摄影测量学3-3

第三章双像解析摄影测量,解求地面点空间位置的方法：,（1）后交前交（2）相对绝对定向（3）光束法（一步定向）,知识回顾,单张像片的后方交会（三个或三个以上地面控制点）三个以上控制点及像点，利用中心投影构像方程，解求外方位元素。立体像对的前方交会在外方位元素已知的基础上，解求地面点坐标（地面摄影测量坐标系）,相对绝对定向,知识回顾,相对定向:同名光线对对相交必交于地面上的点。共面方程：相对定向元素：5个需要控制点个数：0个,绝对定向：根据像控点确定立体模型比例尺和在地面坐标系中所处方位的过程。控制点个数：平高控制点2个和高程控制点1个,后交-前交交会,相对-绝对定向,计算公式比较多，最后的点位精度取决于相对定向和绝对定向的精度，用这种方法的解算结果不能严格表达一幅影像的外方位元素;,前交的结果依赖于后方交会的精度，前交过程中没有利用多余条件进行平差计算；,3个平高点,2个平高点+1个高程点,方法,严密性,控制点数,3.9光束法双像解析摄影测量,用已知少数控制点以及待求地面点，在像对内以共线方程式为基础，未知点和控制点同时列误差方程，联合解算，同时解求两张像片的外方位元素与待定点坐标。,光束法原理一步定向,精度较高，较严密,3.9光束法双像解析摄影测量,待定,共线方程：,未知数：个外方位元素待定点地面摄影测量坐标,已知值：像控点大地坐标,观测值：像控点像点坐标和待定点像点坐标,3.9光束法双像解析摄影测量,对共线方程线性化，有,（在共线条件下）,3.9光束法双像解析摄影测量,带入泰勒公式展开的上式中，并整理得：,3.9光束法双像解析摄影测量,同理，右片的外方位元素用带撇的符号表示，右片上的像点列出的误差方程式：,3.9光束法双像解析摄影测量,写成：,对控制点,3.9光束法双像解析摄影测量,一个立体像对中有个平高控制点和个待求点,未知数的个数：,误差方程式个数：,个平高控制点：,各待求点：,两张像片的外方位元素：,各待求点：,多余观测数：,按未知数的类型将误差方程式写成矩阵形式：,：左像点列出的误差方程式；,：右像点列出的误差方程式；,：左像片外方位元素组成的列矩阵；,：右像片外方位元素组成的列矩阵；,：待求点坐标改正数组成的列矩阵；,3.9光束法双像解析摄影测量,总的误差方程式：,对于控制点来说，,法方程式：,两类未知数的法方程,3.9光束法双像解析摄影测量,3.9光束法双像解析摄影测量,利用消元法消去未知数X，保留外方位元素改正数，得改化法方程：,利用上式，可以求得待求点坐标改正数的改化法方程：,求得所有改正数以后，加近似值作为新的近似值，计算反复迭代，知道满足一定的精度要求为止。,双像解析摄测三种方法比较,1、假如一个立体像对上有3个待求点（如图1中所示），试述可用哪些方法解算待求点的三维空间坐标。请简要叙述具体方案和解算步骤。,思考题,要点：1)空间后方交会-空间前方交会：由于空间后方交会至少需要3个平高控制点，通常采用4个平高控制点，按最小二乘平差方法解算单张像片6个外方位元素。故该方法不适合；2)相对定向-绝对定向：相对定向完成后，绝对定向通常采用3个平高控制点按最小二乘平差方法解算7个绝对定向元素。上述问题中，控制点数量不足以解决该绝对定向问题。故该方法不适合；3)光束法：上述问题中，2个平高控制点和1个高程控制点可以确定平差的基准，多余观测个数r=(262)-(62+33)=30，故可用该方法解决上述问题。,GPS接收机,3.10GPS辅助空中三角测量,NavigationbysatelliteTimingAndRanging(NAVSTAR)/GlobalPositionAndSystem(GPS)的简称。,它的含义是利用导航卫星进行授时和测距的全球定位系统。,3.10GPS辅助空中三角测量,一、GPS坐标系统,GPS系统所用的坐标系统是WGS-84世界大地坐标系统（WorldGeodeticSystem）。,3.10GPS辅助空中三角测量,二、GPS系统的组成,GPS系统由空间星座（空间部分）、地面支持系统（地面监控部分）和GPS接收机（用户部分）。,卫星,接收机,地面监控系统,3.10GPS辅助空中三角测量,三、GPS在摄影测量中的应用,1.航摄飞机的实时导航，获得高质量的像片。,2.确定摄站坐标，引入空中三角测量区域网平差，以减少地面控制点甚至完全取代地面控制点。,3.与惯性导航系统INS结合测定摄影机的姿态参数，使空中三角测量变得简单甚至取消。,4.用于非摄影测量传感器的定位。,四、GPS辅助空中三角测量,利用机载GPS接收机与地面基准点的GPS接收机同时、快速的记录相同时段卫星的信号。采用后差分技术获取摄影机曝光时刻摄站得高精度三维坐标。作为区域网平差中的非摄影测量观测值，以空中控制取代（减少）地面控制。经采用统一的数学模型算法，整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。,3.10GPS辅助空中三角测量,本章小结,重点：人造立体视觉产生的条件立体像对中特殊的点线面（同名像点，同名光线，同名核线等）双像解析摄影测量常用的方法”（1）后方交会-前方交会（2）相对定向绝对定向（3）光书法平差（一步定向）,每个立体像对都需要四个控制点，若测区范围有多个立体像对，则需要大量的地面控制点。,能否只测少量控制点，加密出立体像对所需控制点,解析空中三角测量,？,第四章解析法空中三角测量,采用解析法空中三角测量，通过内业加密出每个像对所要求的控制点用于测图。,用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。,目的：,摄影测量加密,解析空中三角测量：以像片上量测的像点坐标为依据，采用一定的数学模型，用少量控制点作为平差条件，解求加密点物方坐标的理论方法或作业过程。,要将空中摄站及影像放到整个的加密网中，起到点的传递和构网作用，故被称为空中三角测量。,一、空中三角测量意义：,(1)不需直接触及被量测的目标或物体凡是在影像上可以看到的目标，不受地面通视条件限制，均可以测定其位置和几何形状；,(2)可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作；,(3)摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响；,3.10解析法空中三角测量简介,二、进行解析空中三角测量所必需的信息:解析空中三角测量不仅要利用所摄目标地区的影像所提供的摄影测量信息，还要利用确定平差基准(即网的绝对位置)的非摄影测量信息，从而测定所摄影像的方位元素或未知点的物方空间坐标。由于它不同于大地测量中的三角测量控制网，而是要将空中摄站及影像放到加密的整个网中，起到点的传递和构网的作用，故通常被称为空中三角测量。,3.10解析法空中三角测量,（1）摄影测量信息影像上量测的控制点、定向点、连接点及待求点的影像坐标，或在所建立的立体模型上量测的上述各类点的模型坐标。（2）非摄影测量信息：主要指将空中三角测量网纳入到规定物方坐标系所必须的基准信息。同时还要考虑到不同方法求解时的几何可测定性和对影像系统误差的有效改正。,3.10解析法空中三角测量,长期以来，人们主要是利用若干已知大地测量坐标的物方控制点作为平差的基准信息。然而从摄影测量观测值与非摄影测量观测值的联合平差意义上讲，非摄影测量信息中还包括直接的大地测量观测值、导航数据所提供的影像外方位元素以及物方点之间存在的相对控制条件等,3.10解析法空中三角测量简介,三、解析空中三角测量采用的方法,航带法解析空中三角测量,独立模型法解析空中三角测量,光束法解析空中三角测量,首先要把许多立体像对所构成的单个模型连接成航带模型，然后把一个航带模型视为一个单元模型进行解析处理。由于在单个模型连成航带模型的过程中，各单个模型中的偶然误差和残余的系统误差将传递到下一个模型中去，这些误差传递累积的结果会使航带模型产生扭曲变形，所以航带模型经绝对定向以后还需作模型的非线性改正。,（1）、航带法空中三角测量,航带法空中三角测量的基本思想：,研究的对象：是一条航带的模型。,3.10解析法空中三角测量,航带法空中三角测量的主要工作流程：,像点坐标的量测和系统误差改正,像对的相对定向,模型连接及航带网的构成,航带模型的绝对定向,航带模型的非线性改正,模型连接及航带网的构成和航带模型非线性改正,3.10解析法空中三角测量,3.10解析法空中三角测量,（2）、独立模型法解析空中三角测量,基本思想：独立模型法空中三角测量是把单元模型视为刚体，利用各单元模型间的公共点彼此连接成一个区域。在连接过程中，每个单元模型只做旋转、缩放和平移。在变换中要使模型间公共点的坐标尽可能一致，控制点的摄测坐标与其地面坐标尽可能一致，同时观测值的改正数的平方和最小，然后按照最小二乘法原理求得待定点的地面摄测坐标。,3.10解析法空中三角测量,（3）、光束法解析空中三角测量,以每张像片为单元，以共线方程为依据，在像片上量测出各控制点和加密点的像点坐标后，进行区域网的概算，以确定区域中各像片的外方位元素及加密点坐标的近似值。而后依据共线条件按控制点和加密点分别列误差方程式，进行全区域的统一平差计算，解求各像片的外方位元紊和加密的地面坐标。,其原理就是光束法双像解析摄影测量,三种解析空中三角测量方法比较,3.10解析法空中三角测量简介,四、摄影测量加密方法已成为一种十分重要的点位测定方法，主要应用：,(4)单元模型中解析计算大量点的地面坐标，用于诸如数字高程模型采样或桩点法测图。,(1)为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点(图上精度要求在0.1mm以内)和内、外方位元素；,(2)取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定(要求精度为厘米级)；,(3)用于地籍测量以测定大范围内界址点的国家统一坐标，称为地籍摄影测量，以建立坐标地籍(厘米级)；,(5)解析法地面摄影测量，例如各类建筑物变形测量、工业测量以及用影像重建物方目标。,GPS接收机,3.11全球定位系统GPS辅助空中三角测量,NavigationbysatelliteTimingAndRanging(NAVSTAR)/GlobalPositionAndSystem(GPS)的简称。,它的含义是利用导航卫星进行授时和测距的全球定位系统。,3.11全球定位系统GPS辅助空中三角测量,一、GPS坐标系统,GPS系统所用的坐标系统是WGS-84世界大地坐标系统（WorldGeodeticSystem）。,3.11全球定位系统GPS辅助空中三角测量,二、GPS系统的组成,GPS系统由空间星座（空间部分）、地面支持系统（地面监控部分）和GPS接收机（用户部分）。,卫星,接收机,地面监控系统,3.11全球定位系统GPS辅助空中三角测量,三、GPS在摄影测量中的应用,1.航摄飞机的实时导航，获得高质量的像片。,2.确定摄站坐标，引入空中三角测量区域网平差，以减少地面控制点甚至完全取代地面控制点。,3.与惯性导航系统INS结合测定摄影机的姿态参数，使空中三角测量变得简单甚至取消。,4.用于非摄影测量传感器的定位。,四、GPS辅助空中三角测量,利用机载GPS接收机与地面