航測內(nèi)業(yè)基礎(chǔ)知識

1、（優(yōu)選）航測內(nèi)業(yè)基礎(chǔ)知識第一頁，共八十一頁。 國際攝影測量與遙感學會（ ISPRS ）在1988年對攝影測量與遙感下的定義為：“攝影測量與遙感乃是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達進行記錄、量測和解譯的過程獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學和技術(shù)”。第二頁，共八十一頁。航空攝影測量 應用從飛機上對地表面所攝得的像片為基礎(chǔ)，根據(jù)其幾何特征和物理特征進行量測和分析，從而確定地面上物體的形狀、大小、空間位置及相互關(guān)系。 第三頁，共八十一頁。攝影測量的分類可以從不同角度對攝影測量學進行分類：按距離遠近分有航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量；按用途分有地

2、形攝影測量與非地形攝影測量。按技術(shù)處理方法分，則有模擬法攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量。第四頁，共八十一頁。 模擬法攝影測量是用光學和機械方法模擬攝影成像過程，通過攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)建立縮小了的幾何模型，在此模型上量測便可得到所需的各種圖件。A10第五頁，共八十一頁。 解析攝影測量是用計算的方法在計算機中建立像點坐標和物點坐標之間的幾何關(guān)系，所量測的結(jié)果先貯存在電子計算機中，再通過數(shù)控繪圖儀繪出圖來。C130第六頁，共八十一頁。 數(shù)字攝影測量則是解析攝影測量的進一步發(fā)展，包括攝影測量的數(shù)字測圖和以數(shù)字（化）影像為出發(fā)點的全數(shù)字化攝影測量，是攝影測量的發(fā)展方向。VirtuoZo NT第七頁

3、，共八十一頁。航測成圖的簡要過程航空攝影工作 制定攝影計劃 航空攝影 暗室沖洗、曬印 質(zhì)量評定工作外業(yè)測量工作 測量控制點的平面坐標和高程 像片判讀調(diào)繪編制平面圖（地形圖）第八頁，共八十一頁。航攝儀鏡箱暗箱物鏡第九頁，共八十一頁。航攝儀物鏡HHssFhhFff ABCD第十頁，共八十一頁。物鏡像場 光線通過物鏡光學中心在物鏡的焦平面上，呈現(xiàn)出一個影像清晰的圓形面積，這個圓面積成為像場。像場角 由物鏡的光學中心與像場直徑端點的連線所形成的角度，稱像場角。 常角 寬角 特寬角物鏡的畸變差 航攝機物鏡的構(gòu)像誤差。 第十一頁，共八十一頁。鏡箱承片框：各邊線嚴格處于同一平面，為航攝儀的成像面攝影機軸:從

4、攝影機物鏡的后節(jié)點作框標平面的垂線像主點:攝影機軸在框標平面上的垂足像距：物鏡中心到承片框的距離，也稱鏡箱焦距或航攝儀主距。通常使之等于物鏡焦距相幅：承片框中空部分大小，即物鏡的內(nèi)接像場的正方形。第十二頁，共八十一頁?？驑诉吙驑私强驑说谑摚舶耸豁?。內(nèi)方位元素x0y0oxysf航攝儀主距f像主點坐標X0 、 Y0第十四頁，共八十一頁。航空攝影航攝比例尺航高航向重疊和旁向重疊第十五頁，共八十一頁。航攝比例尺 航攝比例尺是指空中攝影計劃設計時的像片比例尺。航攝比例尺的選取要以成圖比例尺、測區(qū)地形、攝影測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素來考慮選取，另外還要考慮經(jīng)濟性和攝影資料的可使用性。 航攝比

5、例尺分母的相對誤差不超過5%第十六頁，共八十一頁。航攝比例尺與成圖比例尺的關(guān)系第十七頁，共八十一頁。航高 航高是指攝影飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度 相對航高 相對航高是指攝影機物鏡相對于某一基準面的高度，常稱為攝影航高 絕對航高 它是相對于平均海平面的航高，是指攝影物鏡在攝影瞬間的真實海拔高度航線圖第十八頁，共八十一頁。重疊度 航向重疊： 航攝像片沿飛行方向上相鄰像片的重疊。航向重疊反映在航攝像片的影像上是以像幅邊長的百分數(shù)表示。 攝影基線 旁向重疊：兩相鄰航帶之間的重疊稱為旁向重疊。 航線間距 航線圖第十九頁，共八十一頁。第二十頁，共八十一頁。第二十一頁，共八十一頁。航帶彎曲 航帶彎曲

6、度是指航帶兩端像主點之間的直線距離與偏離該直線最遠的像主點到該直線垂距的比，一般采用百分數(shù)表示。 航帶彎曲度一般規(guī)定不得超過3%。第二十二頁，共八十一頁。航攝像片編制的圖件像片平面圖： 利用已經(jīng)糾正的航片拼接鑲嵌而成。像片索引圖像片略圖： 直接利用接觸曬印的像片，以某一種方法排列重疊起來，再把重疊部分以曲折線切開（不允許割切重要地物），然后依切割的地物鑲嵌而成。由于這種圖是未經(jīng)糾正的航空像片鑲嵌而成，故稱略圖。像片略圖存在的誤差： 重復、錯開、遺漏。影像地圖第二十三頁，共八十一頁。像片控制點像片控制點的分類 平面高程控制點 平面控制點 高程控制點第二十四頁，共八十一頁。外業(yè)控制測量選點刺點施測

7、第二十五頁，共八十一頁。像片解析第二十六頁，共八十一頁。航攝像片與地形圖的差別表示方法的差別 在航片上，地物、地貌是通過影像的形狀、大小、色調(diào)來表示的，而地形圖石由各種圖式符號、注記和等高線來表示的 投影方式的差別 地形圖是正射投影、航片是中心投影第二十七頁，共八十一頁。投影 用一組假想的直線將物體向幾何面投射稱為投影，其投射線稱為投影射線，投影的幾何面通常取平面稱為投影平面，在投影平面上得到的圖形稱為該物體在投影平面上的投影。第二十八頁，共八十一頁。地形圖的正射投影第二十九頁，共八十一頁。 當諸投影射線都平行于某一固定方向時，這種投影稱為平行投影。平行投影中，當投影射線與投影平面斜交的稱為斜

8、投影；投影射線與投影平面正交的稱為正射投影。第三十頁，共八十一頁。正射投影的特點1、投影后的圖形與實際物體形狀相似2、點的投影與點到投影面的距離無關(guān)3、各部分的比例尺一致第三十一頁，共八十一頁。中心投影投影中心fpa1a2s2s1A1A2S在航攝像片上的地面構(gòu)像可以認為是由地面各點指向投影中心的直線投射光線所形成，這樣所得到的影像屬于中心投影。第三十二頁，共八十一頁。航攝像片的中心投影ABCDabcdocadbSoP1P2第三十三頁，共八十一頁。第三十四頁，共八十一頁。中心投影的特性空間點在像片上的透視構(gòu)像仍為一個點空間直線的透視構(gòu)像一般是直線ABCDSabcp第三十五頁，共八十一頁。像片上主

9、要的點、線S 投影中心 Es 像地平面（合面） P像平面 hihi 像地平面（合線） E水平地面 i 主合點o像主點 h0h0 主橫線W主垂面 hchc 等比線SoO攝影機軸 SnN鉛垂射線 航攝像片傾角 n 像底點N地底點 c 等角點VV 主縱線V。V。 基本方向線TT 透視軸（跡線）Eshihiih0h0hchc第三十六頁，共八十一頁。第三十七頁，共八十一頁。合點 空間一組互相平行的直線，其無窮遠點的像匯合于一點，此點稱為合點M1M3M2ABCmScbap第三十八頁，共八十一頁。中心投影作圖水平地面上任一直線的像ABt1Siab第三十九頁，共八十一頁。水平地面上鉛垂線的像SnNABt2ab

10、p第四十頁，共八十一頁。攝影測量常用的坐標系像平面坐標系像空間坐標系 像空間輔助坐標系 攝影測量坐標系 地面攝影測量坐標系地面坐標系第四十一頁，共八十一頁。像平面坐標系像平面坐標系用以表示像點在像平面的位置。通常以像主點為坐標原點，x、y 軸的方向按需要而定。第四十二頁，共八十一頁。像空間坐標系描述像點在像方空間位置的空間直角坐標系Szyxyxa像空間坐標 x、y 、-f第四十三頁，共八十一頁。像空間輔助坐標系像空間輔助坐標系是為建立相鄰像片或航線中各像片之間的坐標關(guān)系而建立的一種過渡性坐標系。S1ZyxYXaS2ZYXZYXS3第四十四頁，共八十一頁。攝影測量坐標系攝影測量坐標系也稱物方空間

11、坐標系，是描述物點（包括地面控制點和地面模型點）在物方空間位置所建立的空間直角坐標系。是像點由像方空間變換地面的過渡性坐標系DZYXSZYX第四十五頁，共八十一頁。地面攝影測量坐標系地面攝影測量坐標系用于表示表示地面點位置的空間直角坐標系，是最終往大地坐標系過渡的坐標系。DZYXSZYX第四十六頁，共八十一頁。地面坐標系是國家統(tǒng)一的測量坐標系統(tǒng)，取平面縱坐標為X軸，橫坐標為Y軸YGXGOZG第四十七頁，共八十一頁。航攝像片的內(nèi)方位元素和外方位元素內(nèi)方位元素外方位元素第四十八頁，共八十一頁。內(nèi)方位元素 確定物鏡中心與像平面間相對位置所需要的數(shù)據(jù)稱為內(nèi)方位元素。 x0 y0 f 恢復內(nèi)方位元素的意

12、義是為了確定攝影光束形狀。第四十九頁，共八十一頁。外方位元素 在已知內(nèi)方位元素的條件下，確定投影中心與航片在攝影瞬間的空間位置，即攝影光束的空間位置的數(shù)據(jù)，稱為外方位元素。 包括投影中心在地面坐標系中的三個坐標值Xs、Ys、Zs，攝影方向相對空間坐標軸的兩個角度和像片繞攝影方向選狀的一個角度。DXYZXYZSZsXsYsOOxyop航向傾角旁向傾角像片旋角第五十頁，共八十一頁?？臻g直角坐標的變換 共線方程在攝影測量學中，按照投影中心、像點和相應的地面點的理想共線關(guān)系建立的數(shù)學模型，稱為共線條件方程。AaSf第五十一頁，共八十一頁。AazxyxyZYXxy-fXZYS點的坐標變換第五十二頁，共八

13、十一頁。xyzXYZa1a2a3b1b2b3c1c2c3由空間解析幾何學可知： 寫成矩陣形式：zxyS由線性代數(shù)知：旋轉(zhuǎn)矩陣RT=R-1RT=R-11、旋轉(zhuǎn)矩陣ZYX正交矩陣 第五十三頁，共八十一頁。矩陣R中的九個參數(shù)為兩軸坐標系間的方向余弦=cosXxcosXycosXzcosYxcosYycosYzcosZxcosZycosZz第五十四頁，共八十一頁。旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)（a1/b1/c1/a2/b2/c2/a3/b3/c3）第五十五頁，共八十一頁。AaSzxyxy-fxAyAzAxyo共線條件方程的解析表達式第五十六頁，共八十一頁。共線方程x-x0=-fa1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(

14、Z-Zs) a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)y-y0=-fa2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs) a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)第五十七頁，共八十一頁。像點位移因像片傾斜引起的像點位移因地形起伏引起的像點位移第五十八頁，共八十一頁。像片與地面均水平第五十九頁，共八十一頁。像片傾斜引起的像點位移第六十頁，共八十一頁。因地形起伏引起的像點位移第六十一頁，共八十一頁。第六十二頁，共八十一頁。航空像片的構(gòu)像比例尺第六十三頁，共八十一頁。立體觀察和立體測量立體視覺交向角差生理視差在雙眼觀察下能感覺出景物有遠近凸凹的視覺，稱為立體視覺 r 為兩眼視線

15、的交會角，稱為交向角，交向角之差稱為交向角差 弧a1b1 a2b2 之差稱為生理視差第六十四頁，共八十一頁。人造立體視覺人造立體視覺的過程(空間物體)空間物體的構(gòu)像信息生理視差立體感覺視覺的空間物體的存在第六十五頁，共八十一頁。立體觀察的條件由兩個攝影站點攝取同一景物而組成立體像對；每只眼睛必須分別觀察像對的一張像片；兩條同名像點的視線與眼基線應在一個平面內(nèi)。第六十六頁，共八十一頁。立體觀察的方法立體鏡法人眼直接觀察法光學法互補色法偏振光法第六十七頁，共八十一頁。第六十八頁，共八十一頁。第六十九頁，共八十一頁。立體攝影測量 以立體像對作為作業(yè)單元,確定地面點的平面和高程位置.第七十頁，共八十一

16、頁。立體攝影測量的過程 相對定向 絕對定向 量測相對定向恢復攝影瞬間像對像片間相對位置關(guān)系，稱為像對的相對定向相對定向元素是確定像對兩張像片像對位置的元素絕對定向 將模型方位確定在大地坐標系中，稱為絕對定向絕對定向元素是確定相對定向所建立的幾何模型的比例尺和恢復模型空間方位的元素第七十一頁，共八十一頁。第七十二頁，共八十一頁。像片糾正 借助于某種儀器將傾斜誤差予以消除，成為符合于某一固定比例尺的水平像片，這一變換過程叫像片糾正。 糾正只能消除像片傾斜引起的像點位移，而不能消除因地形起伏所引起的像點位移 攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)：恢復內(nèi)、外方位元素的投影第七十三頁，共八十一頁。投影差的糾正原理 起伏地

17、區(qū)投影轉(zhuǎn)繪：按地面高程分成多個帶，再用每一帶中間截面的航高來確定投影面的高度，在整個一帶范圍內(nèi)的地物和地貌完全消除了投影差，而上下帶邊殘留的投影差能夠限制在允許的范圍內(nèi)。第七十四頁，共八十一頁。微分糾正 也稱正射投影技術(shù)，是以立體像對建立地面模型為基礎(chǔ)，采用糾正單元進行糾正，獲得各糾正單元的正射投影，從而得到正射像片第七十五頁，共八十一頁。像對坐標的系統(tǒng)誤差底片變形航攝機物鏡的畸變差大氣折光差地球曲率第七十六頁，共八十一頁。每片糾正 像片面積范圍內(nèi)高差較大，或在像片比 例尺較小而成圖比例尺較大時使用隔片糾正 按每隔號像片進行的糾正分帶糾正 以每條航線為單位進行的糾正分區(qū)域糾正 以幾條航線或一個區(qū)域作為單位進行的糾正 第七十七頁，共八十一頁?？罩腥菧y量 空中三角測量是以攝影站、像點和地面點三點共線，及相鄰攝影站間相應投影光線共面為基礎(chǔ)，按前方交會方式建立地面模型，并求解地面點坐標的一種測量方法。 解析空中三角測量是用數(shù)學公式描述、通過計算實現(xiàn)前方交會，得到地面點的空間直角坐標第七十八頁，共八十一頁。解析空中三角測量優(yōu)點： 加密控制點的精度較高 速度較快 對原始資料的限制較少 能夠在計算過程消除系統(tǒng)誤差 可以減