邓非摄影测量与遥感.ppt

,摄影测量与遥感,第1章摄影测量与遥感概述,摄影测量概述遥感及其发展摄影测量与遥感结合,摄影测量概述,摄影测量的任务摄影测量的基本任务是基于像片的量测和解译，它是利用光学或数码摄影机摄影得到的影像，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。在影像上进行量测和解译，无需接触被测目标物体本身。严格建立像片获取瞬间所存在的像点与对应物点之间的几何关系,摄影测量的分类按照研究对象不同，分为地形摄影测量和非地形摄影测量两大类；按摄影站的位置或传感器平台，分为航天(卫星)摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量等。,摄影测量的发展,遥感及其发展,遥感泛指通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性的技术。摄影测量是遥感的前身。遥感技术主要由遥感图像获取技术和遥感信息处理技术两大部分组成。按电磁波波段的工作区域，分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。按传感器的运载工具分为航天遥感、航空遥感和地面遥感；按传感器工作方式分为主动方式和被动方式两种。,摄影测量与遥感的结合,国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)与1988年在日本京都召开的第十六届大会上给出定义:“摄影测量与遥感乃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”。,第2章摄影测量基础,单张航摄像片解析像点坐标的量测立体测图的原理与方法摄影测量解析计算基础数字摄影测量基础,单张航片像片解析,航摄像片与地图的区别航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图是地面景物的正射投影。只有当地面严格水平且像片也严格水平时，上述两种投影结果才等效。,像片倾斜引起的像点位移一般情况下，航空摄影所获取的像片是倾斜的，即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。可用像片纠正的方法予以改正。,地面起伏引起的投影差航空摄影的对象主要是地球表面，地球表面有起伏，包括自然地地形起伏和有人工建筑物。植被等引起的起伏。由于地球表面起伏所引起的像点位移称为像片上的投影差。,1像片的内方位元素：摄影物镜后节点与像片之间相互位置的参数,恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束,航摄像片的内外方位元素,2像片外方位元素：已建立的摄影光束，确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数,三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）,中心投影共线方程共线方程是指中心投影的构想方程，即在摄影成像过程中，摄影中心S、像点a及其对应的地面点A三点位于一条直线上。,(XA,YA,ZA),(x,y,-f),摄影中心S、象点a、物点A三点共线,共线条件,共线方程式可以写为：,以像主点为原点的像点坐标x、y相应地面点坐标X、Y、Z像片主距f外方位元素XS、YS、ZS、。,像点坐标量测,像平面坐标系以像片上对边框框标的连线作为x、y轴，其交点P作为坐标原点，与航线方向相近的连线为x轴，在像点坐标量测中，像点坐标值常用此坐标系表示。,像点坐标的量测量测像点的像片坐标(x,y)传统的量测方法包括单像坐标量测仪和立体坐标量测仪。可通过立体影像匹配进行自动量测。,像点坐标的系统误差改正主要由摄影材料变形、摄影物镜畸变、大气折光以及地球曲率等因素引起，是系统误差。,立体测图的原理与方法,立体测图原理人造立体视觉:利用相邻像片所组成的像对进行双眼观察时，可重建空间景物的立体视觉，所产生的立体视觉称为人造立体视觉。,观察人造立体的条件,1两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对2分像条件3两眼各自观察同一景物的左右影像点的连线应与眼基线近似平行4像片间的距离应与双眼的交会角相适应,像点的立体观测方法立体镜观测法叠映影像的立体观测法双目镜观测光路的立体观测法,像对的立体测图方法模拟法立体测图解析法立体测图数字化立体测图目前，在生产单位前两种方法不再采用，已基本实现了全数字化立体测图地物与地貌的测绘,摄影测量解析计算基础,基于立体相对的解析摄影测量是利用解析计算的方法处理影像信息，从而获得地面的基础空间信息。,像点的立体观测方法立体镜观测法叠映影像的立体观测法双目镜观测光路的立体观测法,单像空间后方交会:利用一定数量的地面控制点，根据共线条件方程式，解求像片外方位元素的过程,当已知（至少）三个空间已知点A、B、C，与它们在影像上的三个对应点a、b、c，就能求得影像的6个外方位元素。,其理论基础为：共线方程，一个点有两个方程，已知三个点可列6个方程，因此可以解得6个外方位元素。,立体相对的空间前方交会前方交会的定义：由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标确定相应地面点的地面坐标的方法。设在空中S1和S2相邻两个摄站点对地面进行摄影，获得一个立体像对，任一地面点A在该像对的左右像片上的构像分别为a1和a2，在左右两张像片的内、外方位元素均已知的情况下，使用立体像对上两同名像点的左右像片坐标a1(x1,y1)和a2(x2,y2)，即可根据共线方程式计算出A点的物方空间坐标(X,Y,Z).,相对定向与绝对定向用立体像对确定地面点坐标的另一途径：先恢复两张像片的相对位置和姿态（相对定向）建立起立体模型，再恢复立体模型的绝对方位（绝对定向）,解析法相对定向：通过计算相对定向元素建立地面立体模型,目的：恢复两张像片的相对位置和姿态，使同名光线对对相交,相对定向元素：确定立体像对中两张像片相对位置和姿态关系的参数,连续像对相对定向元素：,单独像对相对定向元素：,数学模型描述：同名射线对对相交数学描述：三射线共面,S1,S2,b,A,a1,a2,共面条件方程式,三矢量共面，混合积为零,解析法相对定向原理解求相对定向元素，建立立体模型特征：恢复两张像片的相对位置，同名射线对对相交,绝对定向：相对定向后得到模型点在像空间辅助坐标系中的坐标（U,V,W)地面摄影测量坐标(X,Y,Z)(两空间坐标系的变换，也称相似变换）,基本关系式：,地面点在地面摄影测量坐标系中坐标,模型点在像空间辅助坐标系中的坐标,坐标原点的平移量,计算的方向余弦,模型比例尺缩放系数,七个绝对定向元素,解析法绝对定向：利用已知的地面控制点，解求绝对定向元素,数字摄影测量基础,影像数字化与影像重采样影像数字化包括量化和采样,采样：每隔一个间隔获取一个点的灰度值。对实际连续函数模型离散化的量测过程量化：将各点的灰度值转换为整数，将透明底片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分，分为若干灰度等级，一般都取为，时得到256个灰度级，其级数是介于0到255之间的一个整数，0为黑，255为白，每个像元素的灰度值占8bit，即一个字节,影像的内定向：,内定向参数，利用四个框标点平差解算,问题的提出：经典的摄影测量已经建立了一整套像点坐标与对应的物点坐标间的关系，只要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系（内定向）就能利用原有理论,两种坐标之间存在仿射变换,内定向的目的：确定扫描坐标系和像片坐标系之间的关系,数字化的扫描方向,数字化的步进方向,x,y,o,O,基于灰度的影像匹配（AreaBasedImageMatching）,全数字化摄影测量的核心问题：如何在两幅（或多幅）影像之间自动识别同名像点（影像相关）,匹配点确定的基础：匹配测度。基于不同的理论可以定义各种不同的匹配测度，因而形成了各种影像匹配方法,数字影像相关：利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关（匹配）,一、相关系数法:目标区：以左片目标点为中心选取个像素的灰度阵列搜索区：估计出右片上同名点可能出现的范围，建立一个个像素的灰度阵列,n,n,m,目标区,搜索区,l,计算相关系数值：,依次在搜索区内取出个像素的灰度阵列，计算其与目标区的相似性测度相关系数，可求出(l-n+1)*(m-n+1)个相关系数,结果：目标区相对于搜索区不断移动一个整像素，当相关系数最大时，对应窗口的中心点即是目标点的同名像点,特点：搜索的结果均以整像素为单位相关系数是标准化协方差函数，目标影像的灰度与搜索影像的灰度之间存在线性畸变时，仍能较好地评价它们之间的相似性程度目标区和搜索区都是一个二维的影像窗口，二维相关,二、协方差法,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个协方差值，当协方差值为最大时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点。,l,差平方和测度,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S2值，当S2为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点,灰度差的平方和最小,l,差绝对值和测度,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S值，当S为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点,灰度差的绝对值最小,l,三、高精度最小二乘影像匹配,问题的引出：匹配怎样达到子像素精度？,在相关运算中引入变形参数，补偿两相关窗口之间的辐射畸变几何畸变引入的变换参数作为待定值，一同纳入到最小二乘解算中，使匹配可达到1/10甚至1/100像素的高精度（子像素精度）,由德国Stuttgart大学Ackermann教授与Pertl提出,影像灰度的系统变形辐射畸变（产生的原因）照明及被摄物体辐射面的方向摄影处理条件的差异影像数字化过程中产生的误差等几何畸变：产生了影像灰度分布之间的差异（相对移位、图形变化）摄影方位不同所产生的影像畸变由于地形坡度所产生的影像畸变等,最小二乘影像匹配的精度,相关系数法：相关系数越大，匹配质量越好。但是无法获得其精度指标最小二乘匹配算法：根据法方程式系数矩阵的逆矩阵，同时求得其精度指标,核线的性质：同名像点必然位于同名核线上沿核线（一维）进行相关计算,效果：沿同名核线进行相关计算会加快搜索速度和增加影像匹配的可靠性,过程：左核线上建立目标区，目标的长度为n个像素在右片上沿同名核线建立搜索区，其长度为m个像素计算相关系数:共计算个相关系数,注意事项：相似性测度一般是统计量，应有较多的样本进行估计（窗口中的像素数不应太少），目标区长，灰度信号重心与几何重心不重合，产生相关误差，目标区、搜索区都取二维窗口，搜索过程只在核线上进行,基于核线的一维影像匹配,基于特征的影像匹配基本思想：首先用某种特征提取算子提取左右影像中的特征(点、线、面)；然后对多提取的特征进行参数描述；最后一特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点,第3章遥感基础,遥感基础知识遥感图像特征常用卫星遥感简介遥感图像解译,基于特征的影像匹配基本思想：首先用某种特征提取算子提取左右影像中的特征(点、线、面)；然后对多提取的特征进行参数描述；最后一特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点,遥感基础知识,电磁波谱与电磁辐射传输电磁波谱紫外、可见光、红外大气窗口太阳辐射在到达地面之前穿过大气层，大气折射只是改变太阳辐射的方向，并不改变辐射的强度。但是大气反射、吸收和散射的共同影响却衰减了辐射强度，剩余部分才为透射部分。，有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为“大气窗口”。,遥感图像的辐射定标与大气校正系统辐射定标大气校正太阳位置引起的辐射误差校正地形坡度、坡向校正,地物波谱特性地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。测量地物的反射波谱特性曲线主要作用：它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。不同地物的波普反射曲线，其形态差异很大。典型的有水体，植被等。,遥感图像特征,遥感图像特征可归纳为几何特征、物理特征和时间特征，这三方面的表现特征为空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。,空间分辨率传感器瞬时视场内所观察到地面的大小。地面分辨率：影像能够详细区分的最小单元（像元）能代表的地面尺寸的大小。影像分辨率：地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映。一般来说，空间分辨率越高，识别物体的能力越强,光谱分辨率光谱探测能力，包括：传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。波段太多，输出数据量太大，加大处理工作量和判读难度。最佳探测波段，是指这些波段中探测各种目标之间和目标与背景之间，有最好的反差或波谱响应特性的差别。,时间分辨率定义：我们把传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔成为遥感图像的时间分辨率。应用：土地利用变化、洪水、绿地消长、城市热岛等,常用卫星遥感简介,卫星分辨率与成图比例尺的关系,常用卫星及其传感器Landsat卫星系列及其TM/ETM+传感器SPOT卫星系列及其传感器新型高分率卫星遥感卫星及传感器IKONOS、QuickBird、SPOT-5、P5、ALOS、WorldView-1、GeoEye-1等。国产卫星系列,遥感图像的解译,遥感图像解译的任务获取信息：目标地物的大小、形状及空间分布特点目标地物的属性特点目标地物的变化动态特点,遥感图像的解译标志定义：遥感图像光谱、辐射、空间和时间特征决定图像的视觉效果、表现形式和计算特点，并导致物体在图像上的差别。解译标志可以分为直接解译标志和间接解译标志,直接解译标志形状、大小、阴影、色调、颜色、纹理、图案、位置和布局间接解译标志并不直接与物体有关。它们自己不能确保对物体的识别，但却能指示出用直接标志不能确定的，或在图像上没有成像的那些物体的存在，它们有助于排除由分析直接标志所作结论的多义性，还能取得物体的补充特性。,应注意的问题由于遥感图像种类较多，投影性质、波谱特性、色调和比例尺等存在差异，故利用上述解译标志时应区分不同遥感图像的不同特点。彩红外图像、多光谱图像、假彩色合成图像、热红外图像、雷达图像等。,遥感图像的目视解译,目视解译的一般原则和步骤原则：总体观察，综合分析，对比分析，观察方法正确，尊重影像的客观实际，解译图像耐心认真，有价值的地方重点分析。步骤：从已知到未知，先易后难，先山区后平原，先地表后深部，先整体后局部，先宏观后微观，先图形后线性。,第4章摄影测量与遥感处理系统,数字摄影测量系统遥感数字图像处理系统机载LIDAR和车载移动测图系统,数字摄影测量系统,主要功能影像数字化影像预处理坐标量测影像定向自动空中三角测量构成核线影像影像匹配建立数字地面模型及其编辑自动绘制等高线,制作正射影像正射影像镶嵌与修补数字测图制作影像地图制作透视图、景观图制作立体匹配片GIS功能近景摄影测量功能遥感图像处理功能,常用数字摄影测量系统简介VirtuoZo数字摄影测量系统武汉大学张祖勋院士主持研发，是一个功能齐全、高度自动化的现代摄影测量系统，能完成从自动空中三角测量(AAT)到各种比例尺4D产品的测绘生产。JX-4数字摄影测量系统中国测绘科学研究院刘先林院士主持研发的一套半自动化的微机数字摄影测量系统。,遥感数字图像处理系统,遥感数字图像处理概述对遥感图像进行一系列操作，以求达到预期目的的技术称作遥感图像处理。可分为光学处理和遥感数字图像处理。内容包括：图像转换、数字图像校正、数字图像增强、多元信息融合、遥感数字图像计算机解译处理,遥感图像辐射处理遥感图像增强为了特定目的而突出遥感图像中的某些信息，削弱或出去某些不需要的信息，使图像更易判读。图像增强的实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。图像增强处理技术可分为空间域和频率域的处理。平滑和锐化图像平滑的目的在于消除各种干扰噪声，使图像中高频成分消退，平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。方法有领域平均法、低通滤波法。图像锐化的目的是增强图像中的高频成份，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差，也称为边缘增强，其结果与平滑相反。,遥感图像几何处理解决遥感图像的几何变形问题，对遥感图像进行几何纠正。分为光学纠正和数字纠正两大类。遥感图像几何变形误差分为静态误差和动态误差两大类。静态误差是传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差。动态误差是由于地球的旋转等因素所造成的图像变形误差。两个层次：第一是遥感图像的粗加工处理，第二是遥感图像的精纠正处理,1.粗加工处理遥感图像的粗纠正：仅做系统误差改正。当已知图像的构像方式时，就可以把与传感器有关的测定的校正数据，如传感器的外方位元素等代入构像公式对原始图像进行几何校正。粗纠正处理对传感器内部畸变的改正很有效，但处理后图像仍有较大的残差。,2.精纠正处理概念：消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。两个环节：像素坐标的变换，即将图像坐标转变为地图或地面坐标；坐标变换后的像素亮度值进行重采样,根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。根据所采用的数字模型确定纠正公式。根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。对原始影像进行几何变换计算，像素亮度值重采样。目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和随机场插值法等,图像的自动配准与数字镶嵌图像间的自动配准配准的目的多源数据进行比较和分析，图像融合、变化检测。配准的实质几何纠正。采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中。配准的方式图像间的匹配绝对配准配准步骤在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点。通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项式系数，从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠正。,数字图像镶嵌图像镶嵌：将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域图像。不同时间同一传感器获取，也可以是不同时间不同传感器获取，但同时要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠度。实质就是几何纠正（前提）,多源遥感数据的融合图像融合：将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。目的：从不同的遥感图像中获得更多有用的信息，补充单一传感器的不足。,遥感图像的自动识别分类常见的两种分类方法：监督分类和非监督分类1.数据预处理2.监督分类监督分类是基于我们对遥感图像上样本区内地物的类属已知，于是可以利用这些样本类别的特征作为依据来识别非样本数据的类别。监督分类的思想：首先根据已知的样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别准则，其中利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数的过程称之为学习或训练，然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数，再依据判别准则对该样本的所属类别作出判定。,3.非监督分类非监督分类：也称聚类分析，是事先对分类过程不施加任何先验知识，仅凭遥感图像地物的光谱特征的分布规律，进行自动分类。常用分类方法：K-均值聚类法、ISODATA算法聚类分析,遥感数字图像处理系统概要一个完整的遥感数字图像处理系统应包括硬件和软件两大部分。硬件系统：输入设备、输出设备、电子计算机存储设备以及系统操作台。软件系统：由许多图像处理控制程序、管理程序和图像处理算法程序组成。,机载LIDAR和车载移动测图系统,机载LIDAR系统机载LIDAR集激光测距仪、GPS全球定位系统、惯性导航系统（INS）于一体。航拍时，GPS确定传感器的空间位置（经纬度），惯导系统（INS）测量飞机的俯仰角、测滚角和航向角，激光测距仪直接测量地形。,LIDAR数据的优势：1、采用主动性工作方式，不受日照和天气条件的限制，全天候对地观测。2、发射的激光脉冲具有很强的穿透能力，能部分地穿透树林遮挡，直接获取真实地面的高精度三维信息。3、能快速获取大面积的目标空间信息，实现空间数据的及时采集，从而可以应用与需自动监控的行业。4、通过对目标的直接扫描来描述目标特征，使用庞大的点阵和浓密的格网来获取目标信息，采样点之间间隔很小，具有精度高、密度大的特点。5、既可以作为获取地表资源、环境信息的一种重要技术手段，又可以同其他技术手段集成使用，为数字地球信息智能化处理提供新的融合数据源。,车载移动测图系统移动测图系统(MMS)是指在移动载体平台上集成多种传感器，通过多种传感器自动采集各种三维连续地理空间数据，并使用一定的数据处理方法，对所采集的数据进行处理和加工，最终生成各种空间信息应用系统所需要的图形、数据等信息的科学和技术。MMS基本部件：系统控制模块、定位定姿模块、影像获取模块和数据处理模块。车载移动测图系统(L-MMS)是以汽车作为平台，它是在车上装备GPS接收机、CCD、INS等传感器和设备，在车辆高速行驶过程中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据。,第5章野外像片调绘与像片控制测量,野外像片调绘像片控制测量,野外像片调绘,像片判读特征与判读方法1.像片判读特征形状、大小、色调、阴影、纹形、布局、位置2.目视判读一般方法从宏观到细部，从一般细部到个别细部，从一只特征到位置特征，从局部特征到整个区域的判读特征。有直判法、对比法、综合判认法,像片调绘的基本知识像片调绘是以像片判读为基础，把航摄像片上的影像所代表的地物识别和辨认出来，并按照规定的图示符号和主机方式表示在航测像片上。,像片的综合取舍综合取舍对地物地貌进行选择和概括的过程像片调绘的基本作业流程准备工作像片判读综合取舍着铅询问检查量测补测新增地物清绘复查接边,主要地形目标的调绘像片调绘可采用全野外调绘法或室内综合调绘法。在调绘中应判读准确，描绘清楚，图示符号运用恰当，各种助剂准确无误。对地物地貌的取舍，以图面负载量和保持实地特征为原则。通过调绘获取成果后需要对调绘像片进行整饰和接边，以便提供下一工序使用。,调绘像片的整饰与接边调绘像片的整饰及时清绘，清绘时各种地物中心位置要准确，中心的、中心线应按图示规定绘出。调绘像片的接边a.图幅内部接边、幅与幅之间接边b.同期作业接边、不通气作业接边,新增地物的补测新增地物必须在调绘时进行补测，通常采用交会法、坐标法、截距法和比较法确定新增地物的位置。,像片控制测量,野外像片控制点的布点方案1.全野外布点方案通过野外控制测量获得的航片像片控制点不需内业加密，直接提供内业测图定向或纠正使用。2.非全野外布点方案按航线数分为单航线和区域网两种3.特殊情况的布点方案,野外控制点的选择航外像片控制点的布设不仅和布点方案有关，还须考虑航测成图过程中像点量测的精度、绝对定向和各类误差改正对像片控制点的具体点位要求。,野外控制点的编号、整饰和注记野外像片控制点的施测1.刺点目标的选择要求2.像片控点平面坐标和高程的施测先整体到局部，先控制后碎步3.控制点接边,第6章基于摄影测量与遥感的4D产品生产,4D产品生产的数据流解析空中三角测量数字高程模型(DEM)数字正射影像图(DOM)数字线划地图(DLG)数字栅格地图(DRG),4D产品生产的数据流数字摄影测量与遥感的产品主要包括3大类：1.影像类产品2.点和矢量类产品4D产品是指DEM、DOM、DLG和DRG。3.影像和矢量相结合的产品另外，还有各种可视化的立体模型，各种工程设计所需的三维信息，各种信息系统、数据库所需的空间信息等都属于数字摄影测量系统的产品范畴。,解析空中三角测量数字摄影测量与遥感的产品主要包括3大类：1.影像类产品2.点和矢量类产品4D产品是指DEM、DOM、DLG和DRG。3.影像和矢量相结合的产品另外，还有各种可视化的立体模型，各种工程设计所需的三维信息，各种信息系统、数据库所需的空间信息等都属于数字摄影测量系统的产品范畴。,解析空中三角测量,概述解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位原色及待定点的地面坐标。,空中三角测量、区域网平差,它是利用少量控制点对整个区域,所有影像恢复它们的外方位元素,解析空中三角测量分类,一、建立航带模型1、像点坐标量测及系统误差改正2、每个像对进行连续像对法相对定向：得到模型点在各自像空间辅助坐标系坐标（坐标原点和比例尺不同）,航带网法空中三角测量,S1,S2,S3,S4,各模型的像空间辅助坐标系相互平行，每个像对以左片为基础，求出右片相对左片的相对定向元素,模型点在各自像空间辅助坐标系坐标,3、模型连接：利用相邻模型公共点在像空间辅助坐标系的坐标应相等，求出比例尺归化系数，得到模型点在统一的航带像空间辅助坐标系坐标,S2,S3,M1,M2,S1,模型和模型比例尺不等，公共点在模型位于M1,在模型位于M2（错开），需要统一,比例尺归化：对模型的比例尺进行归化，与模型具有相同的比例尺，使M1、M2重合,计算方法：,一般在模型重叠区域内取上、中、下三个点测求比例归化系数，取算术平均值,将模型点的坐标都纳入到全航带统一的像空间辅助坐标系（第一张像片的像空间（辅助）坐标系）（一个一个像对依次进行）,S1,S2,S3,S4,每一模型的左站在统一的像空间辅助坐标系坐标,计算顺序：后一模型向前一模型进行归化计算,模型点在统一的像空间辅助坐标系中坐标(以米为单位）：,二、航带模型的绝对定向：将模型点在统一的航带像空间辅助坐标系坐标变换为航带统一的地面摄影测量坐标,为整体平差方便，改成以米为单位：坐标值乘以摄影比例尺分母再除以1000，用m表示,重心化,三、航带网的非线性变形改正：问题的提出：航带模型仍存在偶然误差和残余的系统误差的影响，模型连接时误差的累积使航带产生变形，致使绝对定向后获得的地面坐标只是概略值,改正方法：用待定参数构成的多项式来逼进复杂的变形曲面，通过最小二乘拟合，使控制点处的变形值与实际相差最小，平差解求多项式的系数，进行坐标的改正，消除误差的影响,解决的办法：航带网的非线性变形改正,观测误差的累计影响使X、Y、Z呈现明显的误差,四、航带网区域网平差:由几条航带构成一个区域，整体平差解求各航带的非线性变形改正系数，求得整个测区内全部待定点的坐标，主要过程：,各像对进行连续像对相对定向：得到像点在各自坐标模型连接：求比例尺归化系数，得到模型点在统一的航带坐标各航带模型的绝对定向：将模型点在统一坐标变换到全区域统一的地面摄影测量坐标系（各航带坐标重心化）,修正后的坐标,航带网的非线性变形改正：平差整体解求航带的非线性改正系数，进行坐标的改正，得到改正后的坐标值,独立模型法解析空三,基本思想：每像对进行独立像对法相对定向：得到模型点在每个像对的像空间辅助坐标系的坐标各模型进行绝对定向：在满足模型公共点（连接点）的坐标应相等及控制点的计算坐标应与实测坐标相等的条件下，平差整体解求每个模型的七个绝对定向元素，求出所有加密点的地面坐标（公共点取均值）,各单元模型分别进行空间相似变换,光束法区域网空中三角测量,一、光束法区域网基本思想以每张像片一束光线为单元，区域内每张像片的控制点、加密点都列立共线条件方程式建立全区域统一的误差方程，统一平差解算，整体解求区域内每张像片的6个外方位元素所有加密点的地面坐标,为计算方便，可消去一类未知数，得到改化法方程（消去X）,法方程,加密（待定）点坐标：多片前方交会,二、三种区域网平差方法的比较,独立模型法：较航带法严密计算较费时不能很好地消除系统误差的影响，对粗差有较好的抵抗能力,航带法：分步近似平差，不严密，精度较差计算速度快，可以提供初始值,光束法：理论最严密，精度最高，成为解析空三的主流方法计算量最大以像点坐标为观测值，对系统误差反映最敏感，通过自检校法消除系统误差，达到厘米级精度可方便地加入粗差检测，对粗差有较好的抵抗能力,三、解析空三的精度分析,误差分布的规律1、最弱精度位于区域四周，平面控制点应布设在四周2、控制点稀疏布点时，理论精度随区域的增大而降低；增大旁向重叠度，可以提高理论精度3、周边密集布点，光束法的精度不随区域大小改变，是常数4、高程理论精度取决于高程控制点间的跨度与区域大小无关,由平差可以得到坐标的理论精度,实际精度：通过多余控制点的地面实际测量坐标与摄影测量加密坐标值的差值（真误差）估计点位精度：,理论精度：反映偶然误差的影响，与控制点点位的分布有关实际情况：受偶然误差和残余系统误差的综合影响，理论精度与实际精度有差异,实际的解算结果仍呈现明显的系统误差和不正常情况（如光束法区域网平差精度低于独立模型法等），需进一步进行残余系统误差的改正,GPS辅助空中三角测量简介,GPS定位技术定位特点：实时、快速、精确,给解析空三带来怎样的影响？,将摄站的高精度三维坐标做观测值，以减少地面控制点，与摄影测量数据一起进行联合平差,作业过程：分别在地面基准站和飞机设置至少两台GPS接收机GPS数据处理，解求摄站坐标将GPS摄站坐标视为带权观测值，与摄影测量数据一起进行联合平差,单差分方式相对动态GPS定位示意图,带GPS的航空摄影,效果：,无失锁、周跳等信号间断，不考虑基准，GPS摄站坐标可完全取代地面控制为解决基准问题，改正由于失锁、周跳等引起的系统误差，需加入少量控制可用于生产,POS辅助空中三角测量POS（Position&OrientationSystem）系统直接获取摄影曝光时刻航摄仪的空间位置和姿态，即影像的外方位元素：1.差分GPS获取高精度位置测量数据2.高精度惯导系统（INS）输出高采样率的位置数据，通过差分GPS修正惯导系统可以获取高精度、高采样率的位置信息，惯导系统的精密陀螺可以输出高精度的姿态数据,机载POS系统的组成：a.惯性测量装置(IMU)b.GPS接收机c.计算机系统d.数据后处理团建,POS系统与航空摄影系统的集成：将POS系统和航摄仪集成在一起，通过GPS载波相位差分定位获取航摄仪的位置参数及惯性测量单元IMU测定航摄仪的姿态参数，经IMU、DGPS数据的联合处理，可直接获得测图所需的每张像片6个外方位元素，从能够大大减少乃至无须地面控制直接进行航空影像的空间地理定位，为航空影像的进一步应用提供快速、便捷的技术手段。,数字高程模型(DEM),数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）：是表示区域D上地形的三维向量有限序列.Vi=（Xi，Yi，Zi），i=1，2，n其中（Xi，Yi）D是平面坐标，Zi是（Xi，Yi）对应的高程.DEM是DTM的一个子集，是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达，是DTM的地形分量。,地面信息的不同表达方式,地形图：优点：直观，便于人工使用缺点：计算机不能直接利用，不能满足自动化要求，管理不便,DTM：地表信息的数字表达形式,优点：直接输入计算机，计算机辅助设计，便于修改、更新、管理，便于转换成其它形式的产品,数字高程模型DEM表示形式,规则矩形格网（Grid),利用一系列在X，Y方向上等间隔排列的地形点的高程Z表示地形，形成一个矩形格网DEM,DEM：基本信息+规则存放的高程值,优点：存储量最小，易管理，应用最广泛,缺点：不能准确表达地形的结构和细部,任一点P(i,j)的,优点：顾及地貌特征点、线，表达复杂地形较准确,缺点：数据量大，结构复杂，应用、管理复杂,不规则三角网(TIN)：按地形特征采集的点以一定规则连接成覆盖整个区域互不重叠的三角形,数据点的获取,DEM数据采集方法野外实测：全站仪、GPS施测现有图数字化手扶跟踪数字化扫描数字化摄影测量方法解析测图仪、自动化的测图系统进行采集（自动化DEM数据采集）空间传感器：遥感系统、雷达等,格式转换：数据格式不同，转换为内插软件需要的格式坐标系统的变换：变换到地面坐标系，一般采用国家坐标数据编辑：交互方式，查错、补测栅格数据转换为