发展与展望.doc

数字摄影测量的发展与展望 通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。 由于摄影测量生产的转型，影像扫描仪已被大量应用，全国扫描仪数量已超过100台。同时航空摄影机也在加速引进。应用于航空摄影过程中的GPSIMU系统也已引进，ZI公司的数字航空摄影机也已经开始在中国应用。 与此同时，高分辨率的遥感影像、以及其定位参数文件的应用，只要极少量的外业控制点，就能迅速生成正射影像图，它已在城市、土地的变迁、规划中得到愈来愈广泛的应用。航空激光扫描雷达也愈来愈成熟。所有这一切表明，新一代传感器、定位系统的迅速发展以及数字摄影测量工作站的大规模推广，都对摄影测量自身的发展提出一个非常严峻而现实的问题：摄影测量向何处去？ 数字摄影测量发展的新契机 从20世纪初起，以纯精密、光机的模拟摄影测量仪器为特征的摄影测量一直持续了半个多世纪。在此期间，摄影测量的教学、极少量的科研，除所谓的变换光束理论研究以外，多数是围绕欧洲的几个著名厂商生产的模拟摄影测量仪器进行。到50年代末计算机开始进入摄影测量，摄影测量的研究领域得到了很大的扩展：如解析法空中三角测量、在线空中三角测量、区域网平差、粗差检测理论、正射纠正、数字测图等。90年代随着数字摄影测量时代的到来，相对于传统的模拟、解析摄影测量，其最大的特点是将计算机视觉、模式识别技术应用到摄影测量，实现了内定向、相对定向、空中三角测量、数字高程模型（DEM）生成等的（半）自动化。数字摄影测量不仅仅将传统摄影测量仪器各种功能全部计算机，以提高工效、降低对作业员的要求，而且正在不断地扩充摄影测量的功能。但是我们必须清醒地认识到：一些数字摄影测量工作站只是解析测图仪的替代品；目前的数字摄影测量工作站主要只适合于航空、航天摄影测量，而近景、地面摄影测量与它有很大差异，将数字摄影测量应用于近景摄影测量，摄影测量的理论必须进一步发展；即使是当前自动化程度较高的数字摄影测量工作站，摄影测量的主要研究还仅仅在“同名点”的影像匹配技术。因此，我们必须跳出传统摄影测量的束缚。 数字摄影测量发展的重要方向 当前数字影像、DEM、摄影机位置、姿态数据的直接获取等技术正在迅速发展，它们对于加快摄影测量成图周期、减少野外工作量将发挥愈来愈重要的作用。例如利用高分辨率的卫星影像与对应的有理多项式系数（RPC）定位数据文件，再加以极少量的GPS点作控制，即能快速生产1：1万乃至1：5000的正射影像图。但是，与此相对应的摄影测量自身的发展与任务是什么？这是一个摄影测量工作者必须回答的问题。不管数据获取手段如何发展，航空（航天）摄影测量发展的中心任务之一是数据更新，实现建立国家基本地形图的由定期更新到动态更新机制。特别是对于处于经济快速发展的我国，GIS数据更新显得尤为重要。 但是，数据更新不是重测地形图，具体而言： 数据更新的复杂性 利用航空摄影的影像进行测绘，纵然在模拟测图期间，其生产流程、各种规范已经成熟，到解析、特别是数字摄影测量时代，摄影测量的流程虽然有很大的改变，但是基本任务与规范没有根本的变化。而数据更新则不同，其情况比“新测或重测”要复杂得多。它的复杂性来自如何利用已有数据，减少外业、内业的工作量，加速成图周期。由此就产生很多问题，必须予以考虑，例如： 已有的数据是什么？是正射影像图DEM，还是线划图DEM？数据更新的地区是什么？是城区、郊区、还是山区？更新的地形图比例尺，是大比例尺，还是小比例尺？等等。 例如在郊区、山区、小比例尺地图数据更新时，可以利用“新影像”与已有的“正射影像图DEM”直接进行配准，进行无（或减少）控制点的空中三角测量。但是对于城区、大比例尺地形图更新，就很难利用已有的正射影像图，在更新城区、大比例尺地图时，利用已有的线划图将比影像图更为有利。数据更新涉及摄影测量理论的创新与技术的更新 数据更新问题是如何利用已有的“数据”，更确切而言是如何利用已有的“信息”。众所周知：欲利用新影像更新已有地图，将两者“叠合”是最重要的一步。为此，确定影像的方位元素，将影像纠正为与地图一致的正射影像图，然后才能将“图”与像”套合。因此在数据更新中，除常用于传统的人工选取点作为控制点以外，能否利用地图上大量存在的“线状地物要素”作为控制，对于实现数据更新自动化、提高工效至关重要。 数据更新涉及变化检测，建立动态更新机制由于地物、地貌的变化带来数据更新的需求，以及随着测绘成果的应用愈来愈广泛，特别是地理信息产业的发展，测绘成果的应用已经超出了经济、国防建设的范畴，而进入人们的生活。例如汽车导航的广泛使用，人们对道路更新的要求很高，因此“定期更新”已经不能满足要求，其提法也不科学，而应该按需要建立“动态更新”机制。 要建立动态更新机制，其技术核心是“变化检测”，虽然当前国内外对于变化检测已有大量的研究，但多数是对部分要素的少量试验，距实用尚有很长的距离。对于国家测绘局基本地形图的动态更新机制，可以采用“从粗到细”的技术路线，例如在更新全国1：5万地形图的同时统计出地图的变化率，以确定1：1万地形图是否需要更新，从而建立一套比较合理、实用的全国基本地形图的动态更新机制。 数据更新涉及观念的更新、规范的修改传统的摄影测量是由外业“控制点”、内业“加密点”与“碎部点”的等级之分，由外业“控制点”、进行空中三角测量获得“加密点”，最后是测绘“碎部点”，精度的要求当然是“上一级高于下一级”、“上一级控制下一级”进行测绘。内业测图是在加密点的控制下进行测绘地形图的碎部点、或进行正射纠正，因此加密点的精度应该高于地形图上的碎部点与影像图上的明显点。但是，在上述数据更新方法中，更多的是考虑应用地形图或影像图上的碎部点或明显点作为新一轮成图的控制（注意：被用作控制的碎部点的数量要比传统的控制点数量多出几十倍、甚至几百倍），由此生产的新一轮地图，但是它能否到达成图要求，当然还需作大量的验证。同时，更新方案也应该而且必须考虑加入少量的外业控制点、使用上一轮成图时影像的外方位元素、加密点与对应的影像，在可能的条件下应考虑应用定位定向系统（POS）数据等。但是，不管采用何种方案，多涉及传统观念的更新与相应规范的修改。 摄影测量发展的崭新领域 到目前为止数字摄影测量的发展，无论在理论上还是在实际上，主要是围绕着利用航空（航天）摄影测量测绘地形图，而对于数字近景（地面）摄影测量的研究甚少。同时随着数码相机的广泛应用、价格愈来愈低廉，数码相机在测量的应用将是摄影测量发展的必然趋势。 在此领域它与计算机视觉有着天然的密切联系，因为“计算机视觉的研究目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力，这种能力将不仅使机器感知三维环境中物体的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储，识别与理解”，两者非常相似，但是又有明显的差异。同样，数字近景摄影测量与