近景摄影测量大作业

重庆交通大学《近景摄影测量》大作业报告书专业：测绘工程课程名称：《近景摄影测量》班级：姓名：学号：指导教师：完成时间：2020年 7 月目录一、方案设计阶段 (1)(一)流程指定 (1)(二)物方控制方案设计 (2)(三)影像拍摄方案设计 (2)二、摄影阶段 (4)(一)布设标志点 (4)(二)控制测量 (5)(三)照明处理 (5)(四)表明处理 (6)(五)立体像对的摄取方法 (6)(六)摄站点 (6)三、摄影测量处理阶段 (7)(一)数据处理方式 (7)(二)共线条件方程式推导 (8)(三)单像空间后方交会 (9)(四)多片空间前方交会 (10)(五)成果精度评定方法 (11)四、生成目标等值线 (12)五、参考文献 (17)(一)流程指定(1)现场考察，拍摄之前应该对现场进行考察，主要包括以下内容：1）被拍摄物体周围环境考察。

2）选择拍摄距离和拍摄地点，基线与距离之比小于1/5~1/15。

3）根据被拍摄物体特点和拍摄距离选择合适相机镜头。

4）根据相机的视场角和被摄物体成像的范围设计控制点分布图等。

(2)作业方案设计，包括物资准备、物方控制方案设计、摄影方案设计、选取影像处理方法和成果质检方法的确定。

(3)外业作业，按照设计方案结合实际情况进行作业。

(4)内业处理，主要是物方控制数据处理和三维建模及成果提交。

图1 作业流程图(二)物方控制方案设计(1)目的：为将所建立的模型纳入统一的物方空间坐标系，布设物方控制。

(2)控制布设：结合被摄雕像周边环境，设置两个导线点(3)物方控制点三维坐标测定：物方控制测量一般是在被测物周围先施测导线点，高程用直接水准联测或采用光电测距导线施测，或用间接高程联测，然后在导线点上用前方交会和三角高程方法测定物方控制点的三维坐标。

(4)精度指标：物方控制包括控制点和相对控制。

物方控制的精度一般小于总精度要求的1／３。

(三)影像拍摄方案设计(1)影像获取设备的选择本次作业选用非量测摄影机即普通的单反数码相机。

其优点有全固体化，体积小、重量轻便易于携带、不受电磁现象干扰，像元几何位置精度高，且不会改动（不需要框标标定内方位元素，不需要格网改正底片变形）。

图2 影像拍摄设备(2)摄影站的布设原则如下：ａ）摄影站的布设和摄影方式的选定，应以保证精度、可靠性以及获取最有效的摄影覆盖为原则。

ｂ）尽量避开屏障，防止出现摄影死角。

c ）摄影站可设在地面和建筑物上，或选用脚手架、升降车、系留气球和其他低空飞行器作为摄影平台。

(3)摄影站布设方式茅以升雕像为圆柱形曲面目标，故采取多站的布设方式。

摄影站的布设一般是环绕被测物周围安排多个摄影站，自每个摄影站拍摄一张或数张像片；站与站方向的选择应使多重像片对被摄物体多次覆盖，而不必要求各站间的等间隔以及摄影方向线的彼此平行。

(4) 摄影方式的确定选用交向摄影，所谓的交向摄影就是两摄像机主光轴大致位于同一平面但彼此不平行，且不垂直于摄影基线B 的摄影方式具体地讲是水平交向摄（即摄像机的水平主光轴互不平行，呈相交或发散成一个角度γ的摄影方式。

）(5) 精度估算交向摄影方式的精度估算：图3 交向摄影示意图交向摄影中像点的坐标中误差),(y x m mx x m tg tg tg tg m t ⋅⋅--⋅+=ϕϕαϕα)(11 ϕϕαϕϕtg tg m m tg f y M y x t y )(1)sec ()(22--⋅+⋅⋅= 其中：)(ϕα-=tg f x ；αtg fx t =；f 为摄影机主距。

交向摄影中物方点的坐标中误差：),(Y Y X M M M ，2212212)()()(11fx k k f x k k k m tg tg tg tg M x X +-⋅⋅--⋅+=ϕϕαϕα ϕϕαϕϕtg tg f y k k k m m tg f y M y x t Y )(1)(2)sec ()(2212222--+⋅+⋅⋅= x Z m tg tg tg tg k k M ϕϕαϕα)(11221--⋅+=其中：k1为构形系数B H k =1；k2为成像比例尺分母f H k =2；H ：摄影距离(-Z)； B ：摄影基线长度，单位为米（m ）；f ：摄影机主距，单位为米（m ）。

二、 摄影阶段(一) 布设标志点(1) 标志点的设计：标志点有半径为5cm 的圆、两条长为12cm 线段正交和右下角的编号共同组成。

图4 标志点样式(2) 标志点布设位置：正面布设48个标志点，同样背面布设48个，两个侧面一面布设10个小计20个，共计116个。

图5 标志点分布图(二) 控制测量(1) 施测方法：物方控制测量先在被测物周围施测3个导线点得到两点之间的水平距离和夹角，高程用直接水准联测或采用光电测距导线施测测其高差，然后在导线点上用前方交会和三角高程方法测定物方控制点的三维坐标。

(2) 坐标系的确定：不关注坐标系的绝对位置，为自由坐标系。

两个测站的情况下，确定基线间长度即可确定两测站的坐标（平面坐标）。

基线的确定采用标准尺法，具体做法为在测量基线的前方，水平放置一根高精度的标准尺，按前方交会方法测得尺上两点的坐标后，计算其长度，求出它与真尺长的比值，改化基线长度。

(3) 所用仪器：中纬全站仪一台，电子水准仪一台，标准尺一根，水准尺两根，对中杆两根，棱镜两个。

(4) 控制点精度：平面精度分析，依据两点法前方交会平面点位中误差的关系为：222222222)()(sin S b m S a m b a m M B A P +++=γρ 其中m 为测角影响；A m 为A 点点位误差；B m 为B 点点位误差。

高程精度分析当没有仪器高和目标高的影响时，高程中误差的关系式为：22222)()cos (tan ραααm S m m s h +⋅= 其中s m 为测站点到待测点之间的距离中误差；αm 为竖直角中误差。

(5) 待定点精度：待定点坐标的中误差m 由控制点坐标中误差m 控和摄影测量中误差m 摄组成。

m =√m 控2+m 摄2m 控<m 摄3(三) 照明处理(1) 照明原则：1. 使用自然光源时，一般要求所摄对象的照度均匀，应尽量避免被测物体上的阴影和反光，即避免影像上出现特黑或特亮的现象。

2. 使用人工照明时，最好布置多盏照明灯，以使照度均匀，尽量减少阴影。

3. 有些情况下要注意局部照明，如黑暗情况下的控制点、标准尺照明。

4. 特殊光源的使用。

(2) 照明方法的选取：铜像位于室外，选择光线充足的条件下进行拍摄，对于背面局部闪光灯局部照明。

(四)表明处理由于铜像色调单一，缺乏纹理信息，故对其进行表面处理。

可采用以下方法进行表面处理。

1.利用投影设备将光栅、格网、及图案、图像投影到物体表面，形成人工纹理。

2.利用激光经纬仪、激光笔，按一定规则将激光投射到被测目标上，形成人工纹理。

3.在被测目标表面粘贴人工标志，形成人工纹理。

4.在被测目标表面上绘制人工纹理。

(五)立体像对的摄取方法采用移动相机法获取立体像对，在S1拍摄像片P1后，再将相机移动至S1拍摄像片P2 ，固定摄影基线B长度，像片P1与像片P2，组成交向摄影立体像对。

图6 移动相机法获取立体像对(六)摄站点布设36个摄站点，具体位置分布如图6所示，每个摄站点拍摄3张像片，基线长度与摄站距离之比约为1/6，影像的重叠度为90%。

图7 摄站点点位分布(一)数据处理方式近景像片解析处理方法的选择，取决于实地控制条件、摄影机性能精度要求、像片质量、外方位元素是否提供及精度、摄影环境、标志点状态以及软件所具备的功能等。

常用的解法有①单站时间视差法（又称伪视差法）②多片空问后方交会和空间前方交会法③共面条件方程式解法④光线束解法⑤直接线性变换解法⑥二维线性变换解法本次实习选用多片空问后方交会和空间前方交会解法处理，具体解法如下：第一步，利用控制点的像平面坐标以及控制点的物方空间坐标，求出内方位元素和外方位元素。

换句话说，就是内外方位元素值只是受到所选择的控制点的影响；第二步，利用第一步所求出的内外方位元素值以及立体像对，依据共线条件方程式，求解未知点的空间坐标。

(二)共线条件方程式推导图8 共线方程推导专用图共线条件方程式推导：像点(x,y)、摄站点(X s,Y s,Z s)、物点(X,Y,Z)三点共线，由相似三角形可得λ1=-=-=-sAsAsAZZZYYYXXX改写成矩阵形式⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡fyxcccbbbaaaZZYYXXZYXsAsAsA3213213211λ像点元素移至左边，其余移至右边：由③式变形得将上式代入①、②可得)()()()()()()()()()()()(333222333111s s s s s s s s s s s s Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f y Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a fx -+-+--+-+--=-+-+--+-+--=考虑到内方位元素和系统误差x −x 0+∆x =−f a 1(X −X s )+b 1(Y −Y s )+c 1(Z −Z s )a 3(X −X s )+b 3(Y −Y s )+c 3(Z −Z s )y −y 0+∆y =−f a 2(X −X s )+b 2(Y −Y s )+c 2(Z −Z s )3(s )3(s )3s 通过上式可推导出共线条件方程式像点坐标误差方程式的一般式：其中V 是像点坐标改正数；A 外方位元素改正数向量；B c 控制点未知数的物方空间坐标改正数向量；B u 待测点未知数的物方空间坐标改正数向量；C 内方位元素改正数向量；D 附加参数改正数向量；L 为常数项。

(三) 单像空间后方交会根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的物方控制点（已知其像点和物方点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素、内方位元素、设备材料的变形情况(附加参数)。

将一般式改写为求内，外方位元素的单向空间后方交会的误差方程式： 2t CX L =+-V A当一张像片上至少有五个控制点时，误差方程矩阵形式:V=[A C ][t X 2]−L L Bx -=V)()(T 1T L B B B x -=(四) 多片空间前方交会基于共线条件方程式的近景摄影测量的多片空间前方交会解法，是根据已知的内外方位元素的两张或两张以上的像片，把待定点的像点坐标视为观测值，以解求其最或然值并逐点求解待定点物方空间坐标的过程。

多片空间前方交会误差方程式:L X B v u u -=误差方程分析：未知数有三个，至少需要三个方程才可解算，至少需要两张像片,而本次实习拍摄了三张像片。