摄影测量与遥感基础
• 1、摄影测量基础
• ⑴像点位移 • 倾斜误差：像片倾斜引起的像点位移，这种位移的结果使 得像片上的几何图形与地面上的几何图形产生变形，而且 像片上影像比例尺处处不等。像片倾斜引起的像点位移可 用像片纠正的方法予以改正。 • 投影差：地面起伏引起的像点位移，使得地面目标物体在 航摄像片上的构像偏离了其正射投影的正确位置。投影差 性质：①像底点没有投影差；②地面点的高程越大，投影
技术设计
• 1、概述
• 摄影测量测绘技术设计的目的是制订切实可行的 技术方案，保证摄影测量测绘成果（或产品）符 合技术标准和满足顾客要求，并获得最佳的社会 效益和经济效益。 • 测绘技术设计分为项目设计和专业技术设计。项 目设计是对测绘项目进行的综合性整体设计；专 业技术设计也称分项设计，是对测绘专业活动的 技术要求进行设计。项目设计由承担项目的法人 单位负责；专业技术设计由具体承担相应测绘专 业任务的法人单位负责。 • 测绘技术设计文件主要包括项目设计书、专业技 术设计书以及相应的技术设计更改文件。
• 2、遥感基础
• ⑴电磁波谱：太阳不断向外发射出大量的电磁波 辐射，是电磁波的主要辐射源，也是被动遥感的 主要能源。若将这些电磁波根据其波长加以排列， 则可以形成一个电磁波谱。卫星遥感中常用的几 个波谱为：紫外、可见光、红外、微波。 • ⑵大气窗口：电磁波在通过大气层时较少被散射、 吸收和反射，具有较高透过率的波段称为“大气 窗口”。常用的大气窗口包括：紫外、可见光、 红外（近红外、中红外、远红外）、微波。对地 球观测卫星遥感，选择透过率高的“大气窗口” 波段；而对于大气遥感而言，则应选择“大气窗 口”外衰减系数大的波段。
• 4、技术设计更改文件 • 航空摄影测量项目设计书、专业技术设计 书一经批准，不得随意更改。 • 在实施过程中，如果存在设计方案存在不 足、收集到的遥感影像数据源存在质量问 题、测区实际地理环境条件达不到设计要 求，以及其他需要补充或更改的情况，应 由设计人员及时提出并做出更改或补充。 • 更改或补充的内分析：遥感影像在测绘中主要被用来测绘地形图、 制作正射影像或各种专题图。目前，常用卫星与影像成图 比例尺之间的对应关系如下表。
常用卫星分辨率与成图比例尺对应参考关系
卫星影像名称 MSS TM ASTER SPOT l-4 RAPIDEYE SPOT 5 IRS-P5 ALOS IKONOS QuickBird Geoeye-l WorldView 1-2 资源三号 高分一号 高分二号 SPOT 6 WorldView 3 地面分辨率/m 全色79 多光谱30，全色15 多光谱30，全色15 多光谱20，全色10 全色5 多光谱10，全色2.5 全色2.5 多光谱10，全色2.5 多光谱4，全色l 多光谱2. 44，全色0.61 多光谱1. 65，全色0.41 多光谱1.8，全色0.5 多光谱5，全色2.5 多光谱8，全色2 多光谱4，全色1 多光谱6，全色1.5 多光谱1.24，全色0.31 最大成图比例尺 1：50万 1：10万 1：25万 1：5万 1：5万 1：2.5万 1：2.5万 1：2.5万 1：1万 1：5 000 l：5 000 1：5 000 1：2.5万 1：2.5万 1：1万 1：2.5万 1：5 000 仅用于一般判读的成图比例尺 1：25万 1：5万 1：25万 1：2.5万 1：5万 1：1万 1：1万 1：1万 1：5 000 1：2 000 1：2 000 1；2 000 1：1万 1：1万 1：5 000 1：1万 1：2 000
摄影测量与遥感
概 要
• 1、摄影测量概述
• 摄影测量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。摄影测量的基本原理是建立影像获取瞬 间像点与对应物点之间所存在的几何关系。 • 按照所研究对象的不同，摄影测量可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。航空摄影测量的主要任务是测制各种比例尺的地形图 和影像地图、建立地形据库，并为各种地理信息系统和土 地信息系统提供基础数据。航空摄影测量测绘的地形图例 尺一般为1：5万～1：500。 • 摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。
• 4、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即为空间分辨率、光谱分辨率和时间 分辨率。 • 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺 寸或大小，通常用地面分辨率和影像分辨率来表示。一般 说来，空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。遥感器 系统空间分辨率的选择，一般应选择小于被探测目标最小 直径的l/2。 • 光谱分辨率是指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定 波长范围值，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。一般来 说，传感器波段数越多，波段宽度越窄，地面物体的信息 越容易区分和识别，针对性越强。在某些情况下，波段太 多，分辨率太高，反而会“掩盖”地物辐射特性，不利于 快速探测和识别地物。 • 对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔， 称为遥感影像的时间分辨率。利用时间分辨率可以进行动 态监测和预报，可以进行自然历史变化和动力学分析，可 以对历次获取的数据资料进行叠加分析以提高地物识别精 度。
• 2、项目设计
• ⑴任务分析 • 在实施具体设计之前，设计人员要认真分析项目要求和顾 客需求，做好设计依据的分析和准备工作。 • ①收集资料：根据测绘项目的具体内容和特点，收集和分 析作业区自然地理概况和已有资料情况。 • ②明确引用标准：明确设计编写过程中要引用的适用的标 准、规范或其他技术文件。 • ③选择最佳设计方案：根据作业区实际情况，考虑作业单 位的资源条件，选择最适用的方案，积极采用适用的新技 术、新方法和新工艺。 • ⑵项目设计书内容 • 项目设计书的基本内容主要包括概述、作业区自然地理概 况和已有资料情况、引用文件、成果（或产品）主要技术 指标和规格、设计方案、进度安排和经费预算、附录等7 部分内容。 • ⑶设计实施 • 项目设计书需经审批后，方可实施。
影像资料收集与预处理
• 1、影像资料分析 • 航摄影像分析：根据具体成图比例尺及相 应技术指标要求，分析确定适宜的航摄影 像资料。有模拟影像和数字影像两种。航 空摄影时间应有利于测绘成果地物、地貌 量测和判绘、影像色彩要求。 • 模拟影像成图比例尺与航摄比例尺、地面 采样距离的对应关系见表。 • 数字影像成图比例尺与数码相机像素地面 分辨率的对应关系见表。
• 3、地物波谱特性 • 应用遥感技术对地面物体进行探测，是以 各种物体对电磁波辐射的反射、吸收和发 射为基础的。地物波谱特性是指地面物体 具有的辐射、吸收、反射和透射一定波长 范围电磁波的特性。 • 地物波谱特性的变化与太阳和测试仪器的 位置、地理位置、时间环境（季节、气候、 温度等）和地物本身有关。 • 目前对地物波谱的测定主要分3部分，即反 射波谱、发射波谱和微波波谱。
• 5、遥感图像的解译 • 遥感解译人员需要通过遥感图像获取三方 面的信息：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。 • 遥感信息的提取主要有两个途径，一是目 视解译，一是计算机的数字图像处理。遥 感影像的特征是遥感图像解译的基础，影 像特征包括色（色调、颜色、阴影等）、 形（反映影像几何性质和空间关系的图形 结构特征）两个方面。
差也越大；③摄影机的主距（透镜中心与胶片面之间固定 而精确的距离）越大，相应的投影差越小。
• 城区航空摄影时，为了有效减小航摄像片上投影差的影响， 应选择焦距较长的摄影机进行摄影。
• ⑵内、外方位元素 • 内方位元素是描述摄影中心与像片之间相互位置 关系的参数，包括3个参数，即像主点在像片框标 坐标系中的坐标(x0，Y0)及摄影中心到像片的垂距 f（主距）。内方位元素值一般视为已知，它可通 过对摄影机的鉴定得到。 • 外方位元素是确定摄影光束在摄影瞬间的空间位 置和姿态的参数。一张像片的外方位元素包括6个 参数：3个线元素（XS、YS、ZS）和3个角元素 （ψ、ω、κ）。线元素是用来描述摄影瞬间，摄 影中心S在所选定的地面空间坐标系中的坐标值； 角元素是用来描述摄影瞬间，摄影像片在所选定 的地面空间坐标系中的空间姿态。外方位元素可 以利用地面控制信息通过平差计算得到，或者利 用POS系统（定位定姿系统）测定。
• ⑷影像定向 • 摄影测量中常采用以像主点为原点的像平面坐标来建立像 点与地面点的坐标关系。内定向是指将扫描坐标系统转换 到以像主点为原点的像平面坐标系。内定向问题需要借助 影像的框标来解决。 直接由数码航摄仪得到的影像则不 存在内定向的问题。 • 确定两张影像相对位置关系的过程称为相对定向。相对定 向不需要外业控制点，就能建立地面的立体模型。用于描 述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元 素，相对定向元素共有5个。在数字摄影测量系统中，通 过自动量测6对以上同名点的像片坐标，用最小二乘平差 计算解求出5个相对定向元素。 • 绝对定向：将相对定向建立的立体模型进行平移、旋转和 缩放，纳入到地面测量坐标系中的过程称为立体模型的绝 对定向。绝对定向需要借助地面控制点来进行，至少需要 2个平高点和一个高程点列出七个方程解求七个变换参数。
• ⑶共线方程 • 共线方程就是指中心投影的构像方程，是摄影测 量中最基本、最重要的关系式。即在摄影成像过 程中，摄影中心S （XS、YS、ZS） 、像点a（x、 y）及其对应的地面点A（X、Y、Z）三点位于一 条直线上。 • 共线方程的主要应用包括：①单像空间后方交会 和多像空间前方交会；②解析空中三角测量光束 法平差中的基本数学模型；③构成数字投影的基 础；④利用数字高程模型(DEM)与共线方程制作 正射影像；⑤利用DEM和共线方程进行单幅影像 制图等。
• 2、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。因此，摄影测量就是遥感的前身。遥感技术主要建 立在物体反射或发射电磁波的原理基础之上。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。 遥感主要是回答观测目标是什么（定性），分布在何处 （定位），有多少（定量）的问题。 • 遥感技术的分类方法很多。按电磁波波段的工作区域，可 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可分为航天遥感（或卫星遥感）、航 空遥感和地面遥感，其中航空遥感平台又可细分为高空、 中空和低空平台，后者（低空平台）主要是指利用轻型飞 机、汽艇、气球和无人机等作为承载平台。按传感器的工 作方式可分为主动方式和被动方式两种。