《攝影測量基礎知識》課件

攝影測量基礎知識攝影測量是一門利用攝影技術獲取地面目標的空間位置、形狀和屬性信息的學科。攝影測量技術在城市規(guī)劃、資源調查、災害監(jiān)測等領域有著廣泛的應用。概述11.引言介紹攝影測量學及其在現(xiàn)代社會中的重要地位。22.研究內容概述攝影測量學的基本概念、原理和技術，重點介紹數(shù)字攝影測量技術。33.研究方法主要采用文獻研究、案例分析和實證研究等方法。44.研究意義為攝影測量技術在相關領域應用提供理論支撐和技術支持。攝影測量的定義和特點定義攝影測量利用攝影原理和技術，通過對目標物體進行攝影，獲取圖像信息，進而進行測量和分析。特點非接觸式測量，效率高，成本低，適用于地形復雜、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。應用廣泛應用于地形測繪、城市規(guī)劃、資源調查、災害監(jiān)測等領域。攝影測量的應用領域城市規(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，用于礦產資源勘探、開采和管理?；A設施建設生成高速公路、鐵路、橋梁等基礎設施的三維模型，用于設計、施工和維護。文物考古與保護生成考古遺址的三維模型，用于研究和保護歷史文化遺產。攝影機的基本原理1光學成像鏡頭將外界景物投射到感光元件上。2光學透鏡鏡頭由多組透鏡組成，通過折射和反射光線。3感光元件將光信號轉換為電信號，形成影像。4電子處理電信號經過處理，形成數(shù)字圖像。攝影機利用光學透鏡將外界景物投射到感光元件上，感光元件將光信號轉換為電信號，經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世界在投影平面上的透視投影，存在幾何畸變。幾何關系照片上各點的坐標與對應地面點坐標存在嚴格的數(shù)學關系。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尺寸，由相機鏡頭、感光元件等決定。照片的坐標系統(tǒng)和幾何關系照片坐標系統(tǒng)定義了照片上點的空間位置。常見的坐標系統(tǒng)包括像平面坐標系和攝影測量坐標系。幾何關系描述了照片上點與地面點之間的對應關系。主要包括內方位元素和外方位元素。相機內部方位元素主點坐標(Xp,Yp)主點坐標是指攝影鏡頭光軸與像平面交點在像平面上的坐標，它是相機內部方位元素的重要參數(shù)。主點坐標決定了影像的中心位置，對影像的幾何校正和配準至關重要。焦距(f)焦距是指從攝影鏡頭光心到像平面的距離，它是相機內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。相機外部方位元素相機位置外部方位元素描述了相機在拍攝時刻相對于地面坐標系的位置，通常用三個坐標值來表示。相機姿態(tài)相機姿態(tài)表示了相機在空間中的方向，用三個角度來描述，例如俯仰角、橫滾角和方位角。外部方位元素的重要性準確的外部方位元素是進行攝影測量數(shù)據(jù)處理和三維重建的關鍵，直接影響著模型的精度和真實性。內方位和外方位的確定內方位元素的確定內方位元素包括焦距、主點坐標和像主線方向?？梢酝ㄟ^相機標定來確定這些參數(shù)。外方位元素的確定外方位元素包括相機在拍攝時的位置和姿態(tài)，可以使用地面控制點進行計算。測量方法直接測量法間接測量法聯(lián)合測量法精度內方位和外方位的精度直接影響攝影測量成果的精度。物方坐標的測量方法描述直接測量使用經緯儀、全站儀等測量儀器直接測量目標點坐標。間接測量通過攝影測量技術，利用照片上的像點坐標和相機參數(shù)計算物方坐標。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)字攝影測量技術11.數(shù)字化傳統(tǒng)攝影測量使用膠片，數(shù)字攝影測量則使用數(shù)字相機或掃描儀采集圖像。22.自動化數(shù)字攝影測量技術利用計算機對圖像進行處理和分析，自動化程度更高，效率更高。33.精度更高數(shù)字攝影測量技術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)字攝影測量技術應用范圍更廣，可用于多種領域，如城市規(guī)劃、災害監(jiān)測等。數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)獲取1影像獲取利用航空相機、地面相機或無人機等設備拍攝目標區(qū)域影像。2數(shù)據(jù)處理對拍攝的影像進行幾何校正、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)格式轉換將處理后的影像數(shù)據(jù)轉換為地理信息系統(tǒng)(GIS)可識別的格式，方便后續(xù)分析應用。4數(shù)據(jù)存儲將獲取的數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中，便于管理和訪問。數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)獲取是整個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，獲取真實地物位置信息。2影像拼接將多個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)準備首先需要準備經過處理的數(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來確定影像間的幾何關系3三維重建根據(jù)影像匹配結果，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)準備、影像匹配、三維重建和模型生成四個步驟。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、災害監(jiān)測等提供基礎數(shù)據(jù)支持。三維重建技術數(shù)字表面模型(DSM)從多個角度獲取影像，生成詳細的表面模型，可用于地形分析、虛擬現(xiàn)實和城市規(guī)劃。點云密集的點集，記錄了場景中每個點的空間坐標和顏色信息，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物的幾何信息，重建三維模型，在建筑、文物保護和景觀設計等領域應用廣泛。三維掃描利用掃描設備獲取物體的三維信息，用于產品設計、逆向工程和文物數(shù)字化等領域，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。應用微地形信息在工程建設、環(huán)境監(jiān)測、災害評估等領域有著重要的應用。例如，幫助規(guī)劃道路、分析土壤侵蝕、評估洪水風險。UAV遙感技術應用城市規(guī)劃和管理無人機遙感技術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、基礎設施建設等。森林資源監(jiān)測無人機可以快速、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行森林資源監(jiān)測和保護。農業(yè)生產管理無人機可用于農田病蟲害監(jiān)測、施肥管理、作物生長監(jiān)測等，提高農業(yè)生產效率和效益。災害應急救援無人機可用于災害現(xiàn)場勘查、人員搜救、物資運送等，提高災害應急救援效率。無人機航測系統(tǒng)組成無人機平臺無人機平臺是系統(tǒng)核心，負責搭載傳感器并完成飛行任務。傳感器傳感器負責收集數(shù)據(jù)，常見的有相機、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)負責規(guī)劃航線、控制無人機飛行、采集數(shù)據(jù)和進行數(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)進行處理，生成影像、模型等成果。無人機航測數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)預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5三維模型構建構建數(shù)字表面模型無人機航測數(shù)據(jù)處理是一個復雜的過程，需要進行一系列的步驟。首先，需要對原始數(shù)據(jù)進行預處理，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。無人機航測應用案例無人機航測在多個領域發(fā)揮著重要作用，如城市規(guī)劃、道路建設、災害監(jiān)測、農業(yè)管理等。通過無人機拍攝的高清影像數(shù)據(jù)，可以進行三維模型重建，幫助決策者更直觀地了解地形地貌、進行規(guī)劃設計。無人機航測還可以應用于文物保護、考古調查、森林資源監(jiān)測等領域，為相關研究提供精確的影像資料和數(shù)據(jù)分析。攝影測量發(fā)展趨勢技術融合攝影測量與其他技術不斷融合，例如計算機視覺、人工智能、深度學習等。例如，無人機航測技術的快速發(fā)展，將攝影測量技術應用于更廣泛的領域。智能化自動化和智能化成為攝影測量發(fā)展趨勢，例如自動目標識別、自動模型構建、自動數(shù)據(jù)處理等。應用拓展攝影測量應用領域不斷拓展，例如三維城市建模、文物保護、自然災害監(jiān)測、精準農業(yè)等。高精度攝影測量技術精度不斷提高，例如更高分辨率的圖像獲取、更精確的模型構建和更準確的測量結果。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.安全性強在危險或難以到達的區(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)、森林等復雜地形會影響攝影測量精度，增加數(shù)據(jù)采集難度。天氣影響陰雨天、霧霾等天氣會降低圖像質量，影響攝影測量結果。遮擋影響建筑物、樹木等遮擋物會影響目標物體的觀測，導致信息缺失。精度誤差攝影測量技術存在一定的精度誤差，需要進行嚴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、基礎設施建設等。環(huán)境監(jiān)測與保護用于監(jiān)測環(huán)境變化、災害評估、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系數(shù)據(jù)來源攝影測量主要利用地面攝影機獲取圖像，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。應用領域攝影測量主要用于地形測繪和城市規(guī)劃，而遙感則應用于地質勘探、環(huán)境監(jiān)測等領域。技術融合近年來，攝影測量和遙感技術逐漸融合，形成新的應用領域，如三維重建、數(shù)字表面模型等。攝影測量技術標準化國際標準化國際標準化組織(ISO)制定了攝影測量和遙感的相關標準，確保數(shù)據(jù)的互操作性和質量。這些標準涵蓋了數(shù)據(jù)格式、精度要求、質量控制等方面，促進全球范圍內的合作和數(shù)據(jù)共享。國家標準化每個國家也制定了各自的攝影測量技術標準，以適應本地需求和環(huán)境特點。這些標準包括數(shù)據(jù)采集、處理、應用等各個環(huán)節(jié)，保證國內攝影測量項目的規(guī)范性和一致性。攝影測量的應用前景城市三維模型攝影測量可以構建精細的城市三維模型，用于城市規(guī)劃、管理和災害評估。地質災害監(jiān)測攝影測量可用于監(jiān)測滑坡、泥石流等地質災害，并預測潛在風險。考古遺址保護攝影測量可用于記錄和保護考古遺址，提供詳細的文物信息和三維模型。工程建設攝影測量可用于工程建設的測量、監(jiān)測和進度管理，提高效率和精度。攝影測量的未來展望人工智能與機器學習人工智能與機器學習將進一步提升攝影測量的效率和精度，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)處理和分析。三維模型重建三維模型重建技術將更加成熟，