注册测绘师培训--摄影测量与遥感

摄影测量与遥感知识培训,二一二年八月,主要内容,一、摄影测量的基本知识,1.概念：它是对非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。其中，摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于提取物理信息。2.摄影测量发展阶段发展阶段原始资料投影方式仪器产品模拟摄影测量相片物理投影A10、多倍仪、B8S模拟产品（纸图）解析摄影测量相片数字投影C100数字、模拟产品数字摄影测量数字影像数字投影VirtuoZo、JXC4数字、模拟产品,一、摄影测量的基本知识,2.产品：在摄影测量领域中常见的产品有DEM、DSM、DOM、TDOM、DLG等。用摄影测量的方法常见的成图比例尺覆盖1:10001:50000的范围。是现行使用最为广泛的，生产效率最高的一种成图方法。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（1）摄影测量常用坐标系,像平面坐标系：o-xy像平面内的直角坐标系，摄影中心线与像平面的交点o称为影像的像主点,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（1）摄影测量常用坐标系,像空间直角坐标系：S-xyz是以摄站点（投影中心）S为坐标原点，摄影仪的主光轴So为坐标Z轴，x、y轴分别与像平面坐标系x、y轴平行。在这个坐标系中，每一个像点的z坐标都等于So的长，但是负值。它是一种过渡坐标系。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（1）摄影测量常用坐标系,像空间辅助坐标系：S-XYZ是以摄站点（投影中心）S为原点，铅垂线方向（或设定的竖直方向）为Z轴，取航线方向为X轴。,一、摄影测量与遥感的基本知识,3.常用知识点（1）摄影测量常用坐标系,摄影测量坐标系：A-XpYpZp用来描述摄影测量过程中模型点的坐标，通常以地面上的某一点P为坐标原点，其坐标轴与像空间辅助坐标系坐标轴平行。物空间坐标系：O-XtYtZt测绘中所用的地面测量坐标系，是摄影测量中唯一左手握坐标系。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（2）内外方位元素,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，确定投影中心（物镜后节点）相对于像平面位置关系的参数。内方位元素一般为已知。三个参数：主光轴在影像上的垂足相对于影像中心的位置x0、y0和影像的垂足f。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（2）内外方位元素,Xtp,Ytp,Ztp,O,o,X,Y,Z,N,o,O,外方位元素：确定影像在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。3个线元素，Xt、Yt、Zt；三个角元素，、航向倾角：指主光轴So在XZ平面上的投影与Z轴的夹角；旁向倾角：指主光轴与其在XZ平面上的投影之间的夹角；像片旋角：指YSo平面在像片上的交线与像平面坐标系的y轴之间的夹角。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（3）共线方程（摄影测量学中最重要的公式）,公式中：3个外方位元素：Xs,Ys,Zs(为摄站点的物方空间坐标)3个内方位元素：x0,y0,f3个地面点坐标：X,Y,Z（物方点的物方空间坐标）2个像点坐标：x，y（像点的像平面坐标）ai，bi，ci(i=1,2,3)为影像3个外方位角元素组成的9个方向余弦用途：单像对空间后方交会和多像对空间前方交会；是解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型；是构成数字投影的基础；计算模拟影像数据（就是已知内外方位元素和物点坐标求像点坐标）；可利用DEM与共线方程制作DOM；可利用DEM与共线方程进行单影像测图。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（4）内定向：就是根据像片的框标和相应的摄影机检定参数，恢复像片与摄影机的相关位置，即建立像片坐标系。内定向的目的是将传统的扫描像片的扫描坐标纠正到像片坐标，通常方法是像片的周边有一系列的框标点，通常有4个或8个，它们的像片坐标是事先经过严格校正过的，利用这些点构成一个仿射变换的模型（或多项式），把像素纠正到像片坐标系。通过这一步基本上消除了像片因扫描、压平等因素导致的变形。现代数码相机是直接获取数字影像，因此在处理过程中直接使用内定向参数，得到内定向文件，不需要进行内定向过程的解算。,p,x,y,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（4）相对定向：是确定两张影像相对位置关系。用来描述两张影像的相对位置和姿态关系的参数为相对定向元素，相对定向的目的是为了建立立体模型，完成标志是同名光线对对相交于核面内，所有点在承影面上的上下视差为零。连续像对5个相对定向元素是By、Bz、单独相对5个相对定向元素是1、1、2、2、2现代数字摄影测量是利用计算机自动观测同名点，通过量测6个以上同名点的像片坐标，利用最小二乘解求,2,1,2,1,2,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（5）绝对定向：描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。是通过将相对定向建立的立体模型进行缩放、旋转、平移，使其达到绝对位置。，X0，Y0，Z0，（7个参数）相对定向建立了立体模型，绝对定向是把建立的立体模型进行平移、旋转和缩放，以便纳入到地面测量坐标系中，并归化到制图比例尺。至少需要不在一条直线上的2个平高点和1个高程点，实际生产中，一般是在四角布设4个平高点，因此，有多余观测值，可按照最小二乘法平差解求。,一、摄影测量的基本知识,3.常用知识点（6）像点位移：当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移，后者也专称为“投影差”。,像片倾斜引起的像点位移,地形起伏引起的像点位移,二、摄影测量数据获取,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求航摄影像是航摄成图的原始资料，航空摄影质量的好坏直接影响后续成图的难易和成图的精度，因此对于航摄质量有以下一些基本要求：（1）航摄像片倾角航摄仪主光轴与铅垂线的夹角一般要求小于3称为垂直摄影大于3取得的像片称为倾斜摄影倾斜摄影是最近出现的传统航空摄影技术与近景摄影测量技术的融合，在数字城市立体建模中有较好的应用,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求（2）航摄比例尺是航摄仪焦距与航高的比值S=f/H。这是理想状况，飞机会有颠簸，所以要控制飞机颠簸的正负高度不能超限，一般要求航高变化范围5%H，同一航线上相邻像片的航高差不得大于30m，最大航高与最小航高之差不得大于50m。根据不同航摄仪，成图比例尺与摄影比例尺有对应参考关系，一般为成图比例的46倍。比例尺类型航摄比例尺成图比例尺地面采样间距(GSD)大比例尺1：20001：30001：5004cm1：40001：60001：1000714cm1：80001：120001：20001428cm中比例尺1：100001：200001：50002040cm1：200001：400001：100004080cm小比例尺1：250001：600001：2500050120cm1：350001：800001：5000070160cm,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求（2）像片重叠度像片重叠度分为航向重叠度和旁向重叠度一般要求：航向最小不少于53%，最好保持在60%65%旁向最小不少于15%，最好保持在30%35%真正射要求航向大于75%，旁向大于60%,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求（3）航线弯曲度把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲,航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。要求航线弯曲度3%,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求（5）航摄仪的辅助设备像移补偿装置：由于航摄时飞机飞行速度很快，在摄影仪成像面上的地物构象在沿着航线方向上移动，从而导致影像模糊。航摄滤光片：能尽可能消除空中蒙雾亮度的影响，提高景物的反差。还能消除或减弱某一波谱带的作用，还能对焦平面上的照度进行均匀分布。自动曝光系统：,二、摄影测量数据获取,1.航摄影像获取的一般要求（4）像片旋偏角相邻像片像主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线间的夹角。要求一般不大于6，最大不超过8（且不能连续三片）。,像片旋角过大会减少立体像对的有效范围，产生绝对漏洞,二、摄影测量数据获取,2.常见航摄仪介绍（1）胶片式RC系列：RC10、RC20、RC30；像幅23cm*23cm；有多种焦距；像素大小依据扫描而定。RMK系列：像幅23cm*23cm；有5种焦距；像素大小依据扫描而定。（2）数码式ZIImaginDMC：f=120mm；9.16cm*16.588cm；7680*13824；12MicrosoftVexcelUCD:f=105.2mm；6.75cm*10.35cm；7500*11500；9UCX：f=100.5mm；6.78cm*10.39cm；9420*14430；7.2UCXp-WA：f=70mm；6.786cm*10.386cm；11310*17310；6LeicADS40:f=62.77mm；12000；6.5中国SWDC-4：f=50.2mm；7.2cm*10.35cm；8000*11500；9,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,（4）航摄因子的计算,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,二、摄影测量数据获取,3.航空摄影流程,航摄准备航摄设计空中摄影摄影处理质量检查成果提交,设备的检测航摄试片航空摄影填写飞行日志,配置冲洗药液胶片冲洗像片印制,像片重叠度像片倾斜角像片旋偏角航线弯曲度摄站航高差航摄漏洞航线偏差影像质量,航摄分区略图航片索引图航摄底片、像片航摄仪检定表航摄底片压平质量检测数据表航摄底片密度抽样测定数据表航摄飞行报告附属仪器记录数据成果质量检查报告技术总结航摄资料移交书合同规定的其他资料,三、摄影测量数据处理技术,三、摄影测量数据处理技术,1.像控点布设A.常规区域网布点控制点应选在旁向重叠中线附近，离开方位线的距离应大于3cm（18cm18cm像幅）或4.5cm(23cm23cm像幅)。当旁向重叠过大，离开方位线的距离应大于2cm（18cm18cm像幅）或3cm(23cm23cm像幅)；否则应分别布点。,通过野外控制测量获得航摄像片定向所需的控制点,三、摄影测量数据处理技术,1.像控点布设,常规区域网布点，区域网之间的像控点应尽量选择在上、下航线重叠的中间，相邻区域网尽量公用。区域网的区域单元大小应当采用4条航线，每条航线的基线数不超过12条。平高点的旁向跨度为2条航线，航向跨度不超过4条基线。对不规则区域网，应在凸角处增补平高点，凹角处增补高程点。但当凹凸角之间距离超过2条基线时，凹角处亦应布平高点。当像主点或标准点位落水时，落水范围的大小和位置如不影响模型连接，可仍按正常航线布点。当航向三片重叠范围内选不出连接点时，落水像对应按全野外布点。当定向点的标准点位置附近落水，离开方位线4cm以外的航向三片重叠选不出连接点时，落水像对要采取全野外布点。,三、摄影测量数据处理技术,1.像控点布设B.GPS辅助空三布点方案,三、摄影测量数据处理技术,2.立体测图原理,人造立体观察条件，恢复摄影时的状态，使人眼感觉是在空中看地面一样。立体像对分像条件两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行两像片的比例尺应相近（差别2倍高程中误差时，视为粗差点，需重建立体模型并修测和重新接边,三、摄影测量数据处理技术,5.DOM数据生产（1）DOM概念,数字正射影像图DOM是利用航空/卫星遥感影像，经像元纠正（数字微分纠正技术），按图幅拼接后裁切成的影像图,三、摄影测量数据处理技术,5.DOM数据生产（2）真正射影像,使用DSM纠正原始影像需要高重叠率的原始影像航向：75%以上旁向：65%以上,三、摄影测量数据处理技术,5.DOM数据生产（3）DOM基本要求,航摄比例尺技术指标（影像分辨率、灰阶、波段）精度（平面精度）DEM精度影像色彩（色彩、反差、色调）影像数据文件格式（GeoTIFF、TIFF+TFW）,三、摄影测量数据处理技术,5.DOM数据生产（4）DOM技术指标示例,三、摄影测量数据处理技术,5.DOM数据生产（5）DOM制作流程,资料准备色彩调整DEM采集影像纠正影像镶嵌图幅裁切质量检查成果整理与提交,数字/数字化航摄影像解析空中三角测量成果DEM成果技术设计书,影像匀光（影像内光照均匀）影像匀色（色调一致，色彩均匀）,空间参考坐标系像点坐标精度相邻影像的镶嵌误差相邻影像的接边误差DOM质量逻辑一致性附件质量,DOM数据文件DOM镶嵌线数据文件元数据文件DOM数据文件结合表质量检查记录质量检查报告技术总结报告,按图幅范围选取待镶嵌DOM相邻DOM间选编镶嵌线按镶嵌线裁切单幅DOM,三、摄影测量数据处理技术,6.DLG数据生产（1）DLG概念,数字线划图DLG是现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集,三、摄影测量数据处理技术,6.DLG数据生产（2）DLG生产方法,航空摄影测量法先外后内测图方式先内后外测图方式内外采编一体化测图方式航天遥感测量法地形图扫描矢量化法数字线化图缩编法全野外采集法（1:500）,三、摄影测量数据处理技术,6.DLG数据生产（3）DLG基本要求,航摄比例尺平面精度高程精度（高程点和等高线）高程注记点位置和数量,三、摄影测量数据处理技术,6.DLG数据生产（4）DLG生产流程,资料准备像对定向外业调绘与补测立体测图图形编辑与接边质量检查成果整理与提交,数字/数字化航摄影像解析空中三角测量成果测区较小比例尺地形图外业调绘片技术设计书上工序检查验收报告,内定向：内定向框标点量测误差0.01mm相对定向：相对定向点残余上下视差Dq0.008mm绝对定向：绝对定向点坐标残差Ds0.0002M，Dz0.75倍加密点高程中误差,居民地（房檐改正、轮廓闭合、周围建筑关系）点状地物（突出表示、可移位0.2mm表示）交通设施（单双线表示、可移位0.2mm表示）管线（过城区可断开但需示意连线方向）水系（河流遇桥等应中断、陡坎边线可代替水涯线）境界（境界线不得中断、离线状地物0.2mm表示）等高线（遇建筑物等要中断、加绘示坡线）植被（绘地类界、符号均匀配置）注记（明确判读、字头朝北或向山顶、间隔0.2mm）接边（线状要素合理、完整、无缝）,空间参考坐标系（大地基准、高程、地图投影）位置精度（平面、高程、几何位移、矢量接边）属性精度（分类代码和属性的正确性）完整性（地图基本要素完整性、地形地物的遗漏）逻辑一致性（概念、拓扑、格式）表征性（几何及地理表达、符号、注记、整饰）附件质量（元数据、图历薄完整性、正确性）,DLG数据文件回放DLG元数据文件DLG数据结合表质量检查报告技术总结报告,四、遥感基础,四、遥感基础,1.卫星遥感中常见的波谱,交变的电场和磁场相互激发所形成的连续不断的电磁振荡现象,四、遥感基础,2.卫星遥感中的大气窗口,在通过大气窗口时较少被散射、吸收和反射的电磁波谱,四、遥感基础,3.辐射校正与大气校正,系统辐射定标：死像元（散粒噪声）、暗条带大气校正：辐射传输模型、实测光谱数据、影像特征太阳位置引起的辐射误差校正：阴影遮盖地物地形坡度、坡向校正：地形起伏引起的光照变化,辐射误差：传感器接收的信号与物体的实际光谱之间的差异影响因素：传感器的响应特性、大气散射和吸收、太阳光照条件、地物反射或发射特性、地形坡度坡向等,四、遥感基础,4.遥感图像特征,遥感图像的特征包括：几何特征、物理特征和时间特征。具体表现为：,空间分辨率：遥感影像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小。空间分辨率越高，识别物体的能力越强光谱分辨率：传感器所能记录的电磁波谱中某一特定波长的范围值。光谱分辨率越高，波长范围越窄（红绿蓝红外）时间分辨率：（重访周期）