航空摄影测量数字成图-数字测图

3.2.1 摄影测量概述

摄影测量学是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。1988年，ISPRS在日本京都第16届大会上对摄影测量与遥感的定义为: 摄影测量与遥感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，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术。

可以从不同角度对摄影测量学进行分类。按距离远近分，有航空摄影测量、航天摄影测量、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，地形摄影测量主要用于测绘国家基本地形图、工程勘察设计和城镇、农业、林业、地质、水电、铁路、交通等部门的规划与资源调查用图或建立相应的数据库; 非地形摄影测量是将摄影测量直接用于工业、建筑、考古、变形观测、公安侦破、事故调查、军事侦察、弹道轨迹、爆破、矿山工程以及生物和医学等各个方面的一门技术科学。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 (主要是地形原图); 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，所量测的结果先储存在电子计算机中，再通过数控绘图仪绘出图来; 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。

3.2.2 航摄像片基本知识

采用摄影测量方法测制地形图，必须对测区进行有计划的空中摄影。将航摄仪安装在航摄飞机上，从空中一定的高度对地面物体进行摄影，取得航摄像片。运载航摄机的飞机飞行的稳定性要好，在空中摄影过程中要能保持一定的飞行高度和航线飞行的直线性。飞机的飞行航速不宜过大，续航的时间要长，实施飞行直至把整个航摄区域摄影完毕，经过室内摄影处理 (显影、定影、水洗、晾干等)，从而得到了覆盖整个航摄区域的航摄像片。

1. 像片重叠度

用于地形测量的航摄像片，必须使像片覆盖整个测区，而且能够进行立体测图，相邻像片应有一定的重叠。同一条航线内相邻像片间的重叠影像称为航向重叠，相邻航线间的重叠称为旁向重叠。重叠大小用像片的重叠部分x (y) 与像片边长比值的百分数表示，称为重叠度 (图3.49)。

图3.49 航片重叠

航向重叠一般规定为60%，最小不得小于53%，最大不大于75%; 旁向重叠一般规定为30%，最小不得小于15%，最大不大于50%。

重叠度小于最小限定值时，称为航摄漏洞，不能用正常航测方法作业，必须补飞补摄; 重叠度过大时，会造成浪费，也不利于测图。

2. 航摄比例尺与航高

当航摄像片有倾斜、地形有起伏时，航摄的比例尺是一个较为复杂的问题，我们将在后面详细讨论。此处所指是一个近似的概念，借用地图比例尺的概念，把航摄像片上的一线段l与地面上相应线段L的水平距离之比，称为航摄比例尺，即

式中，H为相对于测区平均水平面的航高; f为航摄机主距 (≈焦距)。

航摄比例尺不是任意的，它取决于测图比例尺，大致与测图比例尺相当。

在做航摄计划时，选定了航摄机和航摄比例尺以后，根据式 (3.1)，航高H即已确定。飞机应按预定航高H飞行，其差异一般不得大于5%，同一航线内各摄影站的航高差不得大于50m。

3.2.3 影像的立体观察和立体测量

由不同摄影站摄取的、具有一定影像重叠的两张像片，称为立体像对。立体摄影测量也称为双像摄影测量，是以立体像对为基础，通过对立体像对的观察和量测确定地面目标的形状、大小、空间位置及性质的一门技术。以单张像片解析为基础的摄影测量通常称为单像摄影测量或平面摄影测量，这种摄影测量不能解决地面目标的三维坐标测定问题，解决这个问题要依靠立体摄影测量。下面介绍立体像对的基本几何关系，如图3.50所示。

图3.50 像对空间几何关系图

图3.50表示处于摄影位置的立体像对，S1、S2为两个摄站，角标1、2表示左右。S1S2的连线叫做摄影基线，记做B。地面点A的投射线AS1和AS2叫做同名光线或相应光线，同名光线分别与两像面的交点a1、a2叫做同名像点或相应像点。显然，处于摄影位置时同名光线在同一个平面内，即同名光线共面，这个平面叫做核面。广义地说，通过摄影基线的平面都可以叫做核面，通过某一地面点的核面则叫做该点的核面。例如，通过地面点A的核面就叫做A点的核面，记做WA。所以，在摄影时，所有的同名光线都处在各自对应的核面内，即摄影时各对同名光线都是共面的，这是关于立体像对的一个重要几何概念。

像对的立体观察是摄影测量，特别是立体摄影测量的基础技术手段。摄影测量中，广泛应用人造立体的观察。但观察中必须满足形成人造立体视觉的条件:

(1) 由两个摄影站点摄取同一景物而组成立体像对;

(2) 每只眼睛必须分别观察像对的一张像片;

(3) 两条同名像点的视线与眼基线应在一个平面内。

首先，人造立体效能的条件之一是每只眼睛只应观察一张像片，这违反了人们日常观察自然界景物时眼的交向本能的习惯。其次，在人造立体效能中观察的是像片平面，凝视的条件要求不改变，而交向的地方是视模型，随点位的远近而异，这又违反了眼的交向本能和凝视本能同时协调的习惯。因此，就有必要采取某种措施来帮助完成人造立体效能应具备的条件和改善眼的视觉本能的状况。

3.2.4 航空摄影测量成图过程

全数字型的数字摄影测量系统首先将影像完全数字化，而不是像在混合新系统中只对影像做部分数字化。这种系统无需精密光学机械部件，可集数据获取、存储、处理、管理、成果输出为一体，在单独的一套系统中即可完成所有摄影测量任务，因而有人建议把它称为数字测图仪。由于它可产生三维图示的形象化产品，其应用将远远超过传统摄影测量的范畴，因此人们更倾向于称其为数字摄影测量工作站 (DPW) 或软拷贝 (Softcopy)摄影测量工作站，甚至更简单、更概括地称之为数字站。数字立体测图仪的概念是Sarjakoski于1981年首先提出来的，但第一套全数字摄影测量工作站是20世纪60年代在美国建立的DAWC。20世纪80年代以来，由于计算机技术的飞速发展，许多数字摄影测量工作站相继建立，早期较著名的数字摄影测量工作站有:

Helava: DPW610/650/710/750;(www.xing528.com)

Zeiss: PHODIS;

Intergraph: Image Staion;

中国武汉适普公司: Virtuo Zo数字摄影测量工作站;

北京四维远见信息技术有限公司: JX.3C数字摄影测量工作站;

武汉大学教授张祖勋研制的数字摄影测量网格DPGrid。

下面以武汉适普公司Virtuo Zo为例，介绍数字测图的过程。

1. 测区建立

测区名为“班级学号”，在Virtuo Zo NT主菜单中，选择“设置/测区参数”，屏幕显示“打开或创建一个测区”文件对话框，输入测区名即“班级学号”，进入测区参数界面。

2. 内定向

在系统主菜单中，选择“文件/打开模型”，屏幕显示“打开或创建一个模型”文件对话框，输入当前模型名即“37.38”，进入模型参数界面。

其中模型目录、临时文件目录、产品目录均由程序自动产生，只需在左影像、右影像栏分别引入左影像名及右影像名。影像匹配窗口和间距一般相同 (其参数为奇数，最小值为5)。模型参数填写好后，选择“保存”即可。

3. 相对定向

在系统主菜单中，选择“处理/定向/相对定向”，系统读入当前模型的左右影像数据，屏幕显示相对定向界面。

单击鼠标右键，弹出菜单，选择“自动相对定向”，程序将自动寻找同名点，进行相对定向。完成后，影像上显示相对定向点 (红十字丝)。

4. 绝对定向

在相对定向的界面下，按照控制点的真实地面位置，在影像上逐个量测。依次量测三个控制点后 (三个控制点不能位于一条线上)，可进行控制点预测，即单击鼠标右键弹出菜单，选择预测控制点。随即影像上显示出几个蓝色小圈，以表示待测控制点的近视位置。然后继续量测蓝圈所示的待测控制点。

5. 核线影像生成

单击鼠标右键弹出菜单，选择“生成核线影像→非水平核线”，程序依次对左、右影像进行核线重采样，生成模型的核线影像。

6. 数字线划图采集

1) 建立测图文件

新建一个测图文件: 选择“File/New Xyz File”，屏幕弹出“文件查找”对话框，输入一个新的xyz文件名，弹出“测图参数”对话框。在对话框中输入各项测图参数: 成图比例尺 (分母); 高程注记的小数位数; 流数据压缩容限 (单位: 毫米); 图廓坐标:Xtl、Ytl (左上角)、Xtr、Ytr (右上角)、Xbl、Ybl (左下角)、Xbr、Ybr (右下角)。选择“Save”按钮后，将创建一个新的测图文件，此时屏幕弹出矢量图形窗，并显示其测图的图廓范围。

2) 测图环境设置

(1) 装载立体模型。当打开测图文件后，方可打开立体模型。在菜单栏中选择“File→Open”，在文件查找对话框中，选择一个模型＊＊＊.mod (或*.set) 文件，打开后，屏幕弹出影像窗显示立体影像。

(2) 界面调整与功能设置。激活当前工作窗、影像与矢量图形缩放、影像贴图与矢量图形的层控制和测标调整。

3) 地物量测

地物量测的基本步骤: 输入地物属性码→进入量测状态→根据需要选择线型或辅助测图功能→对地物进行量测。地物量测一般在影像窗中进行，通过立体眼镜 (或立体反光镜) 对需量测的地物进行观测，用鼠标或手轮脚盘移动影像并调整测标，立体切准某点后，按鼠标左键或踩左脚踏开关记录当前点，按鼠标右键或踩右脚踏开关结束量测。在量测过程中，可随时修改线型或辅助测图功能，随时取消当前的测图命令等。