解析法近景摄影测量及计算机成图系统的研究

韩丹 王政

【摘要】本文主要围绕着解析法近景摄影测量展开分析，并且论述了该测量方法的计算机成图系统的相关问题，以期可以为今后应用解析法近景摄影测量技术提供借鉴。

【关键词】解析法；近景摄影测量；计算机成图

一、前言

目前，解析法近景摄影测量在众多测量领域都有应用，其中应用的技术在不断升级，计算机成图系统也是当前较为可靠的一种，可以进一步分析和应用。

二、数字近景摄影测量的理论方法

1、传统摄影测量的理论方法

传统的摄影测量是一个基于点状目标量测的过程，该量测过程要求在一张影像上量测一个像点，同时在另一张对应影像上或物方空间识别相对应的同名点。其对应的数学公式为传统的共线条件方程或者对于立体像对的共面条件方程。

2线特征理论方法 理论方法：在空间信息中，存在着大量的线状特征，例如地面上的道路、水系、湖泊边缘；建筑物量测中的直线、圆弧；工业摄影测量中工件的边缘等等。

利用这些大量存在的线状特征作为控制，完成摄影测量诸多任务，可大大增加摄影测量系统的性能和自动化程度，具有重要的理论和现实意义。

线特征理论优点：

线状特征的自动提取较点特征的提取更为容易；

同名直线上的点不要求一一对应（同名），甚至不要求代表同一段地物，即只要求同名直线，不要求同名线段；

增加线特征将增加平差计算的观测值冗余度和几何约束条件，可提高解算的精度和可靠性。

线特征可提供更为丰富的语义信息。

在处理带有遮掩和不确定信息的情况下，线特征具有点特征所没有的优点。

三、数字近景摄影测量以及获取数据

根据摄影机在摄影时所处位置不同，摄影测量可分为航天摄影测量、航空摄影测量和地面摄影测量。根据所应用的领域不同它还可分为非地形摄影测量和地形摄影测量。在根据其技术处理方法的不同，还可分为数字摄影测量、解析摄影测量和模拟摄影测量。测量不受地理条件和气候的限制，不需接触物体本身，摄像的形象直观、信息丰富，是客观物体的真实反映。人们能够通过摄影获得物体的大量物理信息和几何信息。摄影测量可以利用在对物体拍摄的瞬间的影像进而完成测量的工作，这种工作是使用常规方法难以实现的。摄影测量可以生产出数字正摄影、数字高程模型、数字线划图、纸质地形图等。它产品形式多种多样，成图效率高、速度快。适合于大范围的地形、建筑测繪工作。

四、近景像片或影像的摄影测量处理及特点

近景像片或影像需经过后续的图像处理和摄影测量处理。其中近景像片或影像的摄影测量处理可分作模拟法近景摄影测量、解析法近景摄影测量和数字近景摄影测量三种方案。而作为基础内容的解析法近景摄影测量方案中，因测量目标的不同以及硬软件贮备的不同，又可分作基于共线条件方程式的近景像片解析处理方法、直接线性变换解法以及其它具有特点的解析（数字）处理方法。

1、基于共线条件方程式的近景摄影测量解析处理方法

基于共线条件方程式的近景摄影测量解析处理方法有多种，借像点坐标误差方程式的一般式可方便地导出这些方法，以用于不同测量对象。

（一）近景多片空间前方交会解法可用于实地测量或记录外方位元素的精密变形测量；也可用于现场容易布置控制点且属中低精度的空间后方交会前方交会。有别于航空摄影测量的是交会图形的相对复杂，包括较多的像片张数和可能出现的大的外方位角元素。

（二）近景单像空间后方交会是解求内外方位元素及附加参数的一种解法（含摄影机检校）。

（三）近景光线束平差解法是把控制点像点坐标、待定点像点坐标以及其它内外业量测数据的一部或全部视作观测值，以整体而同时地解求它们的值和待定点空间坐标的方法。近景光线束解法中N12阵是满阵，是它与航测解法的重要区别。观测值种类的多寡及其它原因，使这种解法分作下列几种：

（1）控制点坐标视作真值且实地不测外方位元素的光线束平差解法，是一种常用解法，需要布置分布合理的控制标志，可提供中等精度。

（2）无控制点且外方位元素视作观测值的光线束平差解法，是适应不宜布置控制点（如变形测量），可精密量测外方位直线元素和角元素的处理方法，可提供高精度。

（3）把控制点实地坐标及外方位元素均视作观测值的光线束平差解法，是使用（格网）量测摄影机量测外方位元素，布置控制点，且把所有量测数据均按观测值处理的一种最严谨的算法，适应于特高精度要求的场合。

（4）含相对控制的光线束平差解法，是近景摄影测量常用解法之一，布置多条方位不同的长度相对控制，可多方向保证测量成果的高质量，布设这类相对控制的处理方法是近景与航测的明显差别之一。

（5）近景摄影测量的光线束自检校解法，以无需额外的附加观测来实现残余系统误差的自动补偿为特点。其中，在附加参数的选择上，很多情况不同于航测，原因是近景的“目标深度的更大起伏”和它的多站摄影方式，不可能出现规则的九象点分布以及使用硬片和CCD时无需补偿软片变形的系数问题等等。作为自检校方法之一的UNBASC2法，除把控制点视作观测值外，还要求同时满足共线条件方程式和共面条件方程式，通过调整各类观测值改正数的重新分配，以改善待定点坐标的测定质量。

以上各种近景光线束平差解法综合了国内外各种解法，解算中或使用了一般的间接观测平差法，或者使用带有制约条件的间接观测平差法，或者使用带有未知数的条件平差法。

而近景摄影测量的自由网平差解法，是在起始数据不足的情况下，解求测量网未知点坐标和其它未知参数的一种秩亏网平差方法。此方法多用于现场无法建立两期测量都使用的统一物方坐标系的变形测量地区，即缺少同一起始数据的各种情况，包括缺少统一起始高程点、缺少两期共同使用的平面起始点和缺少共同使用的物方空间坐标系坐标轴向标记。本方法也用于运动目标的外形测量，有时也作为常规平差算法的一种补充算法。自由网平差的实质是求得未知参数的最小二乘最小范数解。

2、直接线性变换解法

直接线性变换解法是建立像点坐标和相应物点坐标直接线性关系的算法，特别适用于处理非量测相机所摄像片，因处理中无需内外方位元素的初始值。直接线性变换解法的原始模型有多种，但以内外方位元素、比例尺不一系数ds和不正交系数dβ为十一个参数的模型，几何意义最为明确。本算法可以用作摄影机检校，解求上述各参数。以解求l系数近似值宜采用“5个半点”法，解求物方空间坐标近似值宜采用“1张半像片”法”。对某测量目标，可以同时使用多架不同主距甚至不同类型不同型号的摄影机。作业中，应绝对避免各控制点空间分布在一个平面上，也应绝对避免摄站点与物方空间坐标系原点重合的情况。二维直接线性变换解算中，存在ds与dβ亦不影响计算结果。Bopp，H.和Krauss，H.的11参数法实值上是带制约条件的直接线性变换算法，即dβ=0和ds=0的解法。可进行带相对控制的直接线性变换解法。直接线性变换解法在处理步骤、效果上与后交-前交法雷同。

五、结束语

综上所述，解析法近景摄影测量技术在不断升级的过程中，也必须要深入考虑其成图问题，当前，计算机成图系统已经比较成熟，可以比较大胆的应用在解析法近景摄影测量中。

参考文献：

[1]测绘科学数字近景摄影测量在高速公路边坡物理模型变形测量中的应用.李欣，李树文，王树根，任伟中.2014.09，36（5）

[2]多基线数字近景摄影测量系统测图作业方法探索.缪志选，李祖锋，巨天力，鹿恩峰.西北水电，2013，4：21-23