摄影测量基本概念.docx

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摄影测量基本概念

一.测绘基本概念

Ⅰ.一些常用术语

1.误差error

a.系统误差systematicerror

测量的误差在大小和符号上趋于一致,或按一定规律变化,或保持为常数.

b.偶然误差randomerror

偶然误差也叫随机误差.其误差量值和符号的变化是没有规律的.

c.粗差Grosserrororblunder

粗差也称错误,一般大于5倍的中误差.

2.精度（精确度）accuracy

评定测量成果质量的数量指标.

a.平均误差averageerror

Mav=∑Δ/n;

b.中误差RMSE（RootMeanSquareError）

M=sqrt（∑ΔΔ/n）;

c.极限误差Limiterror

2M

d.相对误差relativeerror

中误差与观测值之比叫做相对中误差.航测中常用航高的几千分之一来表示高程精度,例如H/8000.

e.标准偏差standarddeviation

与中误差类似,欧美国家常用的评定精度指标.

3.测量平差Surveyadjustment

对一组观测值的误差进行合理配赋,求出最可靠的计算值作为终值,并对结果的精度进行评定。

最小二乘法（LeastSquareMethod）是测量平差的基础。

其基本原理是：

∑PVV=minimum;

4.三角测量Triangulation

通过观测三角网内各三角点上所有三角形的内角，并测定三角网的一些边，由某一三角点的已知坐标及一边的方位角，根据三角形的几何关系，推算其他点的坐标,这些测量与计算工作叫做三角测量。

5.4D产品4Dproducts

a.DEM（DTM）―DigitalElevationModel（DigitalTerrainModel）数字高程模型（数字地面模型）

b.DOM（DigitalOrthophotoMap）数字正射影像图

c.DLG（DigitalLineGraph）orDTI（DigitalThematicInformation）数字线划图或数字专题信息

d.DRG（DigitalRasterGraph）数字栅格图

6.三S―GPS，GIS，RS

a.GPS-GlobalPositioningSystem全球定位系统

b.GIS-GeographicInformationSyste地理信息系统

c.RS-RemoteSensing遥感

Ⅱ.坐标系统Coordinatesystems

1.大地坐标系Geodeticcoordinatesystem

大地参考referencesystem:

克拉索夫斯基参考椭球体

大地经度longitude

大地纬度latitude

大地方位角azimuth

2.高斯平面直角坐标系Gaussplanarrectangularcoordinatesystem

投影面projectplane：

高斯-克吕格正形投影面,一种横轴圆柱投影.

1954北京坐标系

3.其它坐标系：

UTM墨卡托投影坐标系：

UniversalTransverseMercatorProjection

WGS84坐标系

4.高程基准Verticaldatum

1956,1985黄海高程系

Ⅲ.常用测量仪器

1.经纬仪theodolite

2.水准仪levelorlevelinginstrument

3.激光测距仪Lasergeodimeter

4.全站仪totalstation

5.全球定位系统GPS-GlobalPositioningSystem

6.立体测图仪Stereoplotter

7.解析测图仪Analyticalstereoplotter

8.正射投影仪Orthophotoprojector

9.航空摄影机Arialcamera

10.编辑工作站Editingworkstation

11.数控绘图机Digitalplotter

Ⅳ.大地测量Geodesy

1.Ⅰ,Ⅱ等三角点TriangulationpointsofgradeⅠ,Ⅱ

Ⅰ、Ⅱ等三交点，是构成国家大地三角网的高等级埋石标志点。

2.大地三角网Geodetictriangulationnetwork

大地三角网，是指由Ⅰ、Ⅱ等三交点组成的国家Ⅰ等骨架三角锁和Ⅱ等三角网。

3.国家高程控制网NationalElevationControlNetwork

国家高程控制网由高精度的一、二等水准路线网构成。

然后在此网内用三、四等水准网加密，以便控制地形测图。

4.大地坐标带Geodeticzone

6度带-以格林尼治零子午线为准,沿经线按6度经差分带。

3度带-城市测量，工程测量等一般按3度带计算高斯平面直角坐标。

Ⅴ.工程测量EngineeringSurvey

1.工程测量的应用范围Applicationareaofengineeringsurvey

工程测量覆盖的范围，包括城市建设、工业企业、交通运输、水利工程等领域的勘察、设计、施工及运营阶段的测绘工作。

2.工程测量的内容Contentsofengineeringsurvey

工程测量的主要内容，包括平面控制测量、高程控制测量、地形测量、施工测量、变形测量等。

3.平面控制测量Planimetriccontrolsurvey

工程测量中的平面控制测量，一般应与高等级国家三角点联测。

平面控制网可采用三角测量，导线测量或三边测量，网的等级分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等以及一、二级小三角、小三边。

4.高程控制测量Verticalcontrolsurvey

高程控制测量，可采用水准测量和电磁波测距三角高程测量。

高程控制测量的等级，划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等。

5.地形测量Topographicsurvey

工程测量中的地形测量，包括测绘1：

500，1：

1000，1：

2000，及1：

5000比例尺的全要素地形图。

测绘的内容包括地貌、居民地、道路、水系、植被、行政区划、管线、工矿建筑物等。

6.施工测量Constructionsurvey

施工测量是指工业与民用建筑，水工建筑，矿山建筑，及道路、桥梁、隧道等施工场地测量。

施工测量包括施工场地控制测量和施工放样测量。

7.变形测量Deformationsurvey

变形测量的应用范围，包括工业与民用建筑物，地基基础，中小型水坝以及山体滑坡等。

变形测量需要分别建立水平位移检测网和垂直位移监测网，并进行周期性地变形观测。

Ⅵ.地面摄影测量和近景摄影测量GroundandClose-rangePhotogrammetry

1.地面摄影测量的特点Characteristicsofgroundphotogrammetry

a.使用地面摄影测量专用的摄影机;

b.在地面上对目标进行摄影,摄取立体像对;

c.实地测定摄影站点和控制点的地面坐标,即地面摄影像对的外方位元素皆是已知的;

d.使用摄影测量方法立体测绘地物地貌.有专门的地面摄影立体测图仪,某些航空摄影测量的全能型精密型立体测图仪以及解析测图仪,也可以作地面摄影测绘.

e.摄影方式:

正直摄影,等偏摄影,交向摄影以及等倾摄影.

2.地面摄影测量的应用范围Applicationareaofgroundphotogrammetry

a.陡峻的山区等特殊地区;

b.铁路站场、桥梁、隧道、泵站、矿井等须测绘1:

500或更大比例尺的工点图;

c.航空摄影漏洞地面补充测量.

3.近景摄影测量的特点Characteristicsofclose-rangephotogrammetry

a.近景摄影测量一般属于地面摄影测量的范畴;

b.摄影距离一般在100米以内;

c.可使用量测摄影机和非量测摄影机;

d.非量测摄影机通常需经专门的试验室检定;

e.直接线性变换解析算法,不需要像片上有框标,也不需要摄影机的内方位元素和外方位元素,但须有较多的控制点.

4.近景摄影测量的应用范围Applicationareaofclose-rangephotogrammetry

a.结构物的变形测量;

b.古建筑的现状测绘;

c.人类躯体测绘;

d.需精确测求物体大小、形状或体积的其它测绘项目.

Ⅶ.全球定位系统GPS―GlobalPositioningSystem

1.卫星定位的基本原理Basicprincipleofsatellitepositioning

地面接收机同时接收4颗以上的卫星信号，可以记录求出每个卫星信号传至接收机的时间Δt，将Δt乘以光速即可得到卫星至接收机的距离，而卫星的位置是已知的，从而可计算出接收机所在地面位置的三维坐标。

当然，实际算法是很复杂的而且需要加入一系列的补赏改正。

2.GPS卫星定位的分类GPSClassification

a.静态定位Staticpositioning

b.动态定位Dynamicpositioning

c.单点定位Singlepointpositioning

d.相对定位Relativepositioning

e.实时差分定位RTK―Realtimekinematicdifferentialpositioning

f.单频接收机Singlefrequencyreceiver

g.双频接收机Dualfrequencyreceiver

3.GPS的用途GPSapplications

a.飞机、舰船导航Planeandshipnavigation

b.导弹制导Missileguiding

c.精密定位Precisionpositioning

d.大地测量Geodeticsurveying

e.工程测量Engineeringsurveying

f.动态监测Dynamicsupervision

4.GPS的精度GPSaccuracy

a.单点定位精度（Accuracyofsinglepointpositioning）:

10―20m

b.基线测量精度（Accuracyofbaseline）:

5mm+1ppm

c.RTK实时测量精度（AccuracyofRTKGPS）:

1CM+2PPM

Ⅷ.遥感RemoteSensing

遥感与摄影测量即航测的关系非常密切。

1980年“国际摄影测量学会“,正式改名为”国际摄影测量与遥感学会“.并且在第14届大会上提出了摄影测量与遥感的新定义：

“使用一种传感器，根据电磁波的辐射原理，不接触物体而通过一系列的技术处理，获得物体的物理与几何性质。

“

1.传感器的类型Typeofsensors

a.多光谱扫描仪系统MSS―Multi-spectralScanningSystem

b.全景摄影机Panoramiccamera

c.红外扫描仪Infraredscanner

d.彩红外摄影机Colorinfraredcamera

e.CCD（电耦合器件）阵列扫描仪CCDmatrixscanner

f.合成孔径雷达SAR―SyntheticApertureRadar

g.侧视雷达Side-lookingRadar

2.常用的卫星图像Mainsatelliteimages

a.MSS多光谱卫星图像（陆地卫星）分辨率79mMSS（LANDSAT）satelliteimageresolution79m

b.TM（专题制图）卫星图像（陆地卫星）分辨率30m

TM（LANDSATThematicmapping）satelliteimageresolution30m

c.SPOT（CCD）卫星图像分辨率10m

SPOT（CCD）satelliteimageresolution10m

d.ISR卫星图像分辨率5m

IndiaRemoteSatelliteImageresolution5m

3.遥感图像处理Remotesensingimageprocessing

a.图像几何纠正Imagegeometriccorrection

b.图像增强处理Imageenhancementprocessing

c.数据复合Datasynthesis

e.特征提取Featureabstract

f.数据分类Dataclassification

g.图像滤波Imagefiltering

4.遥感的主要应用领域Mainapplicationareaofremotesensing

a.矿产资源勘查Mineresourceexploration

b.农作物产量估算Estimationofgrainoutput

c.林业资源分类和森林火灾监测Resourceclassificationandfiresupervisionofforests

d.环境监护Environmentalsupervisionandprotection

e.专题制图Thematicmapping

f.地质水文勘察Geologicandhydrographicsurvey

g.灾害的预报和监测Disasterpredictandsupervision

h.军事侦察Militaryreconnaissance

Ⅸ.地理信息系统GIS―GeographicInformationSystem

1.基本概念Basicconcept

地理信息系统是以计算机软硬件为平台,以地理信息为基础,包括图形信息、图像信息和属性信息的空间信息系统,具有信息输入、存储、管理、分析、检索、输出等功能.

2.地理信息系统与一般信息系统GISandaffairinformationsystem

一般信息系统包括企业管理信息系统、金融信息系统、交通信息系统、经营信息系统、人事信息系统等等.这些事务性的信息系统,通常是以特定的属性信息数据库为基础,虽然也具有信息系统的基本功能,但并不以地理空间信息为基础.它们比地理信息系统的数据量要小得多,复杂程度也要简单很多。

3.GIS与数字地图GISanddigitalmap

数字地图是GIS的重要数据源，也是GIS可视化产品的数字化表达形式。

虽然使用地图数据库来管理数字地图，也可以有空间查询、检索、分析功能，但是它仍不可能像GIS那样，综合图形数据、图像数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供规划、管理和决策信息。

4.国内应用较广泛的GIS软件平台MainGISsoftwareplatforms

a.ARC/InfoESRI（US）

b.MapInfoMapInfo（US）

c.MGE（includingMGA）Intergraph（US）

d.GenaMapGENASYS（Australia）

e.MAPGIS武汉地质大学

f.GeoStar（吉奥之星）武汉测绘科技大学

Ⅹ。

数字地面模型及其应用DigitalTerrainModelandApplications

1．数字地面模型的概念ConceptofDTM

数字地面模型（DigitalTerrainModel）,简称数地模（DTM），是描述地表形态的一系列点坐标值（X，Y，Z）的集合，即地形特征的空间分布。

数字地面模型这一概念，是由美国麻省理工学院教授CharlesL.Miller于五十年代后期提出的，首先用于公路工程设计。

2．数字地面模型的种类ClassificationofDTM

数字地面模型，可根据其数据结构、建立方法、用途等进行分类。

DTM可以定义为二维区域上的地形、地质、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息。

1）.数字地面模型DTM

DTM是以一系列三维坐标点（包括平面坐标X，Y和高程Z）表示的地形表面数字模型。

2）.数字高程模型DEM

DEM（DigitalElevationModel）是DTM的特例或子集，定义为二维区域上的高程。

DEM中点的平面位置，通常是按规则排列的，如矩形格网，其精确位置（坐标）可根据所在的行列序号、格网间距及起始点的已知绝对坐标，快速计算出来。

数字高程模型也叫DHM——DigitalHeightModel.

3）离散点DTM

离散点DTM，是指表示地表形态的地形点位置为随机的，不规则的。

例如，沿等高线及地形特征线采样生成的DTM。

4）三角网数字地面模型TIN

三角网DTM，是指按一定规则构成的不规则三角网TIN（TriangulatedIrregularNetwork）.通常是将按地形特征采集的点，连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形。

建立TIN的规则，主要是基于最佳三角形的条件，即尽可能使每个三角形保持锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。

三角网数字地面模型TIN由于能够很好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地貌形态比矩形格网（Grid）更精确，近年来得到了较快的发展和应用。

TIN的缺点在于，它比矩形格网DEM更复杂，它不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等信息。

3．DEM数据点采集方法

1）地面测量

利用全站仪等带自动记录装置的地面测量仪器，在野外实地采集地形点。

2）既有地形图数字化

a.利用数字化仪进行手扶跟踪；

b.利用扫描数字化仪扫描地形图，再半自动跟踪进行矢量化处理。

3）模拟机助测图系统

在模拟立体测图仪机助测图系统上，通常采用等高线方式采集DTM，同时量测地形特征点、特征线。

4）解析测图系统

在解析测图仪上，可以较灵活地沿断面、等高线、离散点等多种方式进行DTM点采样。

5）数字摄影测量系统

高效、自动提取DTM/DEM，加上预处理和多种编辑功能，是数字摄影测量系统的突出优点之一。

6）GPS全球定位系统

测量型的GPS全球定位系统，特别是带动态实时差分GPS，可以在野外采集DTM数据点。

4．数字地形模型软件

数字地面模型DTM的理论和实践由数据采集、数据处理及应用三个部分组成。

DTM的数据处理和应用，需要专门的DTM软件完成。

DTM的数据处理，包括数据的组织、存储、抽取、内插，距离、面积、体积、断面、土方计算等。

国际上比较著名的DTM软件包，有德国斯图加特大学的SCOP程序，慕尼黑大学的HIFI程序，奥地利维也纳大学的SORA程序，瑞士苏黎士工业大学的CIP程序等。

5．数字地形模型的应用

1）道路等工程计算机辅助设计

2）生成等高线

3）制作正射影像图

4）制作立体透视图和立体景观图

5）土石方工程数量计算

6）绘制坡度图、剖面图及地貌渲晕图

7）军事上用于巡航导弹地形配准制导

8）制作军事电子沙盘

9）建立地形数据库等

二.航空摄影测量

AerialPhotogrammetry

1.航空摄影Aerialphotography

a.航空摄影机Aerialcamera

Leica:

RC10,RC30

Zeiss:

RMK,LMK

b.航摄仪焦距Focallength

窄角:

300mm

常角:

210mm

宽角:

153mm

特宽角:

70--100mm

c.像幅Format180mm*180mm

230mm*230mm

d.像片倾斜角Phototiltsandrotatesangle

航向和旁向倾角:

<3--5度

航偏角:

<15度

e.像片重叠度Photooverlap

航向:

>=60%

旁向:

>=30%

f.摄影比例尺Photoscale

M图:

M像=5倍左右

2.外业控制测量与调绘FieldcontrolsurveyandIdentification

a.控制点布设Controlplanning

平面控制点一般布设在所测区域的四角及周边,高程控制点则根据精度要求按基线数敷设高程导线.

b.地面标志布设Groundmarkarrangement

对于高精度的测绘项目,在航空摄影前应在计划的平面控制点位置布设特定形状的标志.

c.控制点联测Controlsurveying

一般应先与高等级的国家三角点联测,控制点实测可用全站仪,激光测距仪,GPS全球定位系统等仪器进行.

d.野外调绘FieldIdentification

外业调绘系指利用航摄像片,放大像片或地形原图,实地辨认并绘注植被边界,电力线,通讯线,以及道路,居民地,水系的名称等.

3.解析空中三角测量Analyticalaerialtriangulation

a.刺点Pointmarking

在涤纶像片上利用精密刺点仪,将选定的内业加密点刺出并编号标注.

b.立体观测Stereoobservation

在精密立体坐标量测仪或解析测图仪上,立体量测加密点及框标在左右像片上的坐标.

当作业人员通过观测系统使左右眼分别观察左片和右片，则可看到重建的立体光学模型。

其他建立立体视觉的方法，包括:

互补色法（Complementcolor）;

偏振光立体眼镜（Polarizedstereoeyeglassesandemitter）法;

液晶立体眼镜（liquidcrystaleyeglassesandemitter）法等。

c.内定向Internalorientation

内定向是指根据量测的像片四角框标坐标和相应的摄影机检定植,恢复像片与摄影机的相关位置,即确定像点在像框标坐标系中的坐标.

d.相对定向Relativeorientation

相对定向的含义是,恢复摄影瞬间立体像对内左右像片之间的相对空间方位.确定两个像片的相对空间方位需要5个参数.相对定向的数学关系通常用同名光线共面条件表示,即左右摄影中心至地面点的两条光线共面.相对定向一般假定左像片保持水平不变,右片相对左片的五个参数通常以基线分量Bx,By和右片的旋转角Ф,W,K表示.相对

定向方程式为非线性函数,需要将其线性化.相对定向至少需量测6个定向点,利用最小二乘法平差解算.

ZZ′

YY′

S基线S′X′

左核线aa′右核线

A

图1.立体像片对示意图

d.绝对定向Absoluteorientation

绝对定向也称大地定向,是指确定立体模型或由多个立体模型构成的区域的绝对方位,也就是确定立体模型或区域相对地面的关系.绝对定向参数为7个.

e.区域平差BlockadjustmentorBlockaero-

triangulation

区域