航测基本知识培训手册 - 图文

数字摄影测量基本知识 培训手册 1999年2月 数字摄影测量基本知识培训手册 目录 一. 测绘基本概念 Ⅰ. 一些常用术语 1.误差 2.精度(精确度) 3.测量平差 4.三角测量 5.4D产品 6.三S Ⅱ.坐标系统 1.大地坐标系 2.高斯平面直角坐标系 3.其它坐标系： 4.高程基准 Ⅲ. 常用测量仪器 1. 经纬仪 2.水准仪 3.激光测距仪 4.全站仪 5.全球定位系统 6.立体测图仪 7.解析测图仪 8.正射投影仪 9.航空摄影机 10.编辑工作站 11.数控绘图机 Ⅳ.大地测量 1.Ⅰ、Ⅱ 等三角点 2.大地三角网 3.国家高程控制网 4.大地坐标带 Ⅴ.工程测量 1.工程测量的应用范围 2.工程测量的内容 3.平面控制测量 4.高程控制测量 5.地形测量 6.施工测量 7.变形测量 Ⅵ. 地面摄影测量和近景摄影测量 1.地面摄影测量的特点 2.地面摄影测量的应用范围 Ⅶ.全球定位系统 1.卫星定位的基本原理 2. GPS卫星定位的分类 3.GPS的用途 4.GPS的精度 Ⅷ. 遥感 1.传感器的类型 2.常用的卫星图象 3.遥感图像处理 4.遥感的主要应用领域 Ⅸ. 地理信息系统 1.基本概念 2.地理信息系统与一般信息系统 3.GIS与数字地图 4.国内应用较广泛的GIS软件平台 Ⅹ。数字地面模型及其应用 1数字地面模型的概念 2数字地面模型的种类 3 DEM 数据点采集方法 4数字地形模型软件 5数字地形模型的应用 二.航空摄影测量 1.航空摄影 2.外业控制测量与调绘 3.解析空中三角测量 4.数据采集―测图 5原图编辑 6原图清绘 三．数字摄影测量基本概念 1．数字摄影测量的定义 2.数字影像获取与重采样 3.影像匹配的基本概念 4.影像相关原理 5.二维相关与一维相关 6.金字塔影像 7.特征匹配与整体匹配 8.影像匹配的精度 9.数字微分纠正原理 10.遥感图像的复合 11.景观图的制作原理 12影像解译—地物提取 四．数字摄影测量系统 Ⅰ．世界上知名的数字摄影测量系统简介 Ⅱ. VirtuoZo NT 生产作业流程 一. 测绘基本概念 Ⅰ. 一些常用术语 1.误差 error a.系统误差 systematic error 测量的误差在大小和符号上趋于一致,或按一定规律变化,或保持为常数. b.偶然误差 random error 偶然误差也叫随机误差.其误差量值和符号的变化是没有规律的. c.粗差 Gross error or blunder 粗差也称错误,一般大于5倍的中误差. 2.精度(精确度) accuracy 评定测量成果质量的数量指标. a.平均误差 average error Mav = ∑Δ/n; b.中误差 RMSE(Root Mean Square Error) M = sqrt(∑ΔΔ/n ); c.极限误差 Limit error 2M d.相对误差 relative error 中误差与观测值之比叫做相对中误差. 航测中常用航高的几千分之一来表示高程精度,例如H/8000. e.标准偏差 standard deviation 与中误差类似,欧美国家常用的评定精度指标. 3.测量平差 Survey adjustment 对一组观测值的误差进行合理配赋, 求出最可靠的计算值作为终值, 并对结果的精度进行评定。 最小二乘法（Least Square Method）是测量平差的基础。其基本原理是： ∑PVV = minimum; 4.三角测量 Triangulation 通过观测三角网内各三角点上所有三角形的内角，并测定三角网的一些边，由某一三角点的已知坐标及一边的方位角，根据三角形的几何关系，推算其他点的坐标, 这些测量与计算工作叫做三角测量。 5. 4D产品4D products a. DEM ( DTM )―Digital Elevation Model ( Digital Terrain Model ) 数字高程模型（数字地面模型） b. DOM ( Digital Orthophoto Map ) 数字正射影象图 c. DLG（ Digital Line Graph ）or DTI ( Digital Thematic Information ) 数字线划图或数字专题信息 d. DRG ( Digital Raster Graphic ) 数字栅格图 6.三S―GPS，GIS，RS a. GPS-Global Positioning System全球定位系统 b. GIS-Geographic Information System地理信息系统 c. RS-Remote Sensing遥感 Ⅱ.坐标系统 Coordinate systems 1.大地坐标系 Geodetic coordinate system 大地参考reference system: 克拉索夫斯基参考椭球体 大地经度 longitude 大地纬度 latitude 大地方位角 azimuth 2.高斯平面直角坐标系 Gauss planar rectangular coordinate system 投影面 project plane： 高斯-克吕格正形投影面, 一种横轴圆柱投影. 1954北京坐标系 3.其它坐标系： UTM墨卡托投影坐标系：Universal Transverse Mercator Projection WGS 84坐标系 4.高程基准Vertical datum 1956, 1985黄海高程系 Ⅲ. 常用测量仪器 1.经纬仪 theodolite 2.水准仪 level or leveling instrument 3.激光测距仪 Laser geodimeter 4.全站仪 total station 5.全球定位系统 GPS- Global Positioning System 6.立体测图仪 Stereoplotter 7.解析测图仪 Analytical stereoplotter 8.正射投影仪 Orthophoto projector 9.航空摄影机Arial camera 10.编辑工作站 Editing workstation 11.数控绘图机 Digital plotter Ⅳ.大地测量 Geodesy 1. Ⅰ, Ⅱ等三角点 Triangulation points of gradeⅠ, Ⅱ Ⅰ、Ⅱ等三交点，是构成国家大地三角网的高等级埋石标志点。 2. 大地三角网 Geodetic triangulation network 大地三角网，是指由Ⅰ、Ⅱ等三交点组成的国家Ⅰ等骨架三角锁和Ⅱ等三角网。 3.国家高程控制网National Elevation Control Network 国家高程控制网由高精度的一、二等水准路线网构成。然后在此网内用三、四等水准网加密，以便控制地形测图。 4.大地坐标带 Geodetic zone 6度带-以格林尼治零子午线为准,沿经线按6度经差分带。 3度带- 城市测量，工程测量等一般按3度带计算高斯平面直角坐标。 Ⅴ.工程测量 Engineering Survey 1.工程测量的应用范围Application area of engineering survey

工程测量覆盖的范围，包括城市建设、工业企业、交通运输、水利工程等领域的勘察、设计、施工及运营阶段的测绘工作。 2.工程测量的内容 Contents of engineering survey 工程测量的主要内容，包括平面控制测量、高程控制测量、地形测量、施工测量、变形测量等。 3.平面控制测量 Planimetric control survey 工程测量中的平面控制测量，一般应与高等级国家三角点联测。平面 控制网可采用三角测量，导线测量或三边测量，网的等级分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 等以及一、二级小三角、小三边。 4.高程控制测量 Vertical control survey 高程控制测量，可采用水准测量和电磁波测距三角高程测量。高程控制测量的等级，划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等。 5.地形测量 Topographic survey 工程测量中的地形测量，包括测绘1：500，1：1000，1：2000，及1：5000比例尺的全要素地形图。测绘的内容包括地貌、居民地、道路、水系、植被、行政区划、管线、工矿建筑物等。 6.施工测量 Construction survey 施工测量是指工业与民用建筑，水工建筑，矿山建筑，及道路、桥梁、隧道等施工场地测量。施工测量包括施工场地控制测量和施工放样测量。 7.变形测量 Deformation survey 变形测量的应用范围，包括工业与民用建筑物，地基基础，中小型水坝以及山体滑坡等。变形测量需要分别建立水平位移检测网和垂直位移监测网，并进行周期性地变形观测。 Ⅵ. 地面摄影测量和近景摄影测量 Ground and Close-range Photogrammetry 1.地面摄影测量的特点 Characteristics of ground photogrammetry a.使用地面摄影测量专用的摄影机; b.在地面上对目标进行摄影,摄取立体像对; c.实地测定摄影站点和控制点的地面坐标,即地面摄影像对的外方位元素皆是已知的; d.使用摄影测量方法立体测绘地物地貌.有专门的地面摄影立体测图仪,某些航空摄影测量的全能型精密型立体测图仪以及解析测图仪,也可以作地面摄影测绘. e.摄影方式:正直摄影,等偏摄影,交向摄影以及等倾摄影. 2.地面摄影测量的应用范围Application area of ground photogrammetry a. 陡峻的山区等特殊地区; b. 铁路站场、桥梁、隧道、泵站、矿井等须测绘 1:500或更大比例尺的工点图; c. 航空摄影漏洞地面补充测量. 3.近景摄影测量的特点 Characteristics of close-range photogrammetry a. 近景摄影测量一般属于地面摄影测量的范畴; b. 摄影距离一般在100米以内; c. 可使用量测摄影机和非量测摄影机; d. 非量测摄影机通常需经专门的试验室检定; e. 直接线性变换解析算法,不需要像片上有框标,也不需要摄影机的内方位元素和外方位元素,但须有较多的控制点. 4. 近景摄影测量的应用范围 Application area of close-range photogrammetry a.结构物的变形测量; b.古建筑的现状测绘; c.人类躯体测绘; d.需精确测求物体大小、形状或体积的其它测绘项目. Ⅶ.全球定位系统 GPS―Global Positioning System 1.卫星定位的基本原理 Basic principle of satellite positioning 地面接收机同时接收4颗以上的卫星信号，可以记录求出每个卫星信号传至接收机的时间Δt，将Δt乘以光速即可得到卫星至接收机的距离，而卫星的位置是已知的，从而可计算出接收机所在地面位置的三维坐标。当然，实际算法是很复杂的而且需要加入一系列的补赏改正。 2. GPS卫星定位的分类 GPS Classification a.静态定位Static positioning b.动态定位Dynamic positioning c.单点定位Single point positioning d.相对定位Relative positioning e.实时差分定位RTK―Real time kinematical differential positioning f.单频接收机Single frequency receiver g.双频接收机Dual frequency receiver 3.GPS的用途 GPS applications a.飞机、舰船导航Plane and ship navigation b.导弹制导Missile guiding c.精密定位Precision positioning d.大地测量Geodetic surveying e.工程测量Engineering surveying f.动态监测Dynamic supervision 4.GPS的精度 GPS accuracy a.单点定位精度 (Accuracy of single point positioning): 10―20 m b.基线测量精度（Accuracy of baseline ）: 5mm+1ppm c. RTK实时测量精度（Accuracy of RTK GPS）: 1CM+2PPM Ⅷ. 遥感 Remote Sensing 遥感与摄影测量即航测的关系非常密切。1980年“国际摄影测量学会”, 正式改名为“国际摄影测量与遥感学会”. 并且在第14届大会上提出了摄影测量与遥感的新定义：“使用一种传 感器，根据电磁波的辐射原理，不接触物体而通过一系列的技术处理，获得物体的物理与几何性质。” 1.传感器的类型 Type of sensors a.多光谱扫描仪系统MSS―Multi-spectral Scanning System b.全景摄影机 Panoramic camera c.红外扫描仪 Infrared scanner d.彩红外摄影机 Color infrared camera e. CCD(电耦合器件) 阵列扫描仪 CCD matrix scanner f.合成孔径雷达 SAR―Synthetic Aperture Radar g.侧视雷达 Side-looking Radar 2. 常用的卫星图象 Main satellite images a. MSS多光谱卫星图象（陆地卫星） 分辨率79m MSS (LANDSAT) satellite image resolution 79m b. TM（专题制图）卫星图象（陆地卫星） 分辨率30m TM (LANDSAT Thematic mapping) satellite image resolution 30m c. SPOT（CCD）卫星图象 分辨率10 m SPOT（CCD）satellite image resolution 10m d. ISR卫星图象 分辨率5m India Remote Satellite Image resolution 5m 3.遥感图像处理 Remote sensing image processing a.图像几何纠正 Image geometric correction b.图像增强处理 Image enhancement processing c.数据复合 Data synthesis e.特征提取 Feature extraction; f.数据分类 Data classification g.图像滤波 Image filtering 4.遥感的主要应用领域 Main application area of remote sensing a.矿产资源勘查 Mine resource exploration b.农作物产量估算 Estimation of grain output c.林业资源分类和森林火灾监测 Resource classification and fire supervision of forests d.环境监护 Environmental supervision and protection e.专题制图 Thematic mapping f.地质水文勘察 Geologic and hydrographic survey g.灾害的预报和监测 Disaster predict and supervision h.军事侦察 Military reconnaissance Ⅸ. 地理信息系统 GIS―Geographic Information System 1.基本概念 Basic concept 地理信息系统是以计算机软硬件为平台, 以地理信息为基础, 包括图形信息、图像信息和属性信息的空间信息系统, 具有信息输入、存储、管理、分析、检索、输出等功能. 2.地理信息系统与一般信息系统 GIS and affair information system 一般信息系统包括企业管理信息系统、金融信息系统、交通信息系统、经营信息系统、人事信息系统等等. 这些事务性的信息系统, 通常是以特定的属性信息数据库为基础,虽然也具有信息系统的基本功能,但并不以地理空间信息为基础. 它们比地理信息系统的数据量要小得多, 复杂程度也要简单很多。 3.GIS与数字地图 GIS and digital map 数字地图是GIS的重要数据源，也是GIS可视化产品的数字化表达形式。虽然使用地图数据库来管理数字地图，也可以有空间查询、检索、分析功能，但是它仍不可能像GIS那样，综合图形数据、图像数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供规划、管理和决策信息。 4.国内应用较广泛的GIS软件平台 Main GIS software platforms a. ARC/Info ESRI(US) b. MapInfo MapInfo (US) c. MGE (including MGA) Intergraph (US) d. GenaMap GENASYS (Australia) e. MAPGIS 武汉地质大学 f. GeoStar (吉奥之星) 武汉测绘科技大学 Ⅹ。数字地面模型及其应用Model and Applications Digital Terrain 1．数字地面模型的概念 Concept of DTM 数字地面模型（Digital Terrain Model）,简称数地模（DTM），是描述地表形态的一系列点坐标值（X，Y，Z）的集合，即地形特征的空间分布。 数字地面模型这一概念，是由美国麻省理工学院教授Charles L. Miller于五十年代后期提出的，首先用于公路工程设计。 2．数字地面模型的种类 Classification of DTM 数字地面模型，可根据其数据结构、建立方法、用途等进行分类。 DTM 可以定义为二维区域上的地形、地质、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息。 1).数字地面模型DTM DTM 是以一系列三维坐标点（包括平面坐标X，Y和高程Z）表示的地形表面数字模型。 2).数字高程模型DEM DEM（Digital Elevation Model） 是DTM 的特例或子集，定义为二维区域上的高程。DEM 中点的平面位置，通常是按规则排列的，如矩形格网，其精确位置（坐标）可根据所在的行列序号、格网间距及起始点的已知绝对坐标，快速计算出来。 数字高程模型也叫DHM——Digital Height Model. 3) 离散点DTM 离散点DTM，是指表示地表形态的地形点位置为随机的，不规则的。例如，沿等高线及地形特征线采样生成的DTM。 4）三角网数字地面模型TIN 三角网DTM，是指按一定规则构成的不规则三角网TIN（Triangulated Irregular Network）.通常是将按地形特征采集的点，连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形。建立TIN的规则，主要是基于最佳三角形的条件，即尽可能使每个三角形保持锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。 三角网数字地面模型TIN由于能够很好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地貌形态比矩形格网（Grid）更精确，近年来得到了较快的发展和应用。TIN 的缺点在于，它比矩形格网DEM更复杂，它不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等信息。 3．DEM 数据点采集方法 1） 地面测量 利用全站仪等带自动记录装置的地面测量仪器，在野外实地采集地形点。 2） 既有地形图数字化 a. 利用数字化仪进行手扶跟踪； b. 利用扫描数字化仪扫描地形图，再半自动跟踪进行矢量化处理。 3） 模拟机助测图系统 在模拟立体测图仪机助测图系统上，通常采用等高线方式采集DTM，同时量测地形特征点、特征线。 4） 解析测图系统 在解析测图仪上，可以较灵活地沿断面、等高线、离散点等多种方式进行DTM点采样。 5） 数字摄影测量系统 高效、自动提取DTM/DEM，加上预处理和多种编辑功能，是数字摄影测量系统的突出优点之一。 6）GPS 全球定位系统 测量型的GPS全球定位系统，特别是带动态实时差分GPS，可以在野外采集DTM数据点。 4．数字地形模型软件 数字地面模型DTM的理论和实践由数据采集、数据处理及应用三个部分组成。DTM的数据处理和应用，需要专门的DTM软件完成。 DTM的数据处理，包括数据的组织、存储、抽取、内插，距离、面积、体积、断面、土方计算等。 国际上比较著名的DTM软件包，有德国斯图加特大学的SCOP程序，慕尼黑大学的HIFI程序，奥地利维也纳大学的SORA程序，瑞士苏黎士工业大学的CIP程序等。 5．数字地形模型的应用 1） 道路等工程计算机辅助设计 2） 生成等高线 3） 制作正射影像图 4） 制作立体透视图和立体景观图 5） 土石方工程数量计算 6） 绘制坡度图、剖面图及地貌渲晕图 7） 军事上用于巡航导弹地形配准制导 8） 制作军事电子沙盘 9） 建立地形数据库等

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