摄影测量及其发展趋势

摄影测量期末论文
课程名称：摄影测量学
学院：矿业学院专业：测绘工程姓名：雷永平学号：0908010229 年级：2009级任课教师：汪泓
2012年1月6日
摄影测量及其发展趋势
摘要
影测量的基本原理方法是其发展的基础。

我们必须了解它的特点，技术原理和其发展趋势。

而现在作为我国摄影测量发展的黄金时期，包括遥感技术的发展，信息处理技术的进步，测量人才的成长和锻炼都必将促进我国摄影测量事业单位的进一步发展。

随着技术的飞速发展，摄影测量扩大了在测绘、气象、城市规划和管理等领域的应用，摄影测量作为国家战略高技术，还应注意保护相关技术和成果的安全。

关键词摄影测量技术原理遥感应用发展趋势
目录
1.1 摄影测量 (3)
1.1.1 摄影测量的定义和特点 (3)
1.1.2 摄影测量的发展阶 (3)
1.1.3 摄影测量的技术原理 (3)
1.1.3.1 单幅影像解
析 (3)
1.1.3.2 双像解析摄影测
量 (4)
1.1.3.3 空中三角测量与区域平
差 (5)
1.2 发展趋
势 (5)
1.2.1装备技术更加先进 (5)
1.2.2应用更加广泛 (6)
1.2.3人才得到培养和锻
炼 (7)
总结 (8)
参考文献 (8)
1.1 摄影测量
1.1.1 摄影测量的定义和特点
摄影测量【photogrammetry】指的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。

传统摄影测量学定义：是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。

摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。

摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。

几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。

几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。

影像解译就是确定影像对应地物的性质。

根据摄影时摄影机所处的位置的不同，摄影测量学可分为地面摄影测量、航空摄影测量和航天摄影测量。

根据应用领域的不同，摄影测量学又可分为地形摄影测量与非地形摄影测量两大类。

根据技术处理手段的不同（也是历史阶段的不同），摄影测量学又可分为模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。

在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快、效率高；产品形式多样，可以生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正摄影像等。

1.1.2 摄影测量的发展阶段
模拟法摄影测量（1851—1970）其基本原理是利用光学/机械投影方法实现摄影测量的反转，用两个或者多个投影器，模拟摄影时的位置和姿态，构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的测量得到地形图和各种专题图。

解析法摄影测量（1950—1980）以电子计算机为主要手段，通过对摄影相片的量测和解析计算方法的交会方式，来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学。

数字摄影测量（1970—现在）基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字、数字化影响进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和视化产品。

1.1.3 摄影测量的技术原理
1.1.3.1 单幅影像解析
航摄影像是航空摄影测量的原始资料。

像片解析就是用数学分析的方法，研究被摄景物在航摄像片上的成像规律，像片上影像与所摄物体之间的数学关系，从而建立像点与物点的坐标关系式。

像片解析是摄影测量的理论基础。

为了由像
点反求物点，必须知道摄影时物镜和投影中心、像片与地面三者之间的相关位置。

而确定他们之间的相关位置参数称为像片的方位元素。

像片的方位元素分为内方位元素和外方位元素两部分。

内元素3个：确定摄影物镜后节点与像片之间相互位置关系的参数（x0,y0,f),可恢复摄影光束。

外方位元素6个：3个直线元素描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)，3个角元素描述像片在摄影瞬间的空间姿态（航向倾角φ、像片旋角κ、旁向倾角ω）。

为了研究像点与地面相应点的数学关系，必须建立中心投影的构像方程。

下式为一般地区中心投影的构像方程，由于这个方程推导中像点、投影中心和地面点三点共线，故又称共线方程式，是摄影测量中重要的基本公式之一。

利用航摄像片上三个以上像点坐标和对应地面点坐标，计算像片外方位元素的工作，称为单张像片的空间后方交会。

根据计算的结果，就可以将按中心投影规律获取的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射投影地形图。

1.1.3.2 双像解析摄影测量
只能研究物体的平面位置，而在两个不同摄站对同一地区摄取具有重叠的一个立体像对，则可构成立体模型来解求地面物体的空间位置。

按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标，称为双像解析摄影测量。

它是研究立体像对与被摄物体之间的数学关系，以及如何计算被摄物体的三维空间位置。

根据摄得的立体像对的内在几何特性，按物点、摄站点与像点构成的几何关系，用数学计算方式求解物点的三维空间坐标的方法有三种：
1、用单张像片的空间后方交会与立体像对的前方交会方式求解物点的三维空间坐标。

这种方法是以像片对内已有足够数量的地面控制点坐标为基础的。

其计算分两步走，即先根据地面控制点坐标，按共线条件方程解求像片的外方位元素，然后再依据求得的两像片的外方位元素，按照前方交会公式计算像对内其他所有地面点的三维坐标，从而建立数字立体模型。

2、用相对定向和绝对定向方法求解地面点的三维空间坐标。

此法是用具有一定相互重叠的两张相片，先采取恢复摄影瞬间两像片的相对位置和方位，使同
名光线达到对对相交，建立起与地面相似的几何模型，然后再将立体模型进行平移、旋转和缩放的绝对定向，把立体模型的模型点坐标纳入到规定的坐标系中，并规化为规定的比例尺，以确定立体像对内所有地面点的三维坐标。

3、采用光束法求解地面点三维坐标。

这种方法是把待求的地面点与已知地面点坐标，按照共线条件方程，用连结点条件和控制点条件同时列出误差方程式，统一进行平差计算，以求得地面点的三维坐标。

此法理论上较为严密，它是把前两种方法的两个计算步骤合为一体同时解算。

相对定向：利用立体像对中摄影时存在的同名光线对应相交的几何关系，通过量测的像点坐标，以解析计算的方法（此时不需要野外控制点），解求两像片的相对方位元素值的过程，称之为解析相对定向。

确定相邻两像片的相对位置和姿态的要素，称之为相对定向元素。

相对定向的目的是建立一个与被摄物体相似的几何模型，以确定模型点的三维坐标。

绝对定向：相对定向建立起的立体模型，是相对于选取的某个坐标系，这个坐标系在地面坐标系中的方位是未知的，比例尺也是任意的，要确定立体模型在地面坐标系中的方位和大小，则需要把模型坐标变换为地面坐标，这种坐标系的变换称之为模型的绝对定向。

其目的是将建立的模型坐标纳入到地面坐标系统中，并归化为规定的比例尺。

1.1.3.3 空中三角测量与区域平差
单张影像的空间后交，一张影像需要4个外业控制点。

通过相对定向、绝对定向，一个像对需要4个外业控制点。

为了尽量减少野外测量工作，由单张影像拼接成航带，多条航带拼接成区域，在区域周边及内部，布设少量控制点，采用空中三角测量与区域平差，确定整个区域内所有影像的方位元素。

1.2 发展趋势
1.2.1装备技术更加先进
遥感代表着摄影测量的发展方向，也是当下摄影测量的一项关键技术。

经过多年的发展，我国在摄影测量和遥感技术领域取得了空前的进步。

这些年我国研制和发射了50多颗对地观测卫星，组成海洋，风云，资源和环境减灾四大民用卫星观测体系。

这些星载遥感器包括可见光相机（胶片式和传输式）、可见光红
外多光谱扫描仪、多种分辨率成像光谱仪、微波散射计、微波高度计以及先进的合成孔径雷达等。

这些技术成就有力地促进了摄影测量数据获取能力的提升，特别是“机载干涉SAR系统”的研制成功，推动了合成孔径雷达技术在其重要领域地形测绘方面的应用。

到21世纪初，我国就已经积累了超过660TB贮容量的摄影数据，覆盖全国陆地，海洋及周边国家和地区1500万平方公里的地球表面。

在航天遥感取得巨大进步的同时，我国航空遥感技术也得到了快速提高。

在航空遥感平台方面，我国逐步实现了由过去引进国外飞机到以国产的“运”系列飞机为主的转变。

当前常用航空测量无人机有wz—2000，效载荷180公斤，留空时间长达12个小时。

一些国产的机载遥感器，如高光谱成像仪，合成孔径雷达等也进入应用化阶段。

随着风云、海洋和资源等几大民用卫星系统的建成，遥感卫星地面接受、处理、存储和分发能力也得到了大幅度的提升。

我国民用卫星系列现已四大地面接收系统，国家气象风云系列卫星有北京东北旺接受站、广州接收站和乌鲁木齐接收站，国家海洋局管辖的海洋监测卫星有北京白石桥接收站和三亚接收站，以及中国资源卫星应用中心管辖的北京密云接收装置、广州和乌鲁木齐接收装置，其中北京密云卫星地面由中国资源卫星应用中心与中科院合作共建。

此外，高性能计算机和大量国产软件的研制成功，也为我国摄影测量的发展及应用提供了有力的支撑。

我国自主研发的virtuozo全数字摄影测量系统，能完成从自动空中三角测量到测绘各种比例尺数字高程模型（DEM)、数字正射影像（DOM)、数字线划地形图（DLG)整个过程。

作为一种直接从数字影像中获取测绘信息的软件平台，凭借着稳定快速的匹配算法、高度自动化的测图方式和生动的三维立体景观显示，被称作国际三大实用数字摄影测量系统之一。

而且计算机和软件产品的开发，反过来又促进了摄影测量特别是传感器的研制和发展。

随着航空航天技术、传感器技术和数据处理技术的不断发展，摄影测量和遥感技术已经进入了一个快速、动态、多平台、多时相、高分辨率提供观测数据的新时段。

可以想象，随着国家的投入和人才队伍的建设，我国摄影测量事业必将迎来更加辉煌的发展。

1.2.2应用更加广泛
摄影测量的快速发展，最终成就都体现在应用上。

以前人们一提到摄影测量，很快就会想到国防安全和地理信息采取。

而现在随着摄影测量技术和相关设备的跨越式发展，摄影测量在测绘、气象、地矿、农林、水利、海洋、地震和城市建设等方面也得到越来越广泛的应用。

当然，测绘依然是当前摄影测量最主要的应用之一。

2006年国家测绘局为配合西部大开发，启动了国家西部测图工程。

工程历时6年，于今年8月份顺利完成。

工程实施过程中使用了一大批新设备、新技术及新航空航天遥感影像，成功完成西部200多平方公里1：50000地形图的测量。

这项工程对我国摄影测量及其应用都产生了深远的影响。

除了大型测绘应用外，与百姓的生活紧密相关的还有气象预报，城市规划和建设等。

每天国家卫星气象中心及各地气象厅局都会发布全国和各地的天气预报，而他们根据的就是风云系列气象卫星及设立在各地的气象观测站观测得到的图像信息，然后经专业分析后通过电视、广播、报纸和网络向公众发布。

此外，摄影测量在城市规划中也得到越来越广泛的应用。

大家感受最深的可能是城市拆
迁以及新城区的建设，其实电子地图也是摄影测量在城市管理中的一大应用。

初到一个陌生的城市，很多人会因为路线不熟，通过网络查找当地的电子地图。

像北京和上海等城市的电子地图更加完善，查询时能够实现三维效果，极大地方便了民众的出行。

2008年汶川大地震，广大军民参与了救援活动。

在救援过程中，大量国产测量设备显示出了重要的实用价值，也加深了人们对摄影测量重要性的认识。

经过多年的建设和发展，我国目前已经拥有国家卫星气象中心，中国资源卫星应用中心、国家遥感中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等卫星遥感应用研究机构。

这些专业机构利用各种遥感卫星开展了气象预报、海洋预报、灾害监测、国土普查、作物估产、环境保护以及上文提到的城市规划和地图测绘等多领域、多方面的应用研究工作。

摄影测量应用领域不断拓展的同时，相关设备产业化也初见成效。

现在开车的人越来越多，装台汽车导航仪日渐成为有车一族的选择。

除此之外，常见的测量设备还包括手机图形图像服务、智能小区服务、盲人导航等。

此外，一些公司如中航技四维航空、中国试飞研究院630所等，通过租用飞机开展航空遥感服务与中国测绘研究院、国土资源部地质物探遥感中心等单位合作，也为我国摄影测量成果产业化和发展作出了贡献。

现在摄影测量成果应用已呈现出大众化与普适化的发展趋势，未来也必将与普通百姓的生活更加紧密。

1.2.3人才得到培养和锻炼
经过多年的发展，特别是遥感卫星技术的快速发展，我国在研制和应用方面已经积累了丰富的经验，也培育了一大批实用的人才队伍。

国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、国家遥感中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等卫星遥感应用研究机构，不仅参与和主导了我国摄影测量事业的发展，同时也是我国摄影测量人才培养的主要机构。

这些机构通过对传感器的研制，测量信息的处理和应用和锻炼了大量科技人才。

当前摄影测量人才的培养，一个最有效的手段是通过具体工程。

如上文提到的国家西部测图工程，涉及面广，持续时间长，参与技术人员多，对所有参与者特别是年轻技术人员是一次难得的锻炼机会。

进入二十一世纪，随着数码摄影仪的问世，各地特别是各大中城市纷纷开展了制作三维城市电子地图项目。

许多大中城市如上海已经建立起1：500--1：2000空间数据库。

这对当地测量人才的培养十分关键。

地方测量数据最终将构建起一座“数字中国”。

目前，我国已经建成1：1000000、1：250000、1：50000全国空间数据库，相关数据产品也正在开发之中。

对摄影测量人才队伍培养作出贡献的，还有各相关大学，如现已并入武汉大学的武汉测绘科学技术大学。

该校王之卓教授是我国摄影测量与遥感学科的奠基人。

王老不仅直接推动了中国摄影测量技术的变革，还培养出大批优秀的摄影测量人才。

王老对我国摄影测量学科的贡献将为后人称颂。

总结
摄影测量在技术装备，应用和人才培养上都取得了巨大的进步。

作为国家重点发展的战略高技术，在发展的过程中还应加强对测量技术和成果的保护，因为测量技术和成果时刻关系着国家的安全。

可以相信，有国家的大力支持和现已积累的技术，我国摄影测量与遥感技术必将提升到一个新的水平。

参考文献：
【1】《摄影测量学》（测绘工程专业）（第2版）王佩军、徐亚明武汉大学出版社 (2010-05出版)
【2】《解析摄影测量学》科学出版社（1978-12出版）
【3】苏逸平.浅谈当代摄影测量的发展与应用.地矿测绘，2005.（03）
【4】王士玉.数字摄影测量的发展现状与趋势研究.科技创新导报.2008.（12）【5】刘曦灿，杨学锋，武丰雷.数字摄影测量数据获取的新发展.山东省测绘学术年会论文集.2006.
【6】张祖勋.数字摄影测量的发展与展望.地理信息世界.2004，（03）.
【7】万幼川，张永军.摄影测量与遥感技术科学发展现状与趋势.工程勘察.2009，（06）.。