摄影测量基础
一、单模型定向
1、影像内定向
内方位元素是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数，即摄影中心S到像片的垂距（主距）f及像主点o在框标坐标中的坐标x0、y0。
仪器下的坐标系转换到框标坐标系，即将量测坐标转换到框标坐标系的过程即为内定向过程。
转换关系式为：
a0 + a1x + a2y = X b0 + b1x + b2y = Y 在模拟测图仪上的定向：我们人工在测图仪上安置有关数据，例如安置摄影机主距，且像片安放在测图仪像片盘上时，使像片主点与测图仪像片盘主点重合等。
2、相对定向
确定一个立体像对两像片的相对位置称为相对定向。完成相对定向的唯一标准是两像片上同名像点的投影光线对对相交。所有同名像点的投影光线交点的集合构成了地面几何模型。
此次实验我们做的是连续像对的相对定向。
1、选择像空间辅助坐标系。在VirtuoZo NT软件中调选入两张连续的像片，以左片的像空间坐标系作为本像对的像空间辅助坐标系（或称以左片为基准）。
2、由于左像片的像空间坐标即为像空间辅助坐标系，则S1在该坐标系的坐标为：Us1 = Vs1 = Ws1 = 0，像片的三个角元素也为零。右像片中，S2在S1-U1V1W1中的坐标为：Us2 = bu，Vs2 = bv，Ws2 = bw，还有三个角元素。bu、bv、bw为基线分量。其中bu只影像相对定向后建立模型的大小而不影响模型的建立，因此，相对定向元素就只有bv、bw及另外三个角元素。
3、VirtuoZo NT软件中已经设定了相对定向元素解求的算法。所以我们操作人员只需按下相关按钮便完成连续像对的相对定向。
3、绝对定向
摄影测量学——实习报告
相对定向后，所建立的模型是在所选定的像空间辅助坐标系中，且模型比例尺也是未知的，要把模型纳入地面摄影测量坐标系D-XYZ中，此时需借助已知地面控制点来进行两个坐标系的转换，即借助地面控制点进行模型的旋转、平移和缩放。此过程即为绝对定向。
绝对定向元素有模型缩放因子（1个）、两个坐标轴系的三个转角和坐标原点的三个平移量，及共有七个参数。
1、在软件中完成相对定向后，根据地面已知点在左右像片中选择同名像点作为绝对定向的控制点。
2、根据已知地面控制点的坐标，按照绝对定向元素的误差方程式解求该模型的绝对定向元素。
3、按绝对定向公式，将所有待定点的坐标纳入地面摄影测量坐标中。在软件中按下相关绝对定向算法的按钮即完成绝对定向工作。
二、数字产品生成
1、数字线划图（DLG）
数字线划地图(DLG, Digital Line Graphic)：是与现有线划基本一致的各地图要素的矢量 数据集，且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。
在数字测图中，最为常见的产品就是数字线划图，外业测绘最终成果一般就是DLG。该产品较全面地描述地表现象，目视效果与同比例尺一致但色彩更为丰富。本产品满足各种空间分析要求,可随机地进行数据选取和显示,与其他信息叠加,可进行空间分析、决策。其中部分地形核心要素可作为数字正射影像地形图中的线划地形要素。
数字线划地图(DLG)数据量小，便于分层，能快速的生成专题地图，所以也称作矢量专题信息DTI（Digital Thematic Information）。此数据能满足地理信息系统进行各种空间分析要求。可随机地进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策。数字线划地图(DLG)的技术特征为：地图地理内容、分幅、投影、精度、坐标系统与同比例尺地形图一致。图形输出为矢量格式，任意缩放均不变形。
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生产技术：
原始资料主要采用：外业数据采集、航片、高分辨率卫片、地形图等。制作方法：
1、数字摄影测量、三维跟踪立体测图。目前，国产的数字摄影测量软件VintuoZo系统和JX-4C才 DPW系统都具有相应的矢量图系统，而且它们的精度指标都较高。其中VintuoZo系统有工作站版和NT版两种，而JX-4C DPW系统只有NT版一种。
2、解析或机助数字化测图。这种方法是在解析测图仪或模拟器上对航片和高分辨率卫片进行立体测图，来获得DLG数据。 用这种方法还需使用GIS或CAD等图形处理软件，对获得的数据进行编辑，最终产生成果数据。
3、对现有的地形图扫描，人机交互将其要素矢量化。目前常用的国内外矢量化软件或GIS和CAD软件中利用矢量化功能将扫描影像进行矢量化后转入相应的系统中。
4、在新制作的数字正射影像图上，人工跟踪框架要素数字化。屏幕上跟踪：可以使用CAD或GIS及VirtuoZo软件将正射影像图按一定的比例插入工作区中，然后在图上进行相应要素采集。
5、野外实测地图。
2、数字高程模型（DEM）
数字高程模型(Digital Elevation Model),简称DEM。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支。一般认为,DTM是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，其最常用的是用一系列地面点的平面坐标X、Y及该点的地面高程Z或属性组成的数据阵列。而DEM则是地面形态只用点的高程Z来表示，其相应的平面坐标X、Y可由起始原点推算而无需记录。
DTM是栅格数据模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是：图像是用一个点代表整个像元的属 性，而在DTM中，格网的点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得。
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DEM建立的主要过程：
1、按一定的数据采集方法，在测区内采集一定数量的离散点的平面位置和高程，这些点成为控制点。
2、以这些控制点为网络框架，用某种数学模型拟合，内插大量的高程点，以便可获得符合要求的DEM。
（1）建立DEM的方法有多种，其从数据源及采集方式讲有：
1、直接从地面测量,例如用GPS、全站仪、野外测量等。
2、根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密 法、解析测图、数字摄影测量等等。
3、从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶 跟踪及扫描仪半自动采集。
（2）然后通过内插生成DEM。DEM内插方法很多,主要有整体内插、分块内插和逐点内插三种。
1、整体内插的拟合模型是由研究区内所有采样点的观测值建立的。
2、分块内插是把参考空间分成若干大小相同的块，对各分块使用不同的函数。
3、逐点内插是以待插点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随待插位置的变化而变化，因此又称移动拟合法。 其中逐点内插是最为常用的方法。其主要有规则网络结构（GRID）和不规则三角网(TIN)两种算法。目前常用的算法是TIN，在TIN基础上通过线性和双线性内插建立DEM模型。
用规则方格网高程数据记录地表起伏的优点：（X，Y）位置信息可隐含，无需全部作为原始数据存储由于是规则网高程数据，以后在数据处理方面比较容易。缺点：数据采集较麻烦，因为网格点不是特征点，一些微地形可能没有记录。
TIN结构数据的优点：能以不同层次的分辨率来描述地表形态。与格网数据模型相比,TIN模型在某一特定分辩率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面.特别当地形包含有大量特征如断裂线、构造线时，TIN模型能更好地顾及这些特征。
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3、数字正射影像（DOM）
数字正射影像（Digital Orthophoto Map 简称DOM)）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片或遥感影像（单色／彩色），经逐个象元进行辐射改正、微分纠正，再按影像镶嵌，根据地形图图幅范围剪裁生成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓整饰等形式填加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。
正射影像具有几何精度、数学精度和影像特征，信息量大，内容丰富，直观逼真、现实性强等优点。正射影像是指将中心投影的像片，经过纠正处理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像。
由于获取制作正射影像的数据源不同，以及技术条件和设备的差异，所以数字正射影像图的制作方法有多种：
1、全数字摄影测量方法
该方法通过数字摄影测量系统实现，即对数字影像对进行内定向、相对定向和绝对定向后，形成DEM，按照反解法做单元数字微分纠正，将单片正射影像进行镶嵌，最后按图廓线裁剪得到一幅数字正射影像图，并进行地名注记、公里格网和图廓整饰等。经过修改即绘制得到DOM产品。
2、单片数字微分纠正
若一个区域已经有DEM数据以及像片控制成果，便可直接使用该成果数据进行DOM制作。其主要流程是对航摄负片进行扫描后，根据控制点坐标进行数字影像内定向，再由DEM成果做数字微分纠正，其余后续工作同上法。
3、正射影像图扫描
如果已经有光学投影制作的正射影像图，可直接对其进行影像扫描数字化，再经几何纠正便能获取数字正射影像数据。几何纠正是直接针对扫描图像变换进行数字模拟，扫描图像的总体变形可以看作是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭以及弯曲等基本变形的综合作用结果。经过这些处理后便得到DOM数字正射影像图。
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三、实习总结
此次实验课，我们主要运用的软件是VirtuoZo NT。此软件中已有较为成熟的内定向、相对定向、绝对定向以及DLG、DEM、DOM等产品生成的各种算法。所以，做这些实验之时，其关键在于我们是否对这些所有实验理论有一定的认识和了解。一旦我们熟悉理论知识后，学习软件的操作便成为简单问题了。
通过摄影测量实习，将课本理论知识与相关软件实践操作相结合的练习与学习，使我进一步理解和熟悉了摄影测量的整个相关流程。通过熟悉产品生成步骤，及对生成结果的分析，我们更易于接受教材上抽象的理论知识，加上平时学习时将各知识点罗列框架，使得摄影测量学在自己脑海中显现出清晰的知识体系轮廓，这些对现在学习、将来研究都存在着很大的现实意义。
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