航測基本知識培訓手冊新編

1、數(shù)字攝影測量基本知識培訓手冊1999年2月數(shù)字攝影測量基本知識培訓手冊目錄測繪基本概念I(lǐng) . 一些常用術(shù)語.誤差.精度（精確度）.測量平差.三角測量. 4D產(chǎn)品.三Sn .坐標系統(tǒng).大地坐標系.高斯平面直角坐標系.其它坐標系：.高程基準田.常用測量儀器. 經(jīng)緯儀.水準儀.激光測距儀.全站儀.全球定位系統(tǒng).立體測圖儀.解析測圖儀.正射投影儀.航空攝影機.編輯工作站.數(shù)控繪圖機IV .大地測量1.1、 II 等三角點.大地三角網(wǎng).國家高程控制網(wǎng).大地坐標帶V .工程測量.工程測量的應用范圍.工程測量的內(nèi)容.平面控制測量.高程控制測量.地形測量.施工測量.變形測量VI.地面攝影測量和近景攝影測量.地

2、面攝影測量的特點.地面攝影測量的應用范圍 vn .全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位的基本原理GPS衛(wèi)星定位的分類GPS的用途GPS的精度皿.遙感.傳感器的類型.常用的衛(wèi)星圖象.遙感圖像處理.遙感的主要應用領(lǐng)域IX .地理信息系統(tǒng).基本概念.地理信息系統(tǒng)與一般信息系統(tǒng). GI S與數(shù)字地圖4.國內(nèi)應用較廣泛的GI S軟件平臺X。數(shù)字地面模型及其應用1數(shù)字地面模型的概念2數(shù)字地面模型的種類3 DEM數(shù)據(jù)點采集方法4數(shù)字地形模型軟件5數(shù)字地形模型的應用.航空攝影測量.航空攝影.外業(yè)控制測量與調(diào)繪.解析空中三角測量.數(shù)據(jù)采集一測圖5原圖編輯6原圖清繪.數(shù)字攝影測量基本概念.數(shù)字攝影測量的定義.數(shù)字影像獲取與重采樣

3、.影像匹配的基本概念.影像相關(guān)原理.二維相關(guān)與一維相關(guān).金字塔影像.特征匹配與整體匹配.影像匹配的精度.數(shù)字微分糾正原理.遙感圖像的復合.景觀圖的制作原理2影像解譯一地物提取四.數(shù)字攝影測量系統(tǒng)I .世界上知名的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)簡介n . Vi rt uoZo NT 生產(chǎn)作業(yè)流程一.測繪基本概念.一些常用術(shù)語.誤差 errora.系統(tǒng)誤差 systematic error測 量的誤 差在大 小和符 號上趨 于一致，或 按一定 規(guī)律變 化，或保持為常數(shù).b.偶然誤差 random error偶然誤差也叫隨機誤差.其誤差量值和符號的變化是沒 有規(guī)律的.c.粗差 Gross error or blu

4、nder粗差也稱錯誤，一般大于5倍的中誤差.精度(精確度) accuracy評定測量成果質(zhì)量的數(shù)量指標.a.平 均誤差 average errorM av = E A / n;b.中 誤差 RM SE (R oot Mean Square Error)M = sq rt(E A A / n );c.極限誤差 Limit error2Md.相對 誤差 relative error中誤差與觀測值之比叫做相對中誤差.航測中常用航高的幾千分之一來表示高程精度，例如H / 8000.e.標 準偏差 standard devi ati on與中誤差類似，歐美國家常用的評定精度指標.測量平差 Survey

5、adj ustm ent對一組觀測值的誤差進行合理配賦，求出最可靠的計算值作為終值，并對結(jié)果的精度進行評定最小二乘法(Least Square M ethod )是測量平差的基礎(chǔ)。其基本原理是：E PVV = minimum;.三角測量 Triangulation通過觀測三角網(wǎng)內(nèi)各三角點上所有三角形的內(nèi)角，并測 定三角網(wǎng)的一些邊，由某一三角點的已知坐標及一邊的方 位角，根據(jù)三角形的幾何關(guān)系，推算其他點的坐標，這些 測量與計算工作叫做三角測量。. 4D 產(chǎn)品 4D productsDEM ( DT M ) D igital Elevation Model ( D i gitalTerrain M

6、odel)數(shù)字高程模型(數(shù)字地面模型)DOM ( Digital Orthophoto Map ) 數(shù)字正射影象圖D L G ( Digital Line Graph ) or D TI ( Digital T hem ati c I nfor mation ) 數(shù)字線劃圖或數(shù)字專題信息 d. D RG ( Digital Raster Graphic ) 數(shù)字柵格圖.三 S GPS, G IS, RSGPS-Global Positioning System 全球定位系統(tǒng)GIS-Geographic Inform at ion Sy stem 地理信息系統(tǒng)RS-Remote Sen sing

7、 遙感H .坐標系統(tǒng) Coordinate systems.大 地坐 標 系 G eod et i c coordi n ate system大地參考ref erence system: 克拉索夫斯基參考橢球體大地經(jīng)度 longitude大地緯度 latitude大地方位角 azimuth.高斯平面直角坐標系 Gauss planar rectangular coordinate system投影面 project plane： 高斯-克呂格正形投影面，一種 橫軸圓柱投影.1954北京坐標系.其它坐標系：UTM 墨卡 托投影坐標系：Universal Tr ansverse M ercat o

8、 r Projecti onWGS 84坐標系.高程基準 Vertical d at u m1 956, 1 985黃海高程系m .常用測量儀器.經(jīng)緯儀 theodoli te.水 準儀 level or level ing i nstr ument.激光 測距儀 Laser geodi meter5.全球定位系統(tǒng).全站儀 total stati onGPS- G lobal Positioning System6.立體測圖儀Stereopl otter7.解析測圖儀Analyti cal stereopl otter8.正射投影儀O rthophoto projector9.航空攝影機Ari

9、 al cam era1 0.編輯工作站Editing workstation11.數(shù)控 繪圖機 Digital plotterIV .大地測量 G eod esy. I , n 等 三角點 Triangulation points of grade1,ni、n等三交點，是構(gòu)成國家大地三角網(wǎng)的高等級埋石標志點 0. 大地三角網(wǎng) Geod eti c triangulation network大地三角網(wǎng)，是指由i、n等三交點組成的國家I等骨 架三角鎖和n等三角網(wǎng)。.國家高程控制網(wǎng) National E l evat i on Control N etwork國家高程控制網(wǎng)由高精度的一、二等水準路

10、線網(wǎng)構(gòu)成。 然后在此網(wǎng)內(nèi)用三、四等水準網(wǎng)加密，以便控制地形測圖。.大地坐標帶G eodet i c zone6度帶-以格林尼治零子午線為準，沿經(jīng)線按6度經(jīng)差分帶。3度帶-城市測量，工程測量等一般按3度帶計算高斯 平面直角坐標。V .工程測量 Engin eer i n g Survey.工程測量的應 用范圍 Appli cation area of engi neering su r vey工程測量覆蓋的范圍，包括城市建設(shè)、工業(yè)企業(yè)、交通 運輸、水利工程等領(lǐng)域的勘察、設(shè)計、施工及運營階段的 測繪工作。.工程測量 的 內(nèi) 容 Content s of en g i n eer i n g sur

11、vey工程測量的主要內(nèi)容，包括平面控制測量、高程控制測 量、地形測量、施工測量、變形測量等。.平面控制 測量 Planimetric control survey工程測量中的平面控制測量，一般應與高等級國家三角 點聯(lián)測。平面 控制網(wǎng)可采用三角測量，導線測量或三邊 測量，網(wǎng)的等級分為n、m、iv 等以及一、二級小三角、 小三邊。.高 程控制 測量 Vertical control survey高程控制測量，可采用水準測量和電磁波測距三角高程 測量。高程控制測量的等級，劃分為n、m、iv、 v等。.地形測量 Topographic survey工程測量中的地形測量，包括測繪1: 500, 1: 1

12、 000, 1: 2000,及1 : 5000比例尺的全要素地形圖。測繪的內(nèi)容包 括地貌、居民地、道路、水系、植被、行政區(qū)劃、管線、 工礦建筑物等。.施 工測量 Construction su r vey施工測量是指工業(yè)與民用建筑，水工建筑，礦山建筑， 及道路、橋梁、隧道等施工場地測量。施工測量包括施工 場地控制測量和施工放樣測量。.變形測量 Deformation survey變形測量的應用范圍，包括工業(yè)與民用建筑物，地基基 礎(chǔ)，中小型水壩以及山體滑坡等。變形測量需要分別建立 水平位移檢測網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測網(wǎng)，并進行周期性地變形VI.地面攝影測量和近景攝影測量 Ground andClose-

13、range Photogrammetry.地 面攝 影測量 的特點 Characteristics of ground photogram m et rya.使用地面攝影測量專用的攝影機；b.在地面上對目標進行攝影，攝取立體像對；c.實地測定攝影站點和控制點的地面坐標，即地面攝影像 對的外方位元素皆是已知的；d.使用攝影測量方法立體測繪地物地貌.有專門的地面攝 影立體測圖儀，某些航空攝影測量的全能型精密型立體測 圖儀以及解析測圖儀，也可以作地面攝影測繪.e.攝影方式：正直攝影，等偏攝影，交向攝影以及等傾攝影.地面 攝影測 量的應 用范圍 Application area of ground p

14、hotogram m et rya.陡峻的山區(qū)等特殊地區(qū)；b.鐵路站場、橋梁、隧道、泵站、礦井等須測繪 1:500 或更大比例尺的工點圖；c.航空攝影漏洞地面補充測量.近 景攝 影測量 的特點 Characteri sti cs of cl ose-ran g e p h otog ram m et r ya.近景攝影測量一般屬于地面攝影測量的范疇；b.攝影距離一般在100米以內(nèi)；c.可使用量測攝影機和非量測攝影機；d.非量測攝影機通常需經(jīng)專門的試驗室檢定；e.直接線性變換解析算法，不需要像片上有框標，也不需 要攝影機的內(nèi)方位元素和外方位元素，但須有較多的控 制點.近景攝影測量的應用范圍 Ap

15、plication area of close-range photogrammetrya.結(jié)構(gòu)物的變形測量；b.古建筑的現(xiàn)狀測繪；c.人類軀體測繪；d.需精確測求物體大小、形狀或體積的其它測繪項目.VH .全球定位系統(tǒng)GPSGlobal Positioning System衛(wèi) 星定 位的基 本原理 Basic principle of satel lite posi ti o ni n g地面接收機同時接收4顆以上的衛(wèi)星信號，可以記錄求 出每個衛(wèi)星信號傳至接收機的時間 t,將 t乘以光速即 可得到衛(wèi)星至接收機的距離，而衛(wèi)星的位置是已知的，從 而可計算出接收機所在地面位置的三維坐標。當然，實際

16、 算法是很復雜的而且需要加入一系列的補賞改正。GPS 衛(wèi)星定位的分類 GPS Cl assi f i cat i ona.靜態(tài)定位 St at i c posi t i oni ngb.動態(tài)定位 Dynamic posi t i oni ngc.單 點定位 Si ng l e poi nt pos i t i oni ngd.相 對定位 Re l a t i v e positioninge.實時差分定位 RTK Real t i me k i ne ma t i caldi f f er ent i al posi ti oni ngf. 單頻接收機 Si ngl e frequency r

17、eceiverg.雙頻接收機 Dual f r equency r ecei verGPS 的用途 GPSappli cat ionsa.飛機、 艦船導航 Pl ane and ship navigationb.導彈制導 Mssile gui di ngc.精 密定位 Pr ec i si on posi t i oni ngd.大地測量 Geo det i c s u r vey i nge.工程測量 Eng i nee r i ng su r v ey i ngf. 動 態(tài)監(jiān)測 Dynamic super vi si onGPS 的精度 GPS accuracya. 單點定 位精度 (Ac

18、curacy of s i ng l e poi ntpos i t i on i ng) : 1020 mb.基線測量精度(Accuracy o f b as el i ne ) :5 mm+1 ppmc. RTK 實時測 量精度(Accur acy of RTK GPS) : 1 CM+2PPMW .遙感 Remote Sensi ng遙感與攝影測量即航測的關(guān)系非常密切。1 980年“國際 攝影測量學會”，正式改名為“國際攝影測量與遙感學會”. 并且在第14屆大會上提出了攝影測量與遙感的新定義：“使用一種傳感器，根據(jù)電磁波的輻射原理，不接觸物體而通過一系列的技術(shù)處理，獲得物體的物理與幾何性

19、質(zhì)。”.傳感器的類型 Ty pe of sensorsa.多光譜掃描儀系統(tǒng) MSS M ulti-spectral Scanni ngSy stemb.全景 攝影機Panoramic cam erac.紅外掃描儀I nfrared scannerd.彩紅外攝影機 Color i nfrared cam erae. CCD (電耦合器件)陣列掃描儀 CCD matrix scan nerf.合成孔徑雷達 SAR Synthetic Aperture Radarg.側(cè)視雷達 Side-looking Radar.常用 的衛(wèi)星圖象 Main satel l i t e imagesMSS多光譜衛(wèi)星圖

20、象(陸地衛(wèi)星) 分辨率79m M SS (LAN D SAT) satel li te i m age resol ut ion 79mTM (專題制圖)衛(wèi)星圖象(陸地衛(wèi)星) 分辨率30mTM (LAND SAT T hemati c m appi ng) satel lite i mage resol ut ion 30mSPOT (CCD)衛(wèi)星圖象分辨率10mSPO T ( CCD) satell ite i m age resolution 10mI SR衛(wèi)星圖象分辨率5mIndia Rem ote Satel lite I mage resolution 5m.遙感 圖像處理 Rem

21、ote sen si n g i m ag e p ro cessi n ga.圖像幾 何糾正 Image geomet r i c cor r ect i onb.圖像增強處理 I mage enhancement pr ocessi ngc.數(shù)據(jù)復合 Dat a synt hesi se.特征提取 Feat ur e ext r act i on;f.數(shù)據(jù)分類 Dat a cl assi fi cati ong.圖像濾波 I mage f i l t er i ng4.遙感的主要應用領(lǐng)域Main ap p l i cati on area ofrem ote sen sing礦產(chǎn)資 源勘查

22、 Mi ne resource explorationb.農(nóng) 作物產(chǎn)量估算 Estimation of grain out putc.林業(yè)資源分類和森林火災監(jiān)測Re sourceclassification and fire super vision of forests環(huán) 境監(jiān)護 Env i r on me nt al super vi s i on and pr ot ect i one.專題制圖 Themat i c ma ppi ng地質(zhì)水文勘察 Geol ogi c a nd h y dr ogr aphi c s ur veyg.災害的預報和監(jiān)測 Di sast er pr edi

23、 ct and s u per v i s i onh. 軍事偵察 Military r econnai ssanceIX . 地理信息系統(tǒng) GIS Geographi c I nf ormat ion System.基 本概念 B asi c concept地理信息系統(tǒng)是以計算機軟硬件為平臺，以地理信息 為基礎(chǔ)，包括圖形信息、圖像信息和屬性信息的空間信息 系統(tǒng)，具有信息輸入、存儲、管理、分析、檢索、輸出等 功能.地理信息系統(tǒng)與一般信息系統(tǒng) G I S and affai r i nform ati on system一般信息系統(tǒng)包括企業(yè)管理信息系統(tǒng)、金融信息系統(tǒng)、 交通信息系統(tǒng)、經(jīng)營信息系統(tǒng)

24、、人事信息系統(tǒng)等等.這些 事務性的信息系統(tǒng)，通常是以特定的屬性信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，雖然也具有信息系統(tǒng)的基本功能，但并不 以地理空間信 息為基礎(chǔ).它們比地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量要小得多，復雜 程度也要簡單很多。.GIS 與數(shù)字地圖 GISand digital map數(shù)字地圖是GIS的重要數(shù)據(jù)源，也是GIS可視化產(chǎn)品 的數(shù)字化表達形式。雖然使用地圖數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)字地圖， 也可以有空間查詢、檢索、分析功能，但是它仍不可能像 G I S那樣，綜合圖形數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行深層 次的空間分析，提供規(guī)劃、管理和決策信息。.國內(nèi) 應用較廣泛的 GI S軟件平臺 Main GI S softwarep l

25、atf orm sa.b.c.d.ARC/ I nfo M apInfo MGE (including M GA) G enaM apESRI (US)MapI nfo (US) Intergrap h (U S)GEN ASYS (Australia)e.MAPGI S武漢地質(zhì)大學f.GeoSt ar （吉奧之星）武漢測繪科技大學X 。 數(shù)字地面模型及其應用 Digital Terrain Model and Appl i cat i ons1.數(shù)字地面模型的概念 Concept of DTM數(shù)字地面模型（Di gital Terrain Model），簡稱數(shù)地模（DTM）,是描述地表形態(tài)的

26、一系列點坐標值（X, Y, Z）的集合，即地形特征的空間分布。數(shù)字地面模型這一概念，是由美國麻省理工學院教授 Charles L. Miller于五十年代后期提出的，首先用于公路工程設(shè)計.數(shù)字地面模型的種類 Classification of DTM數(shù)字地面模型，可根據(jù)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、建立方法、用途 等進行分類。 DTM 可以定義為二維區(qū)域上的地形、地 質(zhì)、資源、環(huán)境、土地利用、人口分布等多種信息。.數(shù)字地面模型DTMDTM 是以一系列三維坐標點(包括平面坐標 X, Y 和高程Z)表示的地形表面數(shù)字模型。.數(shù)字高程模型DEMDEM ( Di gi t al El evat i on Model )

27、 是 DTM 的特例或子 集，定義為二維區(qū)域上的高程。DEM中點的平面位置， 通常是按規(guī)則排列的，如矩形格網(wǎng)，其精確位置(坐標) 可根據(jù)所在的行列序號、格網(wǎng)間距及起始點的已知絕對 坐標，快速計算出來。數(shù)字高程模型也叫 DHMDigital Hei ght Model.離散點DTM離散點 DTM,是指表示地表形態(tài)的地形點位置為 隨機的，不規(guī)則的。例如，沿等高線及地形特征線采 樣生成的DTM。4)三角網(wǎng)數(shù)字地面模型TIN三角網(wǎng)DTM,是指按一定規(guī)則構(gòu)成的不規(guī)則三角網(wǎng)TI N (Triangulated I rregular Net work).通常是將按 地形特征采集的點，連接成覆蓋整個區(qū)域且互不

28、重疊的 三角形。建立TIN的規(guī)則，主要是基于最佳三角形的條 件，即盡可能使每個三角形保持銳角三角形或三邊的長 度近似相等，避免出現(xiàn)過大的鈍角和過小的銳角。三角網(wǎng)數(shù)字地面模型TI N由于能夠很好地顧及地 貌特征點、線，表示復雜地貌形態(tài)比矩形格網(wǎng)(Grid) 更精確，近年來得到了較快的發(fā)展和應用。TI N的缺 點在于，它比矩形格網(wǎng)DEM更復雜，它不僅要存儲每個 點的高程，還要存儲其平面坐標、網(wǎng)點連接的拓撲關(guān)系、 三角形及鄰接三角形等信息。. DEM數(shù)據(jù)點采集方法) 地面測量利用全站儀等帶自動記錄裝置的地面測量儀器，在 野外實地采集地形點。既有地形圖數(shù)字化a.利用數(shù)字化儀進行手扶跟蹤；b.利用掃描數(shù)

29、字化儀掃描地形圖，再半自動跟蹤進 行矢量化處理。模擬機助測圖系統(tǒng)在模擬立體測圖儀機助測圖系統(tǒng)上，通常采用等高線方式采集 DTM,同時量測地形特征點、特征 線。在解析測圖儀上，可以較靈活地沿斷面、等高線、 離散點等多種方式進行DTM點采樣。數(shù)字攝影測量系統(tǒng)高效、自動提取DTM/ DEM,加上預處理和多種編 輯功能，是數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的突出優(yōu)點之一。GPS全球定位系統(tǒng)測量型的GPS全球定位系統(tǒng)，特別是帶動態(tài)實 時差分GPS,可以在野外采集DTM數(shù)據(jù)點。.數(shù)字地形模型軟件數(shù)字地面模型DTM的理論和實踐由數(shù)據(jù)采集、數(shù) 據(jù)處理及應用三個部分組成。DTM的數(shù)據(jù)處理和應用， 需要專門的DTM軟件完成。DTM

30、的數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)的組織、存儲、抽取、 內(nèi)插，距離、面積、體積、斷面、土方計算等。國際上比較著名的DTM軟件包，有德國斯圖加特 大學的SCOP程序，慕尼黑大學的HI FI程序，奧地利 維也納大學的SORA程序，瑞士蘇黎士工業(yè)大學的CIP 程序等。.數(shù)字地形模型的應用道路等工程計算機輔助設(shè)計生成等高線) 制作正射影像圖制作立體透視圖和立體景觀圖土石方工程數(shù)量計算繪制坡度圖、剖面圖及地貌渲暈圖軍事上用于巡航導彈地形配準制導制作軍事電子沙盤建立地形數(shù)據(jù)庫等二.航空攝影測量Aerial Photogrammetry1.航空攝影 Aerial p h otog rap hya.航空攝影機 Aer i

31、al cameraLeica: RC10, RC30Zeiss: RMK, LMKb.航攝儀焦距 Focal l engt h窄角：300 mm常角：210 mm寬角：153 mm特寬角：70 - - 1 00 mmc.像幅 For mat 1 80mm* 180mm23 0mme 2 30mmd.像片傾斜角 Phot o tilts and r ot at es angl e航向和旁向傾角： 3- - 5度航偏角： 1 5度e.像片重疊度 Photo over l ap航向：=60 %旁向：=30 %f.攝影比例尺 Phot o scaleM圖：M像 =5倍左右.外 業(yè)控 制測量 與調(diào)繪 F

32、ield control survey and I dentif i cati ona. 控制 點布設(shè) Co nt r o l planning平面控制點一般布設(shè)在所測區(qū)域的四角及周邊，高程 控制點則根據(jù)精度要求按基線數(shù)敷設(shè)高程導線.b.地面標 志布設(shè) Ground mark arrangement對于高精度的測繪項目，在航空攝影前應在計劃的平 面控制點位置布設(shè)特定形狀的標志.c.控制點聯(lián)測Cont r ol s u r vey i ng一般應先與高等級的國家三角點聯(lián)測，控制點實測 可用全站儀，激光測距儀，GPS全球定位系統(tǒng)等儀器進 行.d.野外調(diào)繪 Field I dent i f i ca

33、t i on外業(yè)調(diào)繪系指利用航攝像片，放大像片或地形原圖， 實地辨認并繪注植被邊界，電力線，通訊線，以及道路， 居民地，水系的名稱等.解析 空中 三角 測量 Anal yti cal aeri al triangulationa.刺點 Point marking在滌綸像片上利用精密刺點儀，將選定的內(nèi)業(yè)加密點刺出并編號標注.b.立 體觀測 Stereo observation在精密立體坐標量測儀或解析測圖儀上，立體量測加密 點及框標在左右像片上的坐標.當作業(yè)人員通過觀測系統(tǒng)使左右眼分別觀察左片和 右片，則可看到重建的立體光學模型。其他建立立體視覺的方法，包括：互 補色法 (Complement

34、color);偏 振光立 體眼鏡 (Polarized stereo eyeglasses and emitter)法；液 晶 立 體 眼鏡(liquid crystal eyeglasses and emitter) 法等。c.內(nèi) 定向 Internal orientation內(nèi)定向是指根據(jù)量測的像片四角框標坐標和相應的攝 影機檢定植，恢復像片與攝影機的相關(guān)位置，即確定像點在 像框標坐標系中的坐標.d.相對 定 向 Relative ori entation相對定向的含義是，恢復攝影瞬間立體像對內(nèi)左右像片 之間的相對空間方位.確定兩個像片的相對空間方位需 要5個參數(shù).相對定向的數(shù)學關(guān)系通常用

35、同名光線共面條 件表示，即左右攝影中心至地面點的兩條光線共面.相對定 向一般假定左像片保持水平不變，右片相對左片的五個參 數(shù)通常以基線分量Bx, By 和右片的旋轉(zhuǎn)角中，W,K表示. 相對定向方程式為非線性函數(shù)，需要將其線性化.相對定向 至少需量測6個定向點，利用最小二乘法平差解算.ZZY fY/s基為S X，左a a右核線圖1. 立多瑪盧對示意圖絕對定向 Absolute o ri en tat i on絕對定向也稱大地定向，是指確定立體模型或由多個立 體模型構(gòu)成的區(qū)域的絕對方位，也就是確定立體模型或區(qū) 域相對地面的關(guān)系.絕對定向參數(shù)為7個.區(qū)域平差 Block adjustment or

36、Block aerotriangulation區(qū)域平差也稱區(qū)域空中三角測量，俗稱電算加密，是對 整個區(qū)域網(wǎng)進行絕對定向和誤差配賦.區(qū)域平差目前一般 采用獨立模型法或光線束法.獨立模型法是以單個立體模 型為單元；而光線束法則以單張像片為單元。g.聯(lián) 合平 差 Simultaneous adjustment聯(lián)合平差是指，攝影測量數(shù)據(jù)與非攝影測量數(shù)據(jù)的整 體聯(lián)立解算。聯(lián)合平差也稱，帶輔助數(shù)據(jù)的解析空中三角 測量。輔助數(shù)據(jù)系指大地測量觀測數(shù)據(jù)，例如地面距離、 水平角、方位角，像片外方位元素，湖面點等高等條件。 目前，聯(lián)合平差主要是指，攝影測量數(shù)據(jù)與機載 GPS精 確定位數(shù)據(jù)的同時整體解算。這是解析空中

37、三角測量的一 項重要進展，可以實現(xiàn)少地控或無地控空中三角測量。h.加 密成果 Triangulation results解析空中三角測量的成果，包括所有加密點的三維坐 標和像片的外方位元素。每張像片外方位元素有6個，包 括像片對應的攝影中心坐標和三個絕對角元素。.數(shù)據(jù)采集一測圖 Data collection-Mappinga.內(nèi) 定向 Inner orientation在立體測圖儀上的內(nèi)定向，是通過嚴格的裝片來實現(xiàn) 的，即使用對點器一一種精巧的放大鏡，分別地將滌綸像 片上的框標精確對準承片盤上的相應框標.從而就實現(xiàn) 了恢復像片內(nèi)方位元素.對于解析測圖儀，則只需將像片的基線大致平行于儀 器的X

38、軸.像片的內(nèi)定向，是通過精確量測像片的四角框 標，利用嚴密的解析公式計算求解，同時進行像片的變 形改正.b.相對定 向 Rel ati ve or ientat ion對于模擬型立體測圖儀，包括機助測圖系統(tǒng)，立體像 片對的相對定向，是通過左右像片車架的空間運動來實 現(xiàn)的，以便消除立體模型內(nèi)各點的上下視差，從而實現(xiàn) 恢復立體像對左右片在攝影瞬間的相對空間方位.解析測 圖儀的相對定向，與解析空中三角測量的相對定向算法 相同，而且可以利用加密成果中的像片外方位元素直接 進行安置，可以加快相對定向的速度.c.絕對定 向 Absolute ori entati on傳統(tǒng)的模擬立體測圖儀絕對定向，通常分成

39、高程置平和平面對點兩個步驟來完成的.立體模型的絕對定向 通常需要6個已知平高定向點，至少應有4個平高點.解析測圖儀和機助測圖系統(tǒng)，立體模型的絕對定向 是按三維正形變換算法，利用最小二乘法進行平差解算 的.d.地物采集 Feature collection作業(yè)人員在完成立體模型的絕對定向后，需經(jīng)專職質(zhì) 量檢查人員聯(lián)機檢查，確認精度符合要求后，方可進行 地物采集.應參照外業(yè)調(diào)繪片，在立體模型上仔細辨認， 分類進行測繪.對于數(shù)字化測圖，應按統(tǒng)一的地物編碼 系統(tǒng)分類進行采集，并且分層進行存儲.同時采集的數(shù)據(jù) 還應加上地物屬性，以方便于同GIS建立接口.為了便于 在采集和編輯中明顯地區(qū)分不同的地物，各種

40、現(xiàn)狀地物 通常賦予相應的顏色.e.地貌采集 Capture of topographic d at a在傳統(tǒng)的模擬測圖中，包括機助測圖中，地貌采集是 由等高線描繪和注記高程點兩個部分組成的。等高線的基 本等高距，應按規(guī)范根據(jù)成圖比例尺、地形類別及用圖需 要選定；計曲線則取基本等高距，即首曲線的5的倍數(shù)。高程注記點，一般選在明顯地物點和地形點上，依據(jù) 地形類別及地物點和地形點的多少，其密度規(guī)范規(guī)定圖上 每 10cmX10cm 為 520個點。在解析測圖儀上，地貌測繪可以有多種選擇方式，除 按等高線和高程注記點外，還可采用按程序控制的矩形格 網(wǎng)或斷面方式采集地形點。.原 圖編輯 Editing o

41、f original map地形原圖編輯包括，對原圖中地物地貌表示不合理之 處的處理，相鄰圖幅的接邊處理，以及道路、河流、街道 等名稱的注記。.原圖清繪 Map drafting在傳統(tǒng)的模擬測圖中，原圖清繪的主要任務是在鉛筆稿原圖 上進行清理著色，或者在聚脂薄膜上刻繪。對于數(shù)字化測圖，在經(jīng)過圖形編輯和審校后，可直接 利用高精度繪圖機繪制線劃地形圖，還可用磁介質(zhì)提供數(shù) 字地形圖產(chǎn)品。.夕卜業(yè) 補測、 補調(diào) Field additional identif icati on and su r vey對于航攝漏洞，像片在攝影時被煙云遮蓋或地物為陰 影所遮擋部分，以及城鎮(zhèn)大比例尺測圖中量注屋檐等，均

42、須實地進行補充調(diào)繪和地面測繪。在這種情況下，尚需進 行二次編輯。三.數(shù)字攝影測量基本概念Basi c concept of di gi t alphot ogr ammet r y數(shù)字攝影測量的定義 D ef i n i t i on of digital photogrammetry目前，世界上對于數(shù)字攝影測量的定義，主要有兩種 觀點。a.數(shù)字攝影測量是基于數(shù)字影象和攝影測量的基本 原理，應用計算機技術(shù)、數(shù)字影象處理、影象匹配、模式 識別等多學科的理論與方法，提取所攝對象以數(shù)字方式表 達的幾何與物理信息的攝影測量學的分支學科。美國等國稱之為軟拷貝攝影測量 （Softcopy Photogra

43、mmetry）,我國王之卓教授稱為全數(shù)字攝影測量 （Full D igital Photogrammetry）.這種定義認為，在數(shù)字攝 影測量過程中，不僅產(chǎn)品是數(shù)字的，而且中間數(shù)據(jù)的記錄 以及處理的原始資料均是數(shù)字的。b.另一種定義，則只強調(diào)其中間數(shù)據(jù)記錄及最終產(chǎn) 品是數(shù)字形式的，即數(shù)字攝影測量是基于攝影測量的基本 原理，應用計算機技術(shù)，從影象（包括硬拷貝，數(shù)字影象 或數(shù)字化影象）提取所攝對象以數(shù)字方式表達的幾何與物 理信息的攝影測量分支學科。這種定義的數(shù)字攝影測量，包括計算機輔助測圖（常 稱為數(shù)字測圖）與影像數(shù)字化圖。影象數(shù)字化測圖，是利用計算機對數(shù)字影象或數(shù)字化 影象進行處理，用計算機視覺

44、（其核心是影象匹配與影象 識別）代替人眼的立體量測與識別，完成影象幾何與物理 信息的自動提取。還有一種類型稱之為混合數(shù)字攝影測量，通常是在解析測圖儀上安裝一對C C D數(shù)字相機，對要量測的局部影象 進行數(shù)字化，有數(shù)字相關(guān)(匹配)獲得點的坐標。數(shù)字影象獲取與重采樣 Acquiring and resampling of digital image1 )。數(shù)字影象數(shù)字影象是數(shù)字攝影測量的基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)。數(shù)字影象是 以象元(象素 pi xel = pi cture element) 為單位，以灰度 值表示的灰度矩陣。也就是說，在掃描過程中將光學影象 抽象為像元的點陣，每個像元范圍(一個微小的區(qū)域)取

45、灰度的平均值作為灰度值。在解析攝影測量中，一個目標點向量Xap是三維的Xap = (X , Y, Z)t數(shù)字攝影測量與解析攝影測量及模擬攝影測量的根本 區(qū)別，在于對影象輻射信息的計算機數(shù)字化處理.在全 數(shù)字化攝影測量中，目標點向量 X dp為 4維Xdp = (X, Y, Z, D) t其中 D = D(X , Y)是該點的輻射量-影象的密度或 灰度值，集合D就構(gòu)成了數(shù)字影象. 數(shù)字影象獲取 Digital i mage col l ect i on數(shù)字影象可直接從裝在飛行器上的傳感器產(chǎn)生，記錄 在磁介質(zhì)上；也可以利用影象數(shù)字化器對攝取的光學影 象掃描來獲取，即把原來模擬方式的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字形

46、式 的信息.通常的航空像片，均須利用高精度的專用掃描儀將其 數(shù)字化.這種掃描儀一般是由 CCD (Chauge Coupled D evice-電偶合器件)陣列傳感器組成，分為線陣列和面 陣列兩種排列方式.目前，用于數(shù)字攝影測量的高精度掃描儀，主要有如下幾 種：Leica-Helava 公司的 DSW 300 掃描儀Z ess-I ntergraph 公司的 PhotoScan 掃描儀Vexcel VH4000 掃描儀. 影象重采樣 Image Resampling影象重采樣，是指在原采樣的基礎(chǔ)上再一次采樣，即當 欲求不位于采樣矩陣點的灰度值時，就需要進行內(nèi)插，乃 稱之為影象重采樣.每當對數(shù)字

47、影象進行幾何處理時，就 需要作影象重采，影象的旋轉(zhuǎn)、核線影象排隊以及數(shù)字影 象糾正，均屬于影象重采樣.影象數(shù)據(jù)量數(shù)字影象的每一個數(shù)據(jù)代表了被攝物體上一個點的灰 度或輻射強度，此點稱為像元素、或像素、或像元.像素的灰度值常以 8位二進制數(shù)表示，即一個字節(jié) (byt e).像素的間隔即采樣間隔，根據(jù)采樣定理由影象的分辨 率確定.當采樣間隔為0. 05mm(響應于50醫(yī))時，一張23cm X 23cm的影象約包含21 M(兆)字節(jié)(1M=1 000000). 若 采樣間隔為 15醫(yī)時，一幅影象的數(shù)據(jù)量為 70M左右.一幅 SPOT衛(wèi)星影象約為 36 M字節(jié).這表明數(shù)字影象的 數(shù)據(jù)量是非常龐大的.影象

48、匹配的基本概念 Basi c Concept of I mage Mat chi ng.影象匹配的定義 Definition of I mage Mat chi ng影象匹配，實質(zhì)上是在兩幅(或多幅)影象之間識別同 名點.它是計算機視覺研究的核心問題，也是數(shù)字攝影 測量的核心問題.數(shù)字影象匹配，是利用計算機以數(shù)值計算方式，按特 定的算法，根據(jù)一定的準則，比較左右影象的相似性，來確 定其是否為同名影象塊，從而確定相應同名像點.影象匹配研究的 內(nèi)容： Concerning Contents ofI mage Mat chi ng影象匹配研究的內(nèi)容，涉及影象匹配的精確性， 可靠性，算法的適應性，以及

49、匹配速度等.影象匹配策略： Strategy of I mage Matching多級影象匹配；從粗到細的影象匹配；從單點匹配到整體匹配；影象相關(guān)原理 Principle of I mage Matching影象相關(guān)是利用兩個相關(guān)函數(shù)，評價它們的相似性，以 便確定同名點.即首先取出以待定點為中心的小區(qū)域中 的影象信號，然后取出其在另一影象中相應區(qū)域的影象信號，計算兩者的相關(guān)函數(shù)，以相應函數(shù)最大值對應的相應區(qū)域中心點為同名點，即以影象信號分布最相似的區(qū)域為 同名區(qū)域.同名區(qū)域的中心點為同名點.這就是自動化 立體量測的基本原理.最初的影象匹配，是利用相關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)的，隨后發(fā)展 了多種影象匹配方法，

50、所以影象匹配常常被稱為影象相 關(guān).二維相關(guān)與一維相關(guān) 2 Dimensional Correlation and Li near Correlation二維相關(guān)一般先在左影象上確定一個待定點，稱之為 目標點，以此待定點為中心選取 MX N個像素的灰度 陣列，作為目標區(qū)或稱目標窗口.在右影象上確定可能的 搜索范圍，相關(guān)過程就是依次在搜索區(qū)中取出 M X N 個像素灰度陣列，此搜索窗口通常取 M = N,計算搜索窗口 與目標區(qū)的相似性測度，當相似性測度取得最大值時，該 搜索窗口的中心像素，則認為是待求的同名點.一維相關(guān)，是利用攝影測量中“核線”的特性，將二維相 關(guān)簡化為一維相關(guān).這里首先介紹核線的

51、含義和特性.核 面是通過攝影基線（插圖中 SS）和任一地面點的平面.核 面與左右影象相交的線，稱為同名像點的左、右同名核線. 由上述定義可知核線的特性為：同名像點必然位于同名核 線上.根據(jù)核線的這一特性，同名像點在右影象的搜索區(qū)， 就可由面狀區(qū)域縮小成一個線段一同名右核線.從而可綜合考慮相關(guān)結(jié)果的正確性（或稱可靠性）與精度（準確 性），得出目前廣泛應用的從粗到精的相關(guān)策略.即先通過 低通濾波，進行初相關(guān)，找到同名點的粗略位置，將其結(jié)果 作為預測值，逐漸加入較高的頻率成分，然后在逐漸變小的 搜索區(qū)精確相關(guān)，最后用原始信號，以得到最好的精度.這 就是分頻道相關(guān)的方法.對于二維影象逐次進行低通濾波，

52、并增大采樣間隔，得 到一個像元總數(shù)逐漸變小的影象系列，依次在這些影象中 相關(guān)，即對影象的分頻相關(guān).具體做法是，通過每 2 X 2 =4 個像元平均作為一個像元，構(gòu)成第二級影象，如此下去， 將這些影象疊置起來，很象一座金字塔，因此通常稱之為金 字塔影象（Pyramid）,或分層結(jié)構(gòu)影象（Hierachical Structure）,其每級（層）影象的像元個數(shù)，均是其下一層的 四分之一.特征匹配與整體匹配Feature Based I mageMat chi ngand I ntegrated（ Global） I mage Matching. 基于特征的影象匹配 Feature Based I

53、mage Mat chi ng前述的影象匹配算法，均是在以待定點為中心的窗口 (或稱區(qū)域)內(nèi)，以影象的灰度分布為影象匹配的基礎(chǔ)，故稱 之為灰度匹酉己(Area Based I mage Matching).特征匹配或基于特征的匹配(Feature Based M at chi ng, 在計算機界也稱為 Primitive Based Matching),根據(jù)所 選取的特征，可以分為點特征匹配、線特征匹配及面特征匹 配.一般說來，特征匹配可分為三步：特征提?。缓蘄用一組參數(shù)對參數(shù)進行描述；禾1J用參數(shù)進行特征匹配.多數(shù)基于特征的匹配方法，也使用金字塔影象結(jié)構(gòu)，即 將上一層影象的特征匹配結(jié)果，傳到

54、下一層作為初始值，并 考慮對粗差的剔除或改正.由于基于特征的匹配，是以 整像素”精度定位，因而對于需要高精度的情況，將其結(jié)果 作為近似值，再利用最小二乘影象匹配進行精確匹配，取得 子像素”級的精度. 關(guān)系匹配與單像計算機視覺 Relational I mageMatching and Monocular I mage Computer Vision影象匹配一基于灰度或基于特征的匹配，均是解決 影象與影象的匹配問題；相關(guān)匹配 一 可以解決圖形的匹配問題. 關(guān)系匹配(Rel at i onal Mat chi ng)的核心之一，是結(jié)構(gòu)的描述一關(guān)系. 這是關(guān)系匹配的基礎(chǔ).影象通過特征提取，可以用它的

55、結(jié) 構(gòu)來表示，從而可以直接解決影象和相應物體的配準.這 就是所謂單像計算機視覺(Monocul ar I mage Co mpu t er Vi s i on).關(guān)系匹配可以用于圖象與圖象之間的匹配，也可以用于 圖象與物體之間的匹配.前者屬于雙像(或多像)匹配，后 者即為單像計算機視覺. 整體影 象匹配 I nt egr at ed( Gl obal ) I mage Mat chi ng基于特征的影象匹配，考慮了目標窗口的信息量，遵循 了先宏觀、后微觀，先輪廓、后細節(jié)，先易辨認的部分、后 較為模糊的部分這一人類視覺匹配的規(guī)律，因而能夠提高 影象匹配的可靠性.無論是基于灰度的影象匹配，還是基于

56、特征的影象匹配， 都是基于單點的影象匹配，即以待匹配點為中心(或邊沿) 確定一個窗口，根據(jù)一個或多個相似性測度，判別其與另一 影象上搜索窗口中灰度分布的相似性，以確定待定匹配點 的共輾點(同名點).整體影象匹配，由于考慮了與周圍影象的相容性、一 至性、整體協(xié)調(diào)性，可以糾正或避免錯誤的結(jié)果，從而可提 高影象匹配的可靠性.整體影象匹配算法主要包括：多點最小二乘影象匹 配，動態(tài)規(guī)劃影象匹配，松弛法影象匹配，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 影象匹配等方法.影象匹配 的精度 Accuracy of I mage Mat chi ng以影象匹配為基礎(chǔ)的數(shù)字攝影測量，無論在量測 的速度還是達到的精度，都創(chuàng)造了驚人的奇跡，具

57、有速 度快、精度高、穩(wěn)定性好、自動化程度高等特點.例如，利用采樣間隔50dm的數(shù)字影象進行相對定向，其殘差的中誤差（均方根誤差）可達35 m,這相當于在分辨率為2醫(yī) m的解析測圖儀上人工量測的結(jié)果.對于解析測圖儀，其 點位觀測精度通常為分辨率的23倍.影象匹配即使在定位到整像素的情況下，其理論精度也可達到 0. 29像素的精度，約為三分之一像素.在提高量測精度方面，用于單像量測的”高精度定位算子”和用于立體量測的高精度影象匹配”，其理論精度均可達 1/10像素，即達到子像素級精度.Ackermann 教授提出的最小二乘影象匹配（LeastSquare I mage Matching）,影象匹配

58、可達到 1/101/100 的高精度.9. 數(shù)字微分糾正原理 Pr i nci pl e of Di gi t al Di f f er ent i al Rect i f i cat i on進行 片糾 儀， 控縫 器，正正沆射為成用中 變使量 它，測 將中影 要量攝 ，測析 影影解 投攝在如光為例隙均影將正，糾 投儀用2射 直正利Z正 正糾，的作司些 公這OSS圖 el地Z象 1影 O射 的正 。 心擬器 中模圖冷H儀 匚 VA 二口 為在面么常正 像。平ca正糾 影正片el糾機 攝糾像L學光要像影機儀 需攝投過的 ，航射通正rT 正 取 獲 法 方 正 糾 分 微 用 采 中 量 測 影

59、 攝 字 數(shù) 在象， 即按像點和物點的構(gòu)像方程式，或按一定的數(shù)學模型，根 據(jù)數(shù)字地面模型（DTM）及有關(guān)參數(shù)，對原始的非正射 影像進行映射變換，獲取正射影象。數(shù)字微分糾正，依劃分的最小糾正單元，可分為點元素 糾正和線元素糾正兩類。數(shù)字微分糾正與光學微分糾正一樣，其基本任務是實現(xiàn)兩 個二維圖象之間的幾何變換。在數(shù)控正射投影儀中，是利用反算公式（共線方程式）， 解求縫隙兩端點的對應像點坐標，然后由計算機解求微分 線段的糾正參數(shù)，通過控制系統(tǒng)驅(qū)動正射投影儀的光學、 機械系統(tǒng)，實現(xiàn)線元素的糾正。在糾正運算中，任一點的 高程Z,由DEM內(nèi)插求得。在數(shù)字糾正中，則解求對應 像元素的位置，然后進行灰度的內(nèi)插

60、與賦值運算。解 際 實 的 正 糾 字 數(shù)，元單 正單該的際實在但般“一個, 4 的元法統(tǒng)說 來 上 理 原正元 ，糾力 為悌 作占八 形像 方的正點 以角正 糾 為 作算面 計“ 式在 公向 算方 反一 用口 利不XO元沿 單再單 正 糾 得 求 插 內(nèi) 性 線 內(nèi)元 線 為 仍 質(zhì) 實 其Re mot e Sens i ng I mageMat chi ng在遙感圖象復合之前，首先應作圖象的幾何校正，使不 同遙感圖象在幾何上能完全匹配，空間分辨率一致化。例 如，要把高分辨率黑白圖象與低分辨率多波段圖象進行復 合，首先需利用控制點將兩種圖象糾正到同一投影系統(tǒng)， 并把低分辨率多波段圖象按高分辨