航测内业基础知识

国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）在1988年对摄影测量与遥感下的定义为：“摄影测量与遥感乃是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译的过程获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术”。航空摄影测量应用从飞机上对地表面所摄得的像片为基础，根据其几何特征和物理特征进行量测和分析，从而确定地面上物体的形状、大小、空间位置及相互关系。摄影测量的分类可以从不同角度对摄影测量学进行分类：按距离远近分有航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量；按用途分有地形摄影测量与非地形摄影测量。按技术处理方法分，则有模拟法摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。模拟法摄影测量是用光学和机械方法模拟摄影成像过程，通过摄影过程的几何反转建立缩小了的几何模型，在此模型上量测便可得到所需的各种图件。A10解析摄影测量是用计算的方法在计算机中建立像点坐标和物点坐标之间的几何关系，所量测的结果先贮存在电子计算机中，再通过数控绘图仪绘出图来。C130数字摄影测量则是解析摄影测量的进一步发展，包括摄影测量的数字测图和以数字（化）影像为出发点的全数字化摄影测量，是摄影测量的发展方向。VirtuoZoNT航测成图的简要过程航空摄影工作制定摄影计划航空摄影暗室冲洗、晒印质量评定工作外业测量工作测量控制点的平面坐标和高程像片判读调绘编制平面图（地形图）航摄仪镜箱暗箱物镜航摄仪物镜HH'ss'F'hh'Fff'ABCD物镜像场光线通过物镜光学中心在物镜的焦平面上，呈现出一个影像清晰的圆形面积，这个圆面积成为像场。像场角由物镜的光学中心与像场直径端点的连线所形成的角度，称像场角。常角宽角特宽角物镜的畸变差航摄机物镜的构像误差。镜箱承片框：各边线严格处于同一平面，为航摄仪的成像面摄影机轴:从摄影机物镜的后节点作框标平面的垂线像主点:摄影机轴在框标平面上的垂足像距：物镜中心到承片框的距离，也称镜箱焦距或航摄仪主距。通常使之等于物镜焦距相幅：承片框中空部分大小，即物镜的内接像场的正方形。框标边框标角框标内方位元素x0y0oxysf航摄仪主距f像主点坐标X0、Y0航空摄影航摄比例尺航高航向重叠和旁向重叠航摄比例尺航摄比例尺是指空中摄影计划设计时的像片比例尺。航摄比例尺的选取要以成图比例尺、测区地形、摄影测量内业成图方法和成图精度等因素来考虑选取，另外还要考虑经济性和摄影资料的可使用性。航摄比例尺分母的相对误差不超过5%航摄比例尺与成图比例尺的关系航高航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度相对航高相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，常称为摄影航高绝对航高它是相对于平均海平面的航高，是指摄影物镜在摄影瞬间的真实海拔高度航线图重叠度航向重叠：航摄像片沿飞行方向上相邻像片的重叠。航向重叠反映在航摄像片的影像上是以像幅边长的百分数表示。摄影基线旁向重叠：两相邻航带之间的重叠称为旁向重叠。航线间距航线图航带弯曲航带弯曲度是指航带两端像主点之间的直线距离与偏离该直线最远的像主点到该直线垂距的比，一般采用百分数表示。航带弯曲度一般规定不得超过3%。航摄像片编制的图件像片平面图：利用已经纠正的航片拼接镶嵌而成。像片索引图像片略图：直接利用接触晒印的像片，以某一种方法排列重叠起来，再把重叠部分以曲折线切开（不允许割切重要地物），然后依切割的地物镶嵌而成。由于这种图是未经纠正的航空像片镶嵌而成，故称略图。像片略图存在的误差：重复、错开、遗漏。影像地图像片控制点像片控制点的分类平面高程控制点平面控制点高程控制点外业控制测量选点刺点施测航摄像片与地形图的差别表示方法的差别在航片上，地物、地貌是通过影像的形状、大小、色调来表示的，而地形图石由各种图式符号、注记和等高线来表示的投影方式的差别地形图是正射投影、航片是中心投影投影用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影，其投射线称为投影射线，投影的几何面通常取平面称为投影平面，在投影平面上得到的图形称为该物体在投影平面上的投影。地形图的正射投影当诸投影射线都平行于某一固定方向时，这种投影称为平行投影。平行投影中，当投影射线与投影平面斜交的称为斜投影；投影射线与投影平面正交的称为正射投影。正射投影的特点1、投影后的图形与实际物体形状相似2、点的投影与点到投影面的距离无关3、各部分的比例尺一致中心投影投影中心fpa1a2s2s1A1A2S在航摄像片上的地面构像可以认为是由地面各点指向投影中心的直线投射光线所形成，这样所得到的影像属于中心投影。航摄像片的中心投影ABCDabcdocadbSoP1P2中心投影的特性空间点在像片上的透视构像仍为一个点空间直线的透视构像一般是直线ABCDSabcp像片上主要的点、线S投影中心Es像地平面（合面）P像平面hihi像地平面（合线）E水平地面i主合点o像主点h0h0主横线W主垂面hchc等比线SoO摄影机轴SnN铅垂射线α航摄像片倾角n像底点N地底点c等角点VV主纵线V。V。基本方向线TT透视轴（迹线）Eshihiih0h0hchc合点空间一组互相平行的直线，其无穷远点的像汇合于一点，此点称为合点M1M3M2ABCmScbap中心投影作图水平地面上任一直线的像ABt1Siab水平地面上铅垂线的像SnNABt2abp摄影测量常用的坐标系像平面坐标系像空间坐标系像空间辅助坐标系摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系地面坐标系像平面坐标系像平面坐标系用以表示像点在像平面的位置。通常以像主点为坐标原点，x、y轴的方向按需要而定。像空间坐标系描述像点在像方空间位置的空间直角坐标系Szyxyxa像空间坐标x、y、-f像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系是为建立相邻像片或航线中各像片之间的坐标关系而建立的一种过渡性坐标系。S1ZyxYXaS2ZYXZYXS3摄影测量坐标系摄影测量坐标系也称物方空间坐标系，是描述物点（包括地面控制点和地面模型点）在物方空间位置所建立的空间直角坐标系。是像点由像方空间变换地面的过渡性坐标系DZYXSZYX地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系用于表示表示地面点位置的空间直角坐标系，是最终往大地坐标系过渡的坐标系。DZYXSZYX地面坐标系是国家统一的测量坐标系统，取平面纵坐标为X轴，横坐标为Y轴YGXGOZG航摄像片的内方位元素和外方位元素内方位元素外方位元素内方位元素确定物镜中心与像平面间相对位置所需要的数据称为内方位元素。x0y0f恢复内方位元素的意义是为了确定摄影光束形状。外方位元素在已知内方位元素的条件下，确定投影中心与航片在摄影瞬间的空间位置，即摄影光束的空间位置的数据，称为外方位元素。包括投影中心在地面坐标系中的三个坐标值Xs、Ys、Zs，摄影方向相对空间坐标轴的两个角度和像片绕摄影方向选状的一个角度。DXYZXYZSZsXsYsO´Oxyopφωκφ航向倾角ω旁向倾角κ像片旋角空间直角坐标的变换共线方程在摄影测量学中，按照投影中心、像点和相应的地面点的理想共线关系建立的数学模型，称为共线条件方程。AaSfAazxyxyZYXxy-fXZYS点的坐标变换xyzXYZa1a2a3b1b2b3c1c2c3111cba222cba333cba由空间解析几何学可知：ZYXxxxyyyzzzzyx321bbb321aaaXXXYYY321cccZZZTRZYXzyx写成矩阵形式：RZYXzyx；321321321cccbbbaaaRzxyS由线性代数知：1RZYXzyx旋转矩阵RT=R-1RT=R-11、旋转矩阵ZYX正交矩阵矩阵R中的九个参数为两轴坐标系间的方向余弦321321321cccbbbaaa=cosXxcosXycosXzcosYxcosYycosYzcosZxcosZycosZzcoscossincossincossincossinsincoscoscossinsinsincossinsincoscossinsincossinsinsincoscos333222111cbacbacba旋转矩阵参数（a1/b1/c1/a2/b2/c2/a3/b3/c3）AaSzxyxy-fxAyAzAxyo共线条件方程的解析表达式共线方程fcyycxxcfbyybxxbZZYYfcyycxxcfayyaxxaZZXXSSSS30201302013020130201)()()()()()()()()()(x-x0=-f[a1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)]a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)y-y0=-f[a2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)]a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)像点位移因像片倾斜引起的像点位移因地形起伏引起的像点位移像片与地面均水平像片倾斜引起的像点位移因地形起伏引起的像点位移航空像片的构像比例尺立体观察和立体测量立体视觉交向角差生理视差在双眼观察下能感觉出景物有远近凸凹的视觉，称为立体视觉r为两眼视线的交会角，称为交向角，交向角之差称为交向角差弧a1b1a2b2之差称为生理视差人造立体视觉人造立体视觉的过程(空间物体)空间物体的构像信息生理视差立体感觉视觉的空间物体的存在立体观察的条件由两个摄影站点摄取同一景物而组成立体像对；每只眼睛必须分别观察像对的一张像片；两条同名像点的视线与眼基线应在一个平面内。立体观察的方法立体镜法人眼直接观察法光学法互补色法偏振光法立体摄影测量以立体像对作为作业单元,确定地面点的平面和高程位置.立体摄影测量的过程相对定向绝对定向量测相对定向恢复摄影瞬间像对像片间相对位置关系，称为像对的相对定向相对定向元素是确定像对两张像片像对位置的元素绝对定向将模型方位确定在大地坐标系中，称为绝对定向绝对定向元素是确定相对定向所建立的几何模型的比例尺和恢复模型空间方位的元素像片纠正借助于某种仪器将倾斜误差予以消除，成为符合于某一固定比例尺的水平像片，这一变换过程叫像片纠正。纠正只能消除像片倾斜引起的像点位移，而不能消除因地形起伏所引起的像点位移摄影过程的几何反转：恢复内、外方位元素的投影投影差的纠正原理起伏地区投影转绘：按地面高程分成多个带，再用每一带中间截面的航高来确定投影面的高度，在整个一带范围内的地物和地貌完全消除了投影差，而上下带边残留的投影差能够限制在允许的范围内。微分纠正也称正射投影技术，是以立体像对建立地面模型为基础，采用纠正单元进行纠正，获得各纠正单元的正射投影，从而得到正射像片像对坐标的系统误差底片变形航摄机物镜的畸变差大气折光差地球曲率每片纠正像片面积范围内高差较大，或在像片比例尺较小而成图比例尺较大时使用隔片纠正按每隔号像片进行的纠正分带纠正以每条航线为单位进行的纠正分区域纠正以几条航线或一个区域作为单位进行的纠正空中三角测量空中三角测量是以摄影站、像点和地面点三点共线，及相邻摄影站间相应投影光线共面为基础，按前方交会方式建立地面模型，并求解地面点坐标的一种测量方法。解析空中三角测量是用数学公式描述、通过计算实现前方交会，得到地面点的空间直角坐标解析空中三角测量优点：加密控制点的精度较高速度较快对原始资料的限制较少能够在计算过程消除系统误差可以减少野外控制点空间后方交会恢复摄影时的光束，即将空间的模型纳入到大地坐标系中，通过已知的像点坐标及其对应的大地坐标系下的坐标求解出相应的外方位元素（摄站坐标：Xs、Ys、Zs；三个转角：φ、ω、κ；）；空间前方交会空间前方交会：在恢复摄影时的光束的前提下，由立体像队两片的内、外方位元素和观测的像点坐标，通过共线方程求解出像点对应的大地坐标系下的坐标；因此，我们要求取地面上任一点的大地坐标，可通过航空摄影的方式，首先得到该点的像点坐标，再