像的幾何校正和三維重建具有決定性影響。相機(jī)外部方位元素相機(jī)位置外部方位元素描述了相機(jī)在拍攝時(shí)刻相對于地面坐標(biāo)系的位置，通常用三個(gè)坐標(biāo)值來表示。相機(jī)姿態(tài)相機(jī)姿態(tài)表示了相機(jī)在空間中的方向，用三個(gè)角度來描述，例如俯仰角、橫滾角和方位角。外部方位元素的重要性準(zhǔn)確的外部方位元素是進(jìn)行攝影測量數(shù)據(jù)處理和三維重建的關(guān)鍵，直接影響著模型的精度和真實(shí)性。內(nèi)方位和外方位的確定內(nèi)方位元素的確定內(nèi)方位元素包括焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)和像主線方向?？梢酝ㄟ^相機(jī)標(biāo)定來確定這些參數(shù)。外方位元素的確定外方位元素包括相機(jī)在拍攝時(shí)的位置和姿態(tài)，可以使用地面控制點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。測量方法直接測量法間接測量法聯(lián)合測量法精度內(nèi)方位和外方位的精度直接影響攝影測量成果的精度。物方坐標(biāo)的測量方法描述直接測量使用經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器直接測量目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。間接測量通過攝影測量技術(shù)，利用照片上的像點(diǎn)坐標(biāo)和相機(jī)參數(shù)計(jì)算物方坐標(biāo)。直接測量方法精度高，但工作量大，效率低。間接測量方法精度相對較低，但效率高，適合大范圍區(qū)域的測量。數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)11.數(shù)字化傳統(tǒng)攝影測量使用膠片，數(shù)字?jǐn)z影測量則使用數(shù)字相機(jī)或掃描儀采集圖像。22.自動(dòng)化數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)利用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理和分析，自動(dòng)化程度更高，效率更高。33.精度更高數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)可以獲得更高精度的三維模型和數(shù)據(jù)。44.靈活多樣數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)應(yīng)用范圍更廣，可用于多種領(lǐng)域，如城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等。數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)獲取1影像獲取利用航空相機(jī)、地面相機(jī)或無人機(jī)等設(shè)備拍攝目標(biāo)區(qū)域影像。2數(shù)據(jù)處理對拍攝的影像進(jìn)行幾何校正、拼接、鑲嵌等處理，生成正射影像、數(shù)字表面模型等。3數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換將處理后的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)(GIS)可識(shí)別的格式，方便后續(xù)分析應(yīng)用。4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將獲取的數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中，便于管理和訪問。數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)獲取是整個(gè)攝影測量工作流程的重要環(huán)節(jié)，它直接影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)字正射影像生成1幾何校正消除影像幾何畸變，獲取真實(shí)地物位置信息。2影像拼接將多個(gè)影像拼接成完整的正射影像。3影像鑲嵌將正射影像與其他地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成完整的地理信息系統(tǒng)。數(shù)字表面模型建立1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備首先需要準(zhǔn)備經(jīng)過處理的數(shù)字影像數(shù)據(jù)2影像匹配通過匹配影像中的相同特征點(diǎn)來確定影像間的幾何關(guān)系3三維重建根據(jù)影像匹配結(jié)果，利用三角測量原理重建三維空間4模型生成最終生成包含地表高度信息的數(shù)字表面模型數(shù)字表面模型的建立過程主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、影像匹配、三維重建和模型生成四個(gè)步驟。通過這些步驟，可以獲得精確的地形數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、工程建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。三維重建技術(shù)數(shù)字表面模型(DSM)從多個(gè)角度獲取影像，生成詳細(xì)的表面模型，可用于地形分析、虛擬現(xiàn)實(shí)和城市規(guī)劃。點(diǎn)云密集的點(diǎn)集，記錄了場景中每個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和顏色信息，可以用于生成三維模型、測量距離和分析場景特征。攝影測量利用多幅影像獲取目標(biāo)物的幾何信息，重建三維模型，在建筑、文物保護(hù)和景觀設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。三維掃描利用掃描設(shè)備獲取物體的三維信息，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、逆向工程和文物數(shù)字化等領(lǐng)域，可以快速、精確地重建物體形狀。微地形信息提取定義微地形信息提取是從攝影測量數(shù)據(jù)中提取地表微地形的詳細(xì)信息。包括地表起伏、坡度、坡向、溝壑、山脊等。方法常用的方法包括數(shù)字表面模型（DSM）分析、地形特征識(shí)別、三維模型分析。利用這些方法可以精確地提取地表微地形信息。應(yīng)用微地形信息在工程建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。例如，幫助規(guī)劃道路、分析土壤侵蝕、評估洪水風(fēng)險(xiǎn)。UAV遙感技術(shù)應(yīng)用城市規(guī)劃和管理無人機(jī)遙感技術(shù)可用于獲取城市三維模型，幫助城市規(guī)劃和管理，例如城市道路規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。森林資源監(jiān)測無人機(jī)可以快速、高效地獲取森林資源信息，如森林覆蓋率、樹木生長狀況等，幫助森林管理人員進(jìn)行森林資源監(jiān)測和保護(hù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理無人機(jī)可用于農(nóng)田病蟲害監(jiān)測、施肥管理、作物生長監(jiān)測等，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和效益。災(zāi)害應(yīng)急救援無人機(jī)可用于災(zāi)害現(xiàn)場勘查、人員搜救、物資運(yùn)送等，提高災(zāi)害應(yīng)急救援效率。無人機(jī)航測系統(tǒng)組成無人機(jī)平臺(tái)無人機(jī)平臺(tái)是系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)搭載傳感器并完成飛行任務(wù)。傳感器傳感器負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，常見的有相機(jī)、激光掃描儀和多光譜傳感器。地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)規(guī)劃航線、控制無人機(jī)飛行、采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理軟件用于對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成影像、模型等成果。無人機(jī)航測數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)預(yù)處理去除噪聲和畸變2影像拼接生成完整影像3幾何校正消除幾何誤差4正射影像生成生成正射影像5三維模型構(gòu)建構(gòu)建數(shù)字表面模型無人機(jī)航測數(shù)據(jù)處理是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要進(jìn)行一系列的步驟。首先，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲和畸變。然后，需要將所有影像拼接在一起，生成完整的影像。接下來，需要進(jìn)行幾何校正，消除幾何誤差。最后，需要生成正射影像和三維模型。無人機(jī)航測應(yīng)用案例無人機(jī)航測在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如城市規(guī)劃、道路建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)管理等。通過無人機(jī)拍攝的高清影像數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行三維模型重建，幫助決策者更直觀地了解地形地貌、進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。無人機(jī)航測還可以應(yīng)用于文物保護(hù)、考古調(diào)查、森林資源監(jiān)測等領(lǐng)域，為相關(guān)研究提供精確的影像資料和數(shù)據(jù)分析。攝影測量發(fā)展趨勢技術(shù)融合攝影測量與其他技術(shù)不斷融合，例如計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、深度學(xué)習(xí)等。例如，無人機(jī)航測技術(shù)的快速發(fā)展，將攝影測量技術(shù)應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。智能化自動(dòng)化和智能化成為攝影測量發(fā)展趨勢，例如自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)模型構(gòu)建、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理等。應(yīng)用拓展攝影測量應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，例如三維城市建模、文物保護(hù)、自然災(zāi)害監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等。高精度攝影測量技術(shù)精度不斷提高，例如更高分辨率的圖像獲取、更精確的模型構(gòu)建和更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。攝影測量的優(yōu)勢11.高效性攝影測量能夠快速獲取大量數(shù)據(jù),提高效率。22.精度高攝影測量技術(shù)具有高精度,能夠精確地測量物體的大小和位置。33.成本低相對于傳統(tǒng)測量方法,攝影測量成本更低。44.安全性強(qiáng)在危險(xiǎn)或難以到達(dá)的區(qū)域,攝影測量方法更安全。攝影測量的局限性地形限制山區(qū)、森林等復(fù)雜地形會(huì)影響攝影測量精度，增加數(shù)據(jù)采集難度。天氣影響陰雨天、霧霾等天氣會(huì)降低圖像質(zhì)量，影響攝影測量結(jié)果。遮擋影響建筑物、樹木等遮擋物會(huì)影響目標(biāo)物體的觀測，導(dǎo)致信息缺失。精度誤差攝影測量技術(shù)存在一定的精度誤差，需要進(jìn)行嚴(yán)格的誤差分析和校正。攝影測量與GIS的融合空間數(shù)據(jù)融合攝影測量提供高精度幾何信息，GIS提供豐富的屬性數(shù)據(jù)，融合可以創(chuàng)建更完整的地圖。三維建模將攝影測量獲取的三維模型與GIS數(shù)據(jù)結(jié)合，可以創(chuàng)建更逼真的三維場景。城市規(guī)劃與管理融合后的數(shù)據(jù)可以用于城市規(guī)劃、交通管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)用于監(jiān)測環(huán)境變化、災(zāi)害評估、自然資源管理等，助力可持續(xù)發(fā)展。攝影測量與遙感的關(guān)系數(shù)據(jù)來源攝影測量主要利用地面攝影機(jī)獲取圖像，而遙感則通過航空或衛(wèi)星傳感器獲取圖像?？臻g分辨率攝影測量圖像的空間分辨率通常較高，而遙感圖像的空間分辨率相對較低。應(yīng)用領(lǐng)域攝影測量主要用于地形測繪和城市規(guī)劃，而遙感則應(yīng)用于地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。技術(shù)融合近年來，攝影測量和遙感技術(shù)逐漸融合，形成新的應(yīng)用領(lǐng)域，如三維重建、數(shù)字表面模型等。攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化國際標(biāo)準(zhǔn)化國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了攝影測量和遙感的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)的互操作性和質(zhì)量。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了數(shù)據(jù)格式、精度要求、質(zhì)量控制等方面，促進(jìn)全球范圍內(nèi)的合作和數(shù)據(jù)共享。國家標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)國家也制定了各自的攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)本地需求和環(huán)境特點(diǎn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)采集、處理、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)，保證國內(nèi)攝影測量項(xiàng)目的規(guī)范性和一致性。攝影測量的應(yīng)用前景城市三維模型攝影測量可以構(gòu)建精細(xì)的城市三維模型，用于城市規(guī)劃、管理和災(zāi)害評估。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測攝影測量可用于監(jiān)測滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，并預(yù)測潛在風(fēng)險(xiǎn)?？脊胚z址保護(hù)攝影測量可用于記錄和保護(hù)考古遺址，提供詳細(xì)的文物信息和三維模型。工程建設(shè)攝影測量可用于工程建設(shè)的測量、監(jiān)測和進(jìn)度管理，提高效率和精度。攝影測量的未來展望人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)將進(jìn)一步提升攝影測量的效率和精度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理和分析。三維模型重建三維模型重建技術(shù)將更加成熟，