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
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