摄影测量与遥感课程设计B11090507.docx
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摄影测量与遥感课程设计B11090507
课程设计报告
（2013/2014学年第一学期）
题目：
立体像对的前方交会
专业测绘工程
学生姓名丁玉堃
班级学号B11090507
指导教师杨立君
指导单位地理与生物信息学院
日期2013年12月29日
1、内容与要求
（1）以读文本文件的形式读取立体像对的外方位元素值；
（2）以读取文本文件的形式读取同名像点坐标；
（3）计算投影系数，像空间辅助坐标系坐标及地面摄影测量坐标系坐标；
（4）首先自己设计好界面和算法，解算中间参数及成果应通过窗口或对话框进行显示；
（5）界面友好，可操作性强，输入信息符合专业规范；
（6）必须完成所要求的各基本功能；
（7）程序设计语言可根据个人情况进行选择，建议使用IDL交互式程序设计语言。
2、基本原理
立体像对与所摄影地面存在着一定几何关系，这种关系可以用数学表达式来描述，若在S1，S2两个摄站点对地面摄影，获取一个立体像对，任一地面点A在该像对的左右相片上的构象为a1,a2。
现已知这两张相片的内外方位元素，设想将该相片按内外方位元素值置于摄影时的位置，显然同名射线S1a1与S2a2必然交于地面点A。
这种由立体像对中两张像片的内，外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为空间前方交会。
空间前方交会基本关系式：
要确定像点与其对应的地面点的数学表达式，要设定D-XYZ地面摄影测量坐标系，S1-U1V1W1及S2-U2V2W2分别为左右相片的相空间辅助坐标系，且两个像空间辅助坐标系的三个轴系分别与D-XYZ三轴平行。
设地面点A在D-XYZ坐标系中的坐标为（X,Y,Z），地面点A在S1-U1V1W1及S2-U2V2W2中的坐标分别为（U1,V1,W1）及（U2,V2.W2），A点相应像点a1,a2的像空间坐标为（x1,y1,-f）,（x2,y2,-f）,像点的像空间辅助坐标为（u1,v1,w1）,（u2,v2,w2）,则有：
（1-1）
式中的R1，R2为由已知的外方位角元素计算的左右像片的旋转矩阵，右摄影站点S2，在S1-U1V1W1中的坐标，即摄影基线B的三个分量Bu，Bv，Bw,可由外方位元素计算：
Bu=Xs2-Xs1
Bv=Ys2-Ys1（1-2）
Bw=Zs2-Zs1
因左右像空间辅助坐标系及D-XYZ相互平行，且设站点，像点，地面三点共线，由此可得出：
（1-3）
式中的N1,N2分别称为左右像点的投影系数。
U1,V1,W1为地面点A在S1-U1V1W1中的坐标；U2,V2,W2为地面点A在S2-U2V2W2中的坐标，
（1-4）
最后得出计算地面点坐标公式：
X=Xs1+U1=Xs2+U2
Y=Ys1+V1=Ys2+V2（1-5）
Z=Zs1+W1=Zs2+W2
一般地，在计算地面点Y坐标时，应取值，即
Y=0.5[（Ys1+N1v1）+（Ys2+N2v2）]
由此可得求投影系数的计算式为：
；（1-6）
上述公式即为立体像对前方交会基本公式。
3、程序设计思路
程序设计思路：
建立顶级tlb控件，在上面添加读取文件和计算结果的按钮。
分别为按钮添加event响应事件，建立全局指针便于不同事件间数值的传递。
具体计算结果的函数可以事先写好，并保证运行正确。
4、源程序代码
PROExitProcedure,event;退出程序
WIDGET_CONTROL,event.TOP,/DESTROY
end
;菜单系统响应事件
PROOpenProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'File->OpenSelected!
',/INFORMATION）
END
PROSaveProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'File->SaveSelected!
',/INFORMATION）
END
PROCopyProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'Edit->CopySelected!
',/INFORMATION）
END
PROPasteProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'Edit->PasteSelected!
',/INFORMATION）
END
PROContentsProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'Help->ContentsSelected!
',/INFORMATION）
END
PROFunctionProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'Help->Topic->FunctionSelected!
',/INFORMATION）
END
PROAboutProcedure,event
Result=DIALOG_MESSAGE（'摄影测量双向前方交会',/INFORMATION）
END
protestDialog,event;读入外方位元素值
widget_control,event.TOP,get_Uvalue=pState
file1=dialog_pickfile（$
title='选择一个TXT',$
path='e:
',$
filter='*.txt'）
nlines=file_lines（file1）
N=strtrim（STRING（nlines/2）,2）
tmp=''
;打开文件
openr,lun,file1,/get_lun
readf,lun,tmp
var=double（strsplit（tmp,/extract））
rownum=N_elements（var）
Wf=DINDGEN（rowNum,nLines-1）
readf,lun,Wf
Wf=[[var],[Wf]]
Wf=strtrim（STRING（Wf）,2）
（*pState）.Wf=Wf
;result-dialog_message（'ilove'+STRING（13b）+'you'）
;13b是ascii码的回车符
;10b是ascii码的换行符
WIDGET_CONTROL,（*pState）.MyLabel,SET_VALUE='成功读入了'+n+'组外方位元素值'$
+STRING（10b）
widget_control,event.TOP,set_Uvalue=pState
;mystring='成功读取外方位元素值'
;Result=Dialog_message（mystring,/information）
end
protestDialog2,event;读取同名像点文件
widget_control,event.TOP,get_Uvalue=pState
file1=dialog_pickfile（$
title='选择一个TXT',$
path='e:
',$
filter='*.txt'）
nlines=file_lines（file1）
N=strtrim（STRING（nlines）,2）
tmp=''
;打开文件
openr,lun,file1,/get_lun
readf,lun,tmp
var=double（strsplit（tmp,/extract））
rownum=N_elements（var）
Tm=DINDGEN（rowNum,nLines-1）
readf,lun,Tm
（*pState）.Tm=[[var],[Tm]]
;mystring='成功读取同名像点坐标值'
;Result=Dialog_message（mystring,/information）
WIDGET_CONTROL,（*pState）.MyLabel,SET_VALUE='成功读入了'+n+'组同名像点坐标值'
widget_control,event.TOP,set_Uvalue=pState
end
prophoto,event
widget_control,event.TOP,get_Uvalue=pState
print,（*pState）.Wf
print,（*pState）.Tm
Wf=（*pState）.Wf
Tm=（*pState）.Tm
pi=3.1415926
Wf[*,2:
3]=Wf[*,2:
3]/180.0*pi
;外方位
R1=DINDGEN（3,3）
R2=DINDGEN（3,3）
Fuzhu1=DINDGEN（1,3）
Fuzhu2=DINDGEN（1,3）;像空间辅助坐标系
a1=double（cos（Wf[0,3]）*cos（Wf[2,3]）-sin（Wf[0,3]）*sin（Wf[1,3]）*sin（Wf[2,3]））
a2=double（-cos（Wf[0,3]）*sin（Wf[2,3]）-sin（Wf[0,3]）*sin（Wf[1,3]）*cos（Wf[2,3]））
a3=double（-sin（Wf[0,3]）*cos（Wf[1,3]））
b1=double（cos（Wf[1,3]）*sin（Wf[2,3]））
b2=double（cos（Wf[1,3]）*cos（Wf[2,3]））
b3=double（-sin（Wf[1,3]））
c1=double（sin（Wf[0,3]）*cos（Wf[2,3]）+cos（Wf[0,3]）*sin（Wf[1,3]）*sin（Wf[2,3]））
c2=double（-sin（Wf[0,3]）*sin（Wf[2,3]）+cos（Wf[0,3]）*sin（Wf[1,3]）*cos（Wf[2,3]））
c3=double（cos（Wf[0,3]）*cos（Wf[1,3]））
;
a11=double（cos（Wf[0,2]）*cos（Wf[2,2]）-sin（Wf[0,2]）*sin（Wf[1,2]）*sin（Wf[2,2]））
a22=double（-cos（Wf[0,2]）*sin（Wf[2,2]）-sin（Wf[0,2]）*sin（Wf[1,2]）*cos（Wf[2,2]））
a33=double（-sin（Wf[0,2]）*cos（Wf[1,2]））
b11=double（cos（Wf[1,2]）*sin（Wf[2,2]））
b22=double（cos（Wf[1,2]）*cos（Wf[2,2]））
b33=double（-sin（Wf[1,2]））
c11=double（sin（Wf[0,2]）*cos（Wf[2,2]）+cos（Wf[0,2]）*sin（Wf[1,2]）*sin（Wf[2,2]））
c22=double（-sin（Wf[0,2]）*sin（Wf[2,2]）+cos（Wf[0,2]）*sin（Wf[1,2]）*cos（Wf[2,2]））
c33=double（cos（Wf[0,2]）*cos（Wf[1,2]））
R2=[[a1,b1,c1],[a2,b2,c2],[a3,b3,c3]]
R1=[[a11,b11,c11],[a22,b22,c22],[a33,b33,c33]]
Fuzhu1=R1##transpose（Tm[*,0]）
Fuzhu2=R2##transpose（Tm[*,1]）
Bu=Tm[0,1]-Tm[0,0]
Bv=Tm[1,1]-Tm[1,0]
Bw=Tm[2,1]-Tm[2,0]
N1=（Bu*Fuzhu2[0,2]-Bw*Fuzhu2[0,0]）/（Fuzhu1[0,0]*Fuzhu2[0,2]$
-Fuzhu2[0,0]*Fuzhu1[0,2]）
N2=（Bu*Fuzhu1[0,2]-Bw*Fuzhu1[0,0]）/（Fuzhu1[0,0]*Fuzhu2[0,2]$
-Fuzhu2[0,0]*Fuzhu1[0,2]）
DX=Tm[0,0]+N1*Fuzhu1[0,0]
DY=0.5*（（Tm[1,0]+N1*Fuzhu1[0,1]）+（Tm[1,1]+N2*Fuzhu2[0,1]））
DZ=Tm[2,0]+N1*Fuzhu1[0,2]
Dm=[Dx,Dz,Dy]
Openw,lun,'E:
\testdata.txt',/get_lun
printf,lun,Dm
;Openu,lun,'E:
\testdata.txt',/get_lun
;printf,lun,N1
free_lun,lun
mystring='计算出的坐标值已保存到“testdata.txt”中'
Result=Dialog_message（mystring,/information）
widget_control,event.TOP,set_Uvalue=pState
end
propphoto
tlb=widget_base（$
xsize=500,$
ysize=400,$
xoffset=500,$
yoffset=100,$
mbar=SystemMenuBase,$;创建菜单系统
;/column,$
title='摄影测量学'）
FileMenu=WIDGET_BUTTON（SystemMenuBase,VALUE='&File',/MENU）
MyOpen=WIDGET_BUTTON（FileMenu,VALUE='&Open',EVENT_PRO='OpenProcedure'）
MySave=WIDGET_BUTTON（FileMenu,VALUE='&Save',EVENT_PRO='SaveProcedure'）
MyExit=WIDGET_BUTTON（FileMenu,VALUE='&Exit',EVENT_PRO='ExitProcedure',/SEPARATOR）
EditMenu=WIDGET_BUTTON（SystemMenuBase,VALUE='&Edit',/MENU）
Mycopy=WIDGET_BUTTON（EditMenu,VALUE='&Copy',EVENT_PRO='CopyProcedure'）
MyPaste=WIDGET_BUTTON（EditMenu,VALUE='&Paste',EVENT_PRO='PasteProcedure'）
HelpMenu=WIDGET_BUTTON（SystemMenuBase,VALUE='&Help',/MENU）
MyContents=WIDGET_BUTTON（HelpMenu,VALUE='C&ontents',EVENT_PRO='ContentsProcedure'）
MyTopic=WIDGET_BUTTON（HelpMenu,VALUE='&Topic',/MENU）
MyFunction=WIDGET_BUTTON（MyTopic,VALUE='&Function',EVENT_PRO='FunctionProcedure'）
MyAbout=WIDGET_BUTTON（MyTopic,VALUE='&About',EVENT_PRO='AboutProcedure'）
widget_control,tlb,/realize
;wText=WIDGET_TEXT（tlb,/EDITABLE,XSIZE=90）
wyButton4=WIDGET_BUTTON（tlb,VALUE='导入外方位数据',$
EVENT_PRO='testDialog',XSIZE=100,YSIZE=40,$
XOFFSET=380,YOFFSET=50）
wButton3=WIDGET_BUTTON（tlb,VALUE='导入同名像点数据',$
EVENT_PRO='testDialog2',XSIZE=100,YSIZE=40,$
XOFFSET=380,YOFFSET=100）
wButton2=WIDGET_BUTTON（tlb,VALUE='计算地面点坐标',$
EVENT_PRO='photo',XSIZE=100,YSIZE=40,$
XOFFSET=380,YOFFSET=150）
wButton1=WIDGET_BUTTON（tlb,VALUE='EXIT',/align_center,$
EVENT_PRO='ExitProcedure',XSIZE=100,YSIZE=40,$
XOFFSET=380,YOFFSET=200）
;MyText1=WIDGET_TEXT（tlb,XOFFSET=0,SCR_XSIZE=500,$
;YOFFSET=4,SCR_YSIZE=4）
;MyText2=WIDGET_TEXT（tlb,XOFFSET=0,SCR_XSIZE=500,$
;YOFFSET=42,SCR_YSIZE=4）
MyLabel=WIDGET_LABEL（tlb,XOFFSET=10,SCR_XSIZE=300,$
YOFFSET=50,SCR_YSIZE=200,/SUNKEN_FRAME,$
VALUE='欢迎使用摄影测量应用程序',/ALIGN_CENTER）
pState=Ptr_new（{$;创建指针结构变量
;wButton2:
wButton2,$
;wButton3:
wButton3,$
;wButton4:
wButton4,$
MyLabel:
MyLabel,$
Wf:
dindgen（3,4）,$
Tm:
dindgen（3,2）$
}）
widget_control,tlb,set_Uvalue=pState
XMANAGER,'pphoto',tlb
end
5、测试数据及其结果分析
程序读取的是同名像点坐标.txt、外方位元素值.txt两个txt文件。
具体数据为：
picname
xs
ys
zs
phi
ow
k
HT01R01E28Z0103.jpg
-6911.427876
4181.156861
157.7731874
0.348309888
-0.309135767
0.081363007
HT01R01E28Z0104.jpg
-6922.011458
4203.665077
151.6220453
0.382310345
-0.335320345
0.082770169
p1
-2.994926
98.313214
-165.370335
p2
115.30009
106.807568
-166.986144
运行界面：
运行结果会被存入一个txt文件中：
地面点坐标
-6911.6950,4203.2251,136.9591
投影系数：
0.125,0.088
辅助坐标：
-2.12,97.41，-165.91
116.24，106.00，-165.22
6、调试过程中的问题
1、数据读取需要是按行读取矩阵，便于后来的运算。
2、编写界面时，要弄清楚思路。
3、变量需要通过指针传递其Uvalue。
4、变量的数据类型要时刻注意。
7、课程设计总结
在这次实验中，我们组拿到的题目是立体相对的前方交会，老师建议我们用IDL语言进行编写，听到这个消息，我们觉得压力很大，因为从来没有接触过IDL语言，不知道自己能不能编出最后的程序。
第一天实验开始后，我们先分成两组，一组先研究算法，另一组钻研IDL语言，经过一天的学习和论，在实验开始后的第二天下午，我们正式开始编写，同时我们也做了一个决定，由卞鸿磊和丁晨用C#语言进行编写，我和李贻然同学边行学习，边用IDL语言进行编写，以保能按时完成软件。
因为是第一次用IDL语言来编写软件，很多方面都得从头学，最困难的地方就是界面程序的编写，在这一点上，耗费了较多的时间，一开始的界面都很丑，在反复修改后，才变得较为美观，不过用IDL语言也有很多优点，它更多的系统函数和方便的矩阵运算都是其他语言不能比的。
通过这一次的实验，让我们更好地掌握了摄影测量学的基本内容，同时也了解了一门新语言IDL，收获很大。
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