数字摄影测量 教案 01讲 绪论

PAGE7《数字摄影测量》课程教案（2021学年第二学期）课程编码：HSAC02授课单位：气象与海洋测绘教研室授课对象：海道测量专业课程学时：64授课时间：授课教员：审批人：（20年月日）章节名称第一章绪论授课类型理论课√实作（验）课授课学时2累计学时2课前复习授课思路通过时事引入课程，在简单介绍课程基本情况基础上，依次展开对摄影测量的发展、摄影测量的过程、航摄资料的技术要求等方面内容的讲解，教学过程教学内容预定时间1引入、课程介绍7分钟2有关概念12分钟3海岸带摄影测量的意义5分钟4摄影测量的发展16分钟5摄影测量的过程9分钟6航摄资料的技术要求34分钟7小结、作业7分钟89101113课后作业1.简述摄影测量的发展历史。2.摄影测量分为哪几类？3.复述航摄资料的技术要求需用教具多媒体设备。教学内容：第一章绪论教学目的：（1）说出海岸带摄影测量的意义。（2）说出摄影测量的发展历程。（3）描述摄影测量的过程。（4）复述航摄资料的技术要求。教学重点：摄影测量的过程、航摄资料的技术要求。教学难点：航摄资料的技术要求。引入从钓鱼岛领海基点的宣布、本拉登住所的确定、朝鲜核反应堆位置的曝光等事情，引出本课程。（过渡）作为新课程的第一次课，有必要介绍一下课程的开设背景及主要内容。*开设背景（一）部队新技术应用2010年开始应用于东海舰队侦测船大队，2011年扩展到南海舰队海测船大队，2012年全面应用于三大舰队。（二）学校教学改革2010年学校启动新一轮教学改革，引入“基于工作过程的课程体系开发”理念，要求按照部队士官工作岗位重新构建专业课程，本专业依据海测部队岗位：地形测量班、水深测量班、重力测量班、磁力测量班、地貌与底质测量班，开设了《地形测量》、《水深测量》、《海洋重力与磁力测量》、《海底地貌与底质探测》岗位任务课程，并结合航空摄影测量已全面应用于海测部队实际，开设了《海岸带摄影测量》课程。*主要内容（一）基础篇1.单张像片解析2.立体像对解析3.解析空中三角测量4.像片判读与调绘（二）任务篇任务一数字摄影测量产品生成1.数字高程模型生成2.数字正射影像图生成3.数字线划图生成4.数字影像栅格图生成任务二无人机摄影测量（过渡）以上是课程的基本情况，下面，言归正传，正式进入本课程的学习。围绕教学目标，本次课介绍一下五个方面内容：一、摄影测量的有关概念二、海岸带摄影测量的意义三、摄影测量的发展四、摄影测量的过程五、航摄资料的技术要求新课讲授一、摄影测量的有关概念（一）摄影测量摄影测量是利用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信息的一门工艺、科学和技术。（二）遥感遥感字面上理解为，遥远的感知。遥感泛指一切非接触的，远距离的探测。包括电磁场、机械波（声波、地震波）等的探测。从载体上讲，包括飞机探测、卫星探测和无人机探测，从手段上讲，包括光学拍照、雷达探测、激光扫面等。还有航空重力测量、航空磁力测量等都属于遥感范畴，甚至蝙蝠对物体的探测也是遥感。遥感包含摄影测量，也可认为摄影测量是遥感的一个分支。航测是摄影测量和遥感的总称。强调：本课程讨论的是摄影测量，摄影测量要解决什么问题？1.对被摄物体进行几何定位。2.对被摄物体进行解译（判读）。解决了这两个问题，就可以根据图像恢复地面上的自然物体和环境信息，并通过4D产品形式体现出来。二、海岸带及其摄影测量的意义（一）海岸带全球有60余万公里海岸线，我国也有约18000公里海岸线。通常认为：海岸线是海水面与陆地的交界线。但海水因火山暴发、地震、潮汐和风浪的影响，处于动荡不定的状态，海水面并不固定在某个平面位置上，即海陆交界线是不断变化的。仅因潮汐变化引起海水面位置变化为例，高潮面和低潮面与陆地的交界线的平面位置，在山区陡岸处变化会很小，在起伏不大的斤陵地区或某些平原地区可以相差几十米、几百米、几公里，甚至几十公里。所以，仅认为海岸线是海水面与陆地的交界线，要在地图上表示出来就很困难甚至不可能。为此，专家们对海岸线作了定义，在有潮海区域，海岸线一般指多年平均大潮高潮面时的水陆交界线，在实地有明显的痕迹；在无潮海区域（即潮汐很小的海域），指平均海水面时的水陆分界线。按照这一定义海岸线以上（通常称潮上带）大部分时间露出水面，只有在风暴或特大潮时才被海水淹没。1.海岸对于海岸的定义，地理学界、测绘学界和海洋学界都认为它“是一个海陆接触的狭长地带”。但在海岸的组成上存在分歧，比较有说服力的意见是：海岸是海水面与陆地接触的滨海地带。指现代海岸线以上的狭窄地带，由海岸阶地和潮上带组成。海岸阶地是古海岸带，包括海积阶地（古海滩）和海蚀阶地（古海蚀台）；潮上带是海岸线以上至波浪作用所能到达的最上界线之间的地带。2.干出滩干出滩又称海滩，是指海岸线与干出线（零米等深线）之间，且高潮时淹没，低潮时露出的潮浸地带。海图上的干出滩种类有：岩石滩、珊瑚滩、磊石滩、砾滩、沙滩、泥滩、沙砾混合滩、沙泥混合滩、贝类养殖滩、芦苇滩、丛草滩、红树滩和不明性质滩。干出滩与海岸有着密切的关系。通常某种性质的海岸，岸下往往有着同一性质的干出滩。一般在岩石岸下面，分布着岩石滩；在沙质岸、砾质岸等海岸下面，分布着沙滩、砾石滩和磊石滩等；在断层海岸下，没有或很少有干出滩，而在低平的海岸下，则往往分布着大片的干出滩如台湾岛东海岸和西海岸分别属于这样两种情况·3.海岸带海岸带则是海洋和陆地的交接地带，是海岸线向海、陆两侧扩展一定宽度的带状区域，由彼此相互强烈影响的近岸海域和滨海陆地组成。对于海岸带范围的界定，世界各国还很不统一。一般的意见是：近岸海域指海岸线以下至明显受潮汐和波浪作用影响的水下岸坡，包括潮间带和潮下带。有的还明确指出至水深相当1/3～1/2当地坡长的地方；滨海陆地指海岸线以上到古今海水动力作用的最高处，即与海岸的含义一致。一些国家对海岸带范围的具体界限，在地理概念的基础上，又增加了经济和法律上的含义。如美国1872年颁布的《联邦海岸带管理条例》规定，海岸带的外界即为美国领海的外界，内侧则由各沿岸州各自规定。中国在20世纪80年代初的《全国海岸带和滩涂资源综合调查简明规程》规定，海岸带的内界一般在海岸线的陆侧10公里左右，外侧在向海延伸至10～15米等深线附近。这些规定，都是为了进行海岸带调查和开发利用而制订的，一般都比科学意义上的海岸带要宽。科学意义上的海岸带，应是海水动力作用能到达的陆地最高处至受潮汐和波浪作用影响的海底最深处之间的海陆交接地带。其陆上部分：上升海岸，自海岸线至古海蚀台的顶部，即包括潮上带和海岸阶地；沉降海岸自海岸线至现代波浪作用的最上界，即潮上带。海上部分，自海岸线至波浪作用于海底的最下线（浪底线），即包括潮间带和潮下带。我国测绘界现在采用的海岸带概念为“海洋与陆地的接壤部分称为海岸带。海岸带由沿岸地带、潮浸地带及浅海地带所组成。”（《1:5000，1:10000地形图航空摄影测量外业规范》）。随着人类对海岸带的认识不断加深，海岸带的定义范围不断扩展，除上述沿岸地带、潮浸地带及浅海地带外，还应包括：岛屿、河口和海港。4.岛屿岛屿是四周环水、面积小于大陆、顶部在高潮时露出水面的一块陆地。它们有的位于江河中（又称沙洲），但大多位于海洋中，其面积相差很大。人们往往把较大的岛屿称为岛，而把特别小者叫做“屿”。岛屿的高低、形态也是多种多样的，根据海岛的成因、分布情况和地貌特点，通常将其分为堆积岛、冲蚀岛、构造岛、火山岛、珊瑚岛和人造岛等。岛屿的测绘与表示，同大陆岸线和干出滩的方法一致。5.礁石礁石是接近海面的突出岩石．根据接近海面程度，礁石分为明礁、干出礁、适淹礁、暗礁四种。明礁是大潮高潮时露出的礁石。干出礁是大潮高潮面以下，深度基准面以上的礁石。适淹礁是在深度基准面时适淹的礁石。暗礁是深度基准面以下的礁石。摄影测量测量的重点是大潮低潮时能够露出水面的全部礁石。海岸带是海、陆的交界带，海、陆交通的转换处临海国家的海防前哨，人类向海洋进军的出发地。海岸带也是往往人类活动频繁、经济发展迅速的区域，是地形图需求量大，更新频繁的地带。海岸带的地形图是以反映海岸带范围内自然和人工的地形要素为主的地图，既要求反映海岸线以上的陆地信息，又要求反映海岸线以下的海底信息。（二）海岸带摄影测量的意义海岸带地形图往往是测量薄弱的区域。针对海岸附近信息，陆地测量只负责岸线以上部分地形要素的确定，而对于岸线以下部分，由海洋测量完成。在海洋测量中，侧重测量岸线以下滩涂部分以及海域水深，为海图与陆图拼接而向陆地延伸部分测量区域。在岸线附近区域（包括陆地、滩涂和水域）往往因测量方式不同，测量基准不同和侧重点不同而造成信息取舍缺乏完备性和统一性。因此，岸线附近为陆地测量和海洋测量连接环节，同时也是一个薄弱环节。另外，海岸地形测量通常采用地面测量方式，效率较低。目前，我国沿岸1:1万比例尺地形图约有2000多幅，仅依赖地面测量手段完成测图任务需要时间较长，难以满足地图的现势性需要。将航空摄影测量应用于海岸地形测量，可弥补地面手段（如平板仪测图）测量岸线地形的不足，缩短成图周期，较快地建立海岸带信息数据库。我国于20世纪90年代由天津海洋测绘研究所研究了海岸地形航空摄影测量技术，并首次利用航空摄影测量的方法测制出6幅1:1万海岸带地形图的实验样图，解决海图与地形图的不一致性问题，并探讨了现代海岸带地形图的表示内容和方法。2000年以来，我国实施了北部湾沿岸等地区的航空摄影测量，并测制了1:25万海岸带地形图。2009年以来，借助ADS40等航空数字摄影测量系统开展海岸带地形测量，并逐步将这些技术装备海洋测绘单位，形成生产力。三、摄影测量的发展摄影测量的发展可以划分为三个主要阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。日前正在快速实现向数字摄影测量的转变。模拟摄影测量是用光学机械的方法模拟摄影的几何模式，通过对航空摄影过程的几何反转，由像片重建一个缩小了的所摄物体的几何模型，对几何模型进行量测得到所需图形如地形图等。解析摄影测量是依据像点与相应地面点间的数学关系，用电子计算机解算点与相应地面点的坐标和进行测图解算的技术。在解析摄影测量中利用少量的野外控制点加密测图用的控制点或其它用途的更加密集的控制点的工作称为解析空中三角测量。由于计算机实施解算和控制进行测图，故称为解析测图。相应的仪器系统称为解析测图仪。数字摄影测量就是利用所采集的数字／数字化影像，在计算机上进行各种数值、图形和影像处理，研究目标的几何和物理特性，从而获得各种形式的数字产品和可视化产品。这里的数字产品包括数字地图、数字高程模型、数字正射影像库等。四、航空摄影测量的过程（一）航空摄影1.航摄协议书的拟订2.航摄技术计划的制订和实施（二）航测外业（三）航测内业五、航摄资料的技术要求1.对像片倾斜角的要求：像片倾斜角一般不大于2º，个别最大不超过3º。2.对航摄比例尺的要求：。3.航高差的要求：同一航线上相邻像片的航高差不得大于30m；最大和最小航高之差不应超过50m；摄影分区内实际航高不应超出设计航高的5%。4.对像片重叠度的要求：航向重叠度（）应为60％-65％，个别最大不得大75％，最小不得小于56％。当个别像对的航向重叠度虽小于56％，但大于53%，且相邻像对的航向重叠度不小于58％，能确保测图定向点和测绘工作边距像片边缘不小于1.5cm时，可视为合格。旁向重叠度（）应为30%-35％，个别最小不得小于13%。在沿图幅中心