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武汉大学2005～2006学年上学期《摄影测量基础》答卷（A）（20分，每空1分）1、摄影测量中常用的坐标系有像平面直角坐标系、像空间直角坐标系、像空间辅助坐标系、地面摄影测量坐标系、地面测量坐标系。2、解求单张像片的外方位元素最少需要3个平高地面控制点。3、GPS辅助空中三角测量的作用是大量减少甚至完全免除地面控制点，缩短成图周期，提高生产效率，降低生产成本。4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要2个平高和1个高程地面控制点。5、摄影测量加密按平差范围可分为单模型、单航带和区域网三种方法。6、摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是共面条件方程。8、法方程消元的通式为=+1,iiN1,1,,1,+−+−iiiiTiiiiNNNN。（20分，每个4分）1、内部可靠性：一定假设下，平差系统所能发现的模型误差的最小值。2、绝对定向元素：确定模型在地面空间坐标系中的绝对位置和姿态的参数。3、像主点：相机主光轴与像平面的交点。4、带状法方程系数矩阵的带宽：带状法方程系数矩阵的主对角线元素沿某行（列）到最远非零元素间所包含未知数的个数。5、自检校光束法区域网平差：选用若干附加参数构成系统误差模型，在光束法区域网平差中同时解求这些附加参数，从而在平差过程中自行检定和消除系统误差影响的区域网平差。（45分，每题15分）1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在摄影测量中的主要用途。【答】设摄影中心S在某一规定的物方空间右手直角坐标系中的坐标为，任一地面点A在该物方空间坐标系中的坐标为，A在像片上的构像a在像空间坐标和像空间辅助坐标分别为),,(sssZYX),,(AAAZYX),,(fyx−和，摄影时S、a、A三点共线(如下图)且满足如下关系：),,(ZYXλ=−=−=−SASASAZZZYYYXXX即⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡SASASAZZYYXXZYXλ（1）xyzXYZXsYsZsNYXXA-XsMZtpYtpa(x,y,-f)A(XA,YA,ZA)SYA-YsXtp又像空间坐标与像空间辅助坐标系满足：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−ZYXfyxR（2）式中，为由像片外方位角元素组成的正交变换矩阵。⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321321321cccbbbaaaR将（2）式写成纯量形式并用第一、二式分别除以第三式，可得)()()()()()()()()()()()(333222333111SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx−+−+−−+−+−−=−+−+−−+−+−−=（3）（3）式就表示了摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程。共线条件方程在摄影测量中的主要应用如下：¾单片后方交会和立体模型的空间前方交会；¾求像底点的坐标；¾光束法平差中的基本方程；¾解析测图仪中的数字投影器；¾航空摄影模拟；¾利用DEM进行单张像片测图。2、像片外方位元素的作用是什么？用图示意以y轴为主轴的航摄像片的外方位元素。【答】像片外方位元素可用于恢复摄影瞬间像片在物方空间坐标系中的位置(,,)sssXYZ和姿态(,,)ϕωκ的。以y轴为主轴的航摄像片的外方位元素可示于下图：XsYsZsϕωκxyzXYZ3、如果拥有一套POS系统，你打算如何用其快速确定地面点的三维坐标（简要叙述基本思想和具体解算过程）？【答】由POS系统获得像片的6个外方位元素。当没有地面控制点时，直接利用同名点前方交会，获得地面点坐标；当有控制点时，先利用共线方程对POS系统获得的像片外方位元素进行检校，消除系统误差，然后利用同名像点前方交会可获得地面坐标。具体解算过程如下：同名像点识别，量测像点坐标x1,y1,x2,y2；由POS系统获得的像片外方位线元素计算基线分量BX,BY,BBZ；由POS系统获得的像片外方位角元素计算像空间辅助坐标X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2；计算点投影系数N1,N2；计算地面坐标XA,YA,ZA。（15分）设某区域由两条航线组成（如图1所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：①当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t、多余观测数r；②按最小带宽原则在图a中标出像片排列顺序号并求出带宽；③在图b中绘出改化法方程系数矩阵结构图(保留像片外方位元素)。像片号③⑥⑦⑧⑨②④①⑤14平高地面控制点待定点①②③④⑤⑥⑦高程地面控制点②657①23⑦③⑤⑨⑧④⑥⑨⑧（a）（b）图1【答】1)观测值个数n=(6×4+9×5)×2＝138；未知数个数t=(6×9+16×3＋3×2)＝108；多余观测数r=n-t=30。2)按最小带宽原则，像片应按图(a)所示的垂直于航线方向排列；带宽m=(2×2+2)×6＝36。3)改化法方程系数矩阵结构如图(b)所示。武汉大学2006～2007学年上学期《摄影测量基础》答卷（A）（20分，每空1分）1、表示航摄像片的外方位角元素可以采用以Y轴为主轴的κωϕ−−、以X轴为主轴的'''κϕω−−和以Z轴为主轴的kaA−−三种转角系统。2、航摄像片是所覆盖地物的中心投影。3、摄影测量加密按数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法三种方法。4、从航摄像片上量测的像点坐标可能带有摄影材料变形、摄影机物镜畸变、大气折光误差和地球曲率误差四种系统误差。5、要将地物点在摄影测量坐标系中的模型坐标转换到地面摄影测量坐标系，最少需要2个平高和1个高程地面控制点。6、带状法方程系数矩阵的带宽是指法方程系数矩阵中主对角线元素起沿某一行到最远处的非零元素间所包含的未知数个数。7、人眼观察两幅影像能产生立体视觉的基本条件是在不同摄站获取的具有一定重叠的两幅影像、观察时每只眼睛只能看一张像片、两幅影像的摄影比例尺尽量一致和两幅影像上相同地物的连线与眼基线尽量平行。（20分，每个4分）1、内部可靠性：一定的假设条件下，平差系统所能发现的模型误差的最小值。2、解析相对定向：根据摄影时同名光线位于一个核面的条件，利用共面条件方程解算立体像对中两张像片的相互关系参数，使同名光线对对相交。3、GPS辅助空中三角测量：利用载波相位差分GPS动态定位技术获取摄影时刻摄影中心的三维坐标，将其作为带权观测值引入摄影测量区域网平差中，整体确定物方点坐标和像片外方位元素并对其质量进行评定的理论和方法。4、主合点：地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像。5、单片空间后方交会：在单张像片上，利用一定数量的地面控制点及其对应的像点坐标，根据共线条件方程求解像片的6个外方位元素。（45分，每题15分）1、今在航高H处利用主距为f的航摄仪拍得一张理想的航摄像片，试导出像片上的像点坐标与其对应物点坐标间的关系式，并说明式中各符号的物理意义。【答】下图示意了理想像片上像点与其对应物点坐标间的关系（以x坐标为例）。zZtpYtpyxa(x,y,-f)X-Xs(Xs,Ys,Zs)SHfA(X,Y,Z)Xtp由图中相似三角形可得到：SXXxHf−=（1）同理可得到：SYYyHf−=（2）将式（1）、（2）整理可得：HYYfyHXXfxSS−=−=（3）式中，（Xs，Ys）为投影中心在地面摄影测量坐标系中的平面坐标；（X，Y）为地面点A在地面摄影测量坐标系中的坐标；（x，y）为地面点A所对应的像点a在以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标；f为摄影机主距；H为摄影航高。2、用图示意以z轴为主轴的航摄像片的外方位元素，并指出其在摄影测量中的作用。【答】以Z轴为主轴的像片外方位元素如下图所示。αAκvSXYZZtpYtpXtpDxyoZsYsXs在摄影测量中，该转角系统可用于：①恢复摄影光束在摄影时刻的空间姿态；②单张像片的纠正。3、在城市建设规划中，发现某居民区新增了大量的建筑物，为了及时更新该地区的地籍图，利用配有POS系统的数字航摄仪获取了一个立体像对，请问如何用最快速的方法将新建房屋加入地籍管理数据库中？在POS系统提供的像片外方位元素无误差的情况下，简要叙述其基本思想并绘出作业流程图。【答】基本思想：首先在立体像对上量测新增房屋的角点坐标，然后利用POS系统获取的像片外方位元素进行立体像对的空间前方交会，求出量测像点所对应的地面点坐标，最后把求解的房屋角点坐标连接形成新增房屋轮廓，并将相关信息添加到地籍管理数据库中。其流程如下图所示：在立体像对上量测新增房屋角点坐标利用POS提供的像片外方位元素进行立体像对空间前方交会连接房屋角点形成新增房屋轮廓，并将相关信息添加到地籍管理数据库中（15分）设某区域由三条航线组成（如图1所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：①当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t、多余观测数r；②按最小带宽原则在图(a)中标出像片排列顺序号并求出带宽；③在图(b)中绘出改化法方程系数矩阵结构图(保留像片外方位元素)。○11○12○13⑩⑤○14①⑥⑦像片号③④⑧⑨②5213124平高地面控制点待定点695437○14○13○12○11⑩⑨⑧⑦⑥⑤④③②①称对置转1413121178610（a）（b）图1【答】①观测值个数：n＝（5×6＋6×9＋1×7＋2×10）×2＝222个未知数个数：t＝14×6＋23×3＝153个多余观测数：r＝n-t=222－153＝69个②按最小带宽原则，像片应垂直于航线编号，如图1（a）所示。此时带宽＝8×6＝48③详见图1（b）中阴影部分。武汉大学2007～2008学年上学期《摄影测量基础》试卷（A）学号：姓名：院系：遥感信息工程专业：遥感科学与技术得分：（25分，每空1分）1、中心投影的共线条件方程表达了摄影中心、像点和对应地物点三点位于同一直线的几何关系，利用其解求单张像片6个外方位元素的方法称为单片空间后方交会，最少需要3个平高地面控制点。2、摄影测量中，为了恢复立体像对两张像片之间的相互位置关系，可以根据左右像片上的同名像点位于同一核面的几何条件，采用相对定向方法来实现，最少需要量测5对同名像点。3、摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。4、矩阵QVVP主要用于研究观测值的可靠性，其秩等于平差系统的多余观测数。5、摄影测量中常用的坐标系有像平面坐标、像空间坐标、像空间辅助坐标、地面摄影测量坐标、大地测量坐标。7、空间坐标变换中的正交变换矩阵的9个元素中只有3个独立元素。8、摄影测量加密按数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法三种。（15分，每个3分）1、影像核线：立体像对中，同名光线与摄影基线所组成核面与左右像片的交线2、内部可靠性：一定假设条件下，平差系统所能发现的模型误差的下界值3、人造立体视觉：人眼观察立体像对获得立体视觉的效应。人造立体视觉需要满足4个条件：在不同摄站获取具有一定重叠度的两张影像；一只眼眼睛只能看一张像片；两张像片上同名点的连线大致与眼基线平行；两张像片的摄影比例尺相差不大，一般不超过15％4、单模型绝对定向：相对定向所构建的立体模型经平移、缩放、旋转后纳入到地面坐标系中的过程5、GPS辅助空中三角测量：将基于载波相位观测量的动态GPS定位技术获取的摄影中心曝光时刻的三维坐标作为带权观测值，引入光束法区域网平差中，整体求解影像外方位元素和加密点的地面坐标，并对其质量进行评定的理论和方法（40分，每题10分）1、画图示意以X轴为主轴的航摄像片的6个外方位元素，并说明图中各符号的意义。【答】航摄像片的6个外方位元素如下图所示。其中，D-XYZ为地面摄影测量坐标系s-xyz为像空间坐标系；o-xy为像平面坐标系。Xs，Ys，Zs为像片外方位线元素，'ω为旁向倾角，'ϕ为航向倾角，'κ为像片旋转角。XsYsZsϕ’ω’κ’xyzXYDsoxy2、今利用带POS系统的数字航摄仪定点拍摄了一立体像对，试问如何快速确定感兴趣点的地面三维坐标？在POS系统提供的影像外方位元素无误差的情况下