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像
空
间
后
方
交
会
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Echo did this for you .2013/4/25
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一、作业任务...................................................... - 2 -
二、计算原理...................................................... - 3 -
三、算法流程...................................................... - 6 -
四、源程序........................................................ - 7 -
五、计算结果...................................................... - 7 -
六、结果分析...................................................... - 7 -
七、心得与体会.................................................... - 7 -
八、附页.......................................................... - 8 -
1. c++程序.................................................... - 8 -
2. C++程序截图................................................- 14 -
3. matlb程序.................................................- 15 -
一、作业任务
已知条件：
摄影机主距f=153.24mm ，x0=0，y0=0, 像片比例尺为1:40000，有四对点的像点坐标与相应的地面坐标如下表。
以单像空间后方交会方法，求解该像片的外方位元素。
二、 计算原理
1. 获取已知数据。从航摄资料中查取平均航高与摄影机主距；获取控制点的地面测量坐标并转换为地面摄测坐标。
2. 测量控制点的像点坐标并作系统误差改正。
3. 确定未知数的初始值。在竖直摄影且地面控制点大体对称分布的情况下，按如下方法确定初始值，即
01
,,S S
S
X Y X Y
Z
mf Z n
n
n
=
=
=+
∑∑∑ 0000?ωκ===
式中：m 为摄影比例尺分母；n 为控制点个数
4. 用三个角元素的初始值按下式计算各方向余弦值，组成旋转矩阵R
12
312
312
3a a a R b b b c c c ??
??=??????
矩阵中各元素的计算公式如下：
12
3123
123cos cos sin sin sin cos sin sin sin cos sin cos cos sin cos cos sin sin cos cos sin sin sin sin cos sin cos cos cos a a a b b b c c c ?κ?ωκ
?κ?ωκ?ωωκωκ
ω?κ?ωκ?κ?ωκ?ω
=-??=--??=-?
=??
=??=-??=+?
=-+??=?
5. 逐点计算像点坐标的近似值。利用未知数的近似值和控制点的地面坐标，带入以下共线方程式，
111333222333()()()
()()()()()()()()()
A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z -+-+-?
=-?-+-+-??
-+-+-?=-?-+-+-?
逐点计算像点坐标的近似值()x 、()y
1111111
3131312121211
3131311212122
3232322
()()()()()()()
()()()()()()()()()()()()()()()S S S S S S S S S S S S S S S S S S a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z y -+-+-=--+-+--+-+-=--+-+--+-+-=--+-+-=2222223232321313133333333232323333333314()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(()S S S S S S S S S S S S S S S S S S a X X b Y Y c Z Z f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z a x f -+-+---+-+--+-+-=--+-+--+-+-=--+-+-=-414143434342424244
343434)()()()()()()()()()()()()S S S S S S S S S S S S X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z ?
?????
???
???
?
???
???
-+-+-??-+-+-?
-+-+-?
=-?-+-+-?
6. 逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程式。
1112
13
1415162122
232425263132333435361414243444546286
51425354555636162
6364656647172737475768182
83
84
85
86a a a a a a a
a a a a a a a a a a a A a a a a a a A A a a a a a a A a a a a a a A a a a a a a a a a a a a ???????????????????==?????
???????????????
由常数项计算公式：
111333222333()()()()()()()()()()()()(1,2,3,4)i S i S i S i
xi i S i S i S i yi i S i S i S i i S i S i S a X X b Y Y c Z Z x f l a X X b Y Y c Z Z L l a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z i -+-+-?
?+?
?-+-+-???
?==???-+-+-?
??+??-+-+-?
?=
得到常数项矩阵计算式为：
1111111313131212121131313112121223232128134()()()()()()()()()()()()()()()()(S S S S S S S S S S S S S S S S a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y L L L L L ?-+-+-+-+-+--+-+-+-+-+--+-+-+-+-??????==??????322222222323232131313333333323232333333334)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z x f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z x +--+-+-+-+-+--+-+-+-+-+--+-+-+-+-+-1414143434342424244343434()()()()()()()()()()()()S S S S S S S S S S S S a X X b Y Y c Z Z f a X X b Y Y c Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X b Y Y c Z Z ?
?
??
??
?
??????
?
??
???
?
??
?
??
?
??
?
??
?
??
???
?
-+-+-??
+-+-+-???
?-+-+-??
+-+-+-????
7. 计算法方程的是系数矩阵T A A 和常数项T A L ，组成法方程式。 8. 解法方程，求得外方位元素的改正数,,,,,S S S dX dY dZ d d d ?ωκ。
9. 用前次迭代取得的近似值，加本次迭代的改正数，计算外方位元素的新值。
111111,,,,K K K K K K K K K
S S S S S S S S S K
K K K K K K K K S S
S S S
S S S
S
X X dX Y Y dY Z Z dZ d d d ??
?ωω
ωκκ
κ
------=+=+=+=+=+=+
式中：K 代表迭代次数。
10. 将求得的外方位元素改正数与规定的限差比较，若小于限差，则迭代结束。否则用新的近似值重复4~9满足要求为止。 11. 由误差方程的计算式：
1112131415160
212223242526x s s s y
s s s v a X a Y a Z a a a x x
v a X a Y a Z a a a y y ?ωκ?ωκ?=?+?+?+?+?+?+-??=?+?+?+?+?+?+-?? 以及单位权中误差的计算式
0σ=
（式中：r 表示多余观测数） 以及平差中6个参数的协因数阵
最终得到参数i X 的中误差为
i
x σσ=
1
()T xx Q A A -=
三、算法流程
四、源程序
源程序代码请见附页
五、计算结果
在经过三次迭代之后得到的最终成果如表1所示
表1，最终计算结果
39795.45225827476.462385 7572.685988 -0.003987 0.002114 0.067578
六、结果分析
由计算结果可知在拍摄照片瞬间，摄影中心在地面摄影测量坐标系中的坐标为（39795.452258，27476.462385，7572.685988）（单位：米），航向倾角ψ为-0.003987弧度，旁向倾角ω为0.002114弧度，像片旋角κ为0.067578弧度。
表2，精度评定结果
中误差 1.1073 1.2494 0.4881 0.0002 0.0002 0.0001
七、心得与体会
通过本次实验，我对单像片的空间后方交会的计算原理及实现过程有了很深的认识，并在牢记各种计算公式的推导过程基础上做到了熟练应用。在本次实验中，我遇到了很多困难，但是都一一得到
实验一近景单张像片空间后方交会 一、实验目的 通过单张像片空间后方交会算法编程，掌握空间后方交会的基本原理和基本步骤，为近景摄影测量解析处理方法打下理论基础。 二、实验内容 利用C++编程平台，通过给定的单片像点的像点坐标、内方位元素和控制点物方空间坐标，计算出像片的外方位元素。 三、实验步骤： 1、编程流程图：
2、编程代码： #include "iostream" #include"stdio.h" #include "stdlib.h" #include int *is,*js; int i,j,k,l,u,v; double temp,max_v; is=(int *)malloc(n*sizeof(int)); js=(int *)malloc(n*sizeof(int)); if(is==NULL||js==NULL){ printf("out of memory!\n"); return(0); } for(k=0;k 空间后方交会的解算 一． 空间后方交会的目的 摄影测量主要利用摄影的方法获取地面的信息，主要是是点位信息，属性信息，因此要对此进行空间定位和建模，并首先确定模型的参数，这就是空间后方交会的目的，用以求出模型外方位元素。 二． 空间后方交会的原理 空间后方交会的原理是共线方程。 共线方程是依据相似三角形原理给出的，其形式如下 111333222333()()() ()()() ()()()()()()A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S A S a X X b Y Y c Z Z x f a X X a Y Y a Z Z a X X b Y Y c Z Z y f a X X a Y Y a Z Z -+-+-=--+-+--+-+-=--+-+- 上式成为中心投影的构线方程， 我们可以根据几个已知点，来计算方程的参数，一般需要六个方程，或者要三个点，为提高精度，可存在多余观测，然后利用最小二乘求其最小二乘解。 将公式利用泰勒公式线性化，取至一次项，得到其系数矩阵A ；引入改正数（残差）V ，则可将其写成矩阵形式： V AX L =- 其中 111333222333[,]()()()()()()()()()()()()()()T x y A S A S A S x A S A S A S A S A S A S y A S A S A S L l l a X X b Y Y c Z Z l x x x f a X X a Y Y a Z Z a X X b Y Y c Z Z l y y y f a X X a Y Y a Z Z =-+-+-=-=+-+-+--+-+-=-=+-+-+- 则1()T T X A A A L -= X 为外方位元素的近似改正数， 由于采用泰勒展开取至一次项，为减少误差，要将的出的值作为近似值进行迭代，知道小于规定的误差 三． 空间后方交会解算过程 1. 已知条件 近似垂直摄影 空间后方交会编程实习报告 一实习目的 用程序设计语言（Visual C++或者C语言）编写一个完整的单片空间后方交会程序，通过对提供的试验数据进行计算，输出像片的外方位元素并评定精度。本实验的目的在于让学生深入理解单片空间后方交会的原理，体会在有多余观测情况下，用最小二乘平差方法编程实现解求影像外方位元素的过程。通过上机调试程序加强动手能力的培养，通过对实验结果的分析，增强学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。 二实习内容 利用一定数量的地面控制点，根据共线条件方程求解像片外方位元素。 三实习数据 已知航摄仪的内方位元素：f k =153.24mm，x =y =0.0mm，摄影比例尺为1:50000； 4个地面控制点的地面坐标及其对应像点的像片坐标： 四实习原理 如果我们知道每幅影像的6个外方位元素，就能确定被摄物体与航摄影像的关系。因此，如何获取影像的外方位元素，一直是摄影测量工作者所探讨的问题。可采取的方法有：利用雷达、全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）以及星相摄影机来获取影像的外方位元素；也可以利用影像覆盖范围内一定数量的控制点的空间坐标与摄影坐标，根据共线条件方程，反求该影像的外方位元素，这种方法称为单幅影像的空间后方交会。 单像空间后方交会的基本思想是：以单幅影像为基础，从该影像所覆盖地面范围内若干控制点的已知地面坐标和相应点的像坐标量测值出发，根据共线条件方程，解求该影像在航空摄影时刻的外方位元素Xs，Ys，Zs，t，w，k。 五实习流程 （1）获取已知数据。从摄影资料中查取影像比例尺1/m，平均摄影距离（航空摄影的航高、内方位元素x0，y0，f；获取控制点的空间坐标Xt，Yt，Zt。 （2）量测控制点的像点坐标并进行必要的影像坐标系统误差改正，得到像点坐标。 （3）确定未知数的初始值。单像空间后方交会必须给出待定参数的初始值，在竖直航空摄影且地面控制点大体对称分布的情况下，可按如下方法确定初始值： 单像空间后方交会和双像解析空间后方-前 方交会的算法程序实现 遥感科学与技术 摘要：如果已知每张像片的6个外方位元素，就能确定被摄物体与航摄像片的关系。因此，利用单像空间后方交会的方法，可以迅速的算出每张像片的6个外方位元素。而前方交会的计算，可以算出像片上点对应于地面点的三维坐标。基于这两点，利用计算机强大的运算能力，可以代替人脑快速的完成复杂的计算过程。 关键词：后方交会，前方交会，外方位元素，C++编程 0.引言： 单张像片空间后方交会是摄影测量基本问题之一,是由若干控制点及其相应像点坐标求解摄站参数(X S,Y S,ZS,ψ、ω、κ)。单像空间后方交会主要有三种方法:基于共线条件方程的平差解法、角锥法、基于直接线性变换的解法。而本文将介绍第一种方法，基于共线条件方程反求象片的外方位元素。 而空间前方交会先以单张像片为单位进行空间后方交会，分别求出两张像片的外方位元素，再根据待定点的一对像点坐标，用空间前方交会的方法求解待定点的地面坐标。可以说，这种求解地面点的坐标的方法是以单张像片空间后方交会为基础的，因此，单张像片空间后方交会成为解决这两个问题以及算法程序实现的关键。 1.单像空间后方交会的算法程序实现： （1）空间后方交会的基本原理：对于遥感影像,如何获取像片的外方位元素,一直是摄影测量工作者探讨的问题,其方法有:利用雷达(Radar)、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(I N S)以及星像摄影机来获取像片的外方位元素;也可以利用一定数量的地面控制点,根据共线方程,反求像片的外方位元素,这种方法称为单像空间后方交会(如图1所示)。 图中,地面坐标X i、Yi、Zi和对应的像点坐标x i、yi是已知的,外方位元素XS、Y S、ZS(摄站点坐标),ψ、ω、κ(像片姿态角)是待求的。 （2）空间后方交会数学模型：空间后方交会的数学模型是共线方程, 即中心投影的构像方程： 式中X、Y、Z是地面某点在地面摄影测量坐标系中的坐标,x,y是该地面点在像片上的构像点的像片坐标,对 于空间后方交会而言它们是已知的,还有主距f是已知的。而9个方向余弦a 1,a 2,a3;b1,b 2,b 3;c 1,c2,c 3是未知的，具体表达式可以取 程序运行环境为Visual Studio2010.运行前请先将坐标数据放在debug 下。 1.单像空间后方交会 C语言程序： #include 后方交会-解释是工程测量中一种比较常用的一种测量方法.主要是通过两个或多已知点测量一个未知点. 测角定位-正文利用测角仪器观测角度，以确定被测点位置的一种方法。一般观测两个角，则有两条位置线，两线交点即为被测点位置。在海洋测量中，测角定位通常使用的方法有：后方交会法，一般使用三标两角法，有时使用四标三角法，即在被测点上使用测角仪器观测3个或4个已知目标之间的夹角来确定点位；前方交会法，在两个或两个以上已知点上用测角仪器同时观测各已知点到某一被测点的夹角来确定点位；侧方交会法，综合使用后方交会法和前方交会法来实现定位的方法。另外，还有一距离一方位法，也是通过测角测定方位和距离实现定位的。因为测角仪器大部分是目视光学仪器，所以作用距离近，只适于近岸测量使用。 控制测量-正文在一定的区域内为地形测图或工程测量建立控制网（区域控制网）所进行的测量工作。分为平面控制测量和高程控制测量。平面控制网与高程控制网一般分别单独布设，也可以布设成三维控制网。 控制网具有控制全局，限制测量误差累积的作用，是各项测量工作的依据。对于地形测图，等级控制是扩展图根控制的基础，以保证所测地形图能互相拼接成为一个整体。对于工程测量，常需布设专用控制网，作为施工放样和变形观测的依据。 平面控制网常用三角测量、导线测量、三边测量和边角测量等方法建立。 三角测量是建立平面控制网的基本方法之一。但三角网（锁）要求每点与较多的邻点相互通视，在隐蔽地区常需建造较高的觇标。 导线测量布设简单，每点仅需与前后两点通视，选点方便，特别是在隐蔽地区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。随着电磁波测距仪的发展，导线测量的应用日益广泛。 三边测量要求丈量网中所有的边长。应用电磁波测距仪测定边长后即可进行解算。此法检核条件少，推算方位角的精度较低。 边角测量法既观测控制网的角度，又测量边长。测角有利于控制方向误差，测边有利于控制长度误差。边角共测可充分发挥两者的优点，提高点位精度。在工程测量中，不一定观测网中所有的角度和边长，可以在测角网的基础上加测部分边长，或在测边网的基础上加测部分角度，以达到所需要的精度。 小三角测量是在小测区建立平面控制网的一种方法，它多用于小测区的首级平面控制或三、四等三角网以下的加密，作为扩展直接用于地形测图的图根控制网(点)的基础。此外，交会定点法也是加密平面控制点的一种方法。在2个以上已知点上对待定点观测水平角,而求出待定点平面位置的，称为前方交会法;在待定点对3个以上已知点观测水平角，而求出待定 单像空间后方交会 (遥感07-1、2学生适用) 测绘学院 王双亭 1 概述 1.1 定义 利用一定数量的地面控制点和对应像点坐标求解单张像片外方位元素的方法称为空间后方交会。 1.2 所需控制点个数与分布 共线条件方程的一般形式为： ??? ??? ? -+-+--+-+--=--+-+--+-+--=-) ()()()()()() ()()() ()()(33322203331110S S S S S S S S S S S S Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f y y Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f x x （1） 式中包含有六个外方位元素，即κω?、、、、、S S S Z Y X ，只有确定了这六个外方位元素的值，才能利用共线条件方程真正确定一张像片的任一像点与对应地面点的坐标关系。 个数：对任一控制点，我们已知其地面坐标)(i i i Z Y X 、、和对应像点坐标)(i i y x 、，代入共线条件方程可以列出两个方程式，因此，只少需要3个控制点才能解算出六个外方位元素。 在实际应用中，为了避免粗差，应有多余检查点，因此，一般需要4～6个控制点。 分布：为了最有效地控制整张像片，控制点应均匀分布于像片边缘，如下图所示。 由于共线条件方程是非线性的，直接答解十分困难，所以首先将共线方程改化为线性形式，然后再答解最为简单的线性方程组。 分布合理 分布合理 分布不合理 2 空间后方交会的基本思路 2.1 共线条件方程线性化的基本思路 在共线条件方程中，令 ) ()()()()()() ()()(333222111S S S S S S S S S Z Z c Y Y b X X a Z Z Z c Y Y b X X a Y Z Z c Y Y b X X a X -+-+-=-+-+-=-+-+-= （2） 则共线方程变为 ??? ??? ? -=--=-Z Y f y y Z X f x x 0 0 （3） 对上式两侧同乘Z ，并移至方程同侧，则有 ?? ?=-+=-+0 )(0 )(00Z y y Y f Z x x X f （4） 令 ?? ?-+=-+=Z y y Y f Fy Z x x X f Fx )()(00 （5） 由于上式是共线方程的变形，因此，Fy Fx 、是κω?、、、、、S S S Z Y X 的函数。 对Fy Fx 、分别按泰劳级数展开，并且只保留一次项，得 ??? ? ?? ????+???+???+???+???+???+=???+???+???+???+???+???+=κκωω??κκωω??Fy Fy Fy Z Z Fy Y Y Fy X X Fy Fy Fy Fx Fx Fx Z Z Fx Y Y Fx X X Fx Fx Fx S S S S S S S S S S S S 0 )()(（6） 式中，0)(Fx 、0 )(Fy 分别是Fx 和Fy 的初值； ? ??Fx 、 ? ??Fy 分别是Fx 和Fy 对各个外方位 元素的偏导数；κω???????、、、、、S S S Z Y X 分别是κω?、、、、、S S S Z Y X 初值的增量。 为了明确（6）式中常数项的意义，对（6）式两侧同乘以Z 1- ，则 { System; System.Collections.Generic; System.Linq; System.Text; namespace 单像空间后方交会 { class Program { static void Main( string [] args) for (j = 0; j < 5; j++) if (j < 3) "请输入第 {0} 个点的第 {1} 个地面坐标： ", i + 1, j + 1); double .Parse( Console .ReadLine()); "请输入第 {0} 个点的第 {1} 个像点 坐标： ", i + 1, j - 2); double .Parse( Console .ReadLine()); Console .WriteLine(); // 归算像点坐标 (i = 0; i < 4; i++) for (j = 3; j < 5; j++) if (j == 3) zuobiao[i, j] = zuobiao[i, j] - x0; else zuobiao[i, j] = zuobiao[i, j] - y0; // 计算和确定初值 double zs0 = m * f, xs0 = 0, ys0 = 0; for (i = 0; i < 4; i++) else using using using using x0 = y0 = int x0, y0, i, j; double f, m; Console .Write( " 请输入像片比例尺： "); double .Parse( Console .ReadLine()); Console .Write( " 请输入像片的内方位元素 x0:" ); // 均以毫米为单 位 int .Parse( Console .ReadLine()); Console .Write( " 请输入像片的内方位元素 y0:" ); int .Parse( Console .ReadLine()); Console .Write( " 请输入摄影机主距 f:" ); double .Parse( Console .ReadLine()); Console .WriteLine(); // 输入坐标数据 double [,] zuobiao = new double [4, 5]; (i = 0; i < 4; i++) for Console .Write( zuobiao[i, j] = Console .Write( zuobiao[i, j] = for 空间后方交会-空间前方交会程序编程实验一．实验目的要求 掌握运用空间后方交会-空间前方交会求解地面点的空间位置。学会运用空间后方交会的原理，根据所给控制点的地面摄影测量坐标系坐标以及相应的像平面坐标系中的坐标，利用计算机编程语言实现空间后方交会的过程，完成所给像对中两张像片各自的外方位元素的求解。然后根据空间后方交会所得的两张像片的内外方位元素，利用同名像点在左右像片上的坐标，求解其对应的地面点在摄影测量坐标系中的坐标，并完成精度评定过程，利用计算机编程语言实现此过程。 二．仪器用具 计算机、编程软件（MATLAB） 三．实验数据 实验数据包含四个地面控制点（GCP）的地面摄影测量坐标及在左右像片中的像平面坐标。此四对坐标运用最小二乘法求解左右像片的外方位元素，即完成了空间后方的过程。另外还给出了5对地面点在左右像片中的像平面坐标和左右像片的内方位元素。实验数据如下： 内方位元素：f=152.000mm，x0=0，y0=0 四．实验框图 此过程完成空间后方交会求解像片的外方位元素，其中改正数小于限差（0.00003，相当于0.1’的角度值）为止。在这个过程中采用迭代的方法，是外方位元素逐渐收敛于理论值，每次迭代所得的改正数都应加到上一次的初始值之中。 在空间后方交会中运用的数学模型为共线方程 确定Xs，Ys，Zs的初始值时，对于左片可取地面左边两个GCP的坐标的平均值作为左片Xs 和Ys的初始值，取右边两个GCP的坐标平均值作为右片Xs 和Ys的初始值。Zs可取地面所有GCP的Z坐标的平均值再加上航高。 空间前方交会的数学模型为： 五．实验源代码 function Main_KJQHFJH() global R g1 g2 m G a c b1 b2; m=10000;a=5;c=4; feval(@shuru); %调用shuru（）shurujcp（）函数完成像点及feval(@shurujcp); %CCP有关数据的输入 XYZ=feval(@MQZqianfangjh); %调用MQZqianfangjh（）函数完成空间前方、%%%%%% 单位权中误差%%%% %后方交会计算解得外方位元素 global V1 V2; %由于以上三个函数定义在外部文件中故需VV=[]; %用feval（）完成调用过程 for i=1:2*c VV(i)=V1(i);VV(2*i+1)=V2(i); end m0=sqrt(VV*(VV')/(2*c-6)); disp('单位权中误差m0为正负:');disp(m0); %计算单位权中误差并将其输出显示 输入GCP像点坐标及地面摄影测量坐标系坐标的函数和输入所求点像点坐标函数： function shurujcp() global c m; m=input('摄影比例尺：'); %输入GCP像点坐标数据函数并分别将其c=input('GCP的总数='); % 存入到不同的矩阵之中 disp('GCP左片像框标坐标：'); global g1;g1=zeros(c,2); i=1; while i<=c m=input('x='); n=input('y='); g1(i,1)=m;g1(i,2)=n; i=i+1; end disp('GCP右片像框标坐标：'); global g2;g2=zeros(c,2); i=1; while i<=c m=input('x='); n=input('y='); g2(i,1)=m;g2(i,2)=n; i=i+1; end 10.3.1 测量原理 图10-4所示为双曲线拱坝变形观测图。为精确测定等观测点的水平位移，首先在大坝的下游面合适位置处选定供变形观测用的两个工作基准点E和F；为对工作基准点的稳定性进行检核，应根据地形条件和实际情况，设置一定数量的检核基准点（如C、D、G等），并组成良好图形条件的网形，用于检核控制网中的工作基准点（如E、F等）。各基准点上应建立永久性的观测墩，并且利用强制对中设备和专用的照准觇牌。对E、F两个工作基点，除满足上面的这些要求外，还必须满足以下条件：用前方交会法观测各变形观测点时，交会角（见图10-4） 不得小于，且不得大于。 图10-4 拱坝变形观测图 变形观测点应预先埋设好合适的、稳定的照准标志，标志的图形和式样应考虑在前方交会中观测方便、照准误差小。此外，在前方交会观测中，最好能在各观测周期由同一观测人员以同样的观测方法，使用同一台仪器进行。 图10-5 角度前方交会法测量原理 利用前方交会法测量水平位移的原理如下：如图10-5所示，A、B两点为工作基准点，P 为变形观测点，假设测得两水平夹角为，则由A、B两点的坐标值和水平角观测值、可求得P点的坐标。 从图10-5可见： （10-3a） （10-3b）其中可由A、B两点的坐标值通过“坐标反算”求得，经过对（10-3）式的整理可得： （10-4a） （10-4b） 第一次观测时，假设测得两水平夹角为和，由（10-4）式求得P点坐标值为， 第二次观测时，假设测得的水平夹角为和，则P点坐标值变为，那么在此两期变形观测期间，P点的位移可按下式解算： ，， P点的位移方向为：。 10.3.2 前方交会法的种类 前方交会法有三种：测角前方交会法、测边前方交会法、边角前方交会法。其观测值和观测仪器见表10-5。 表10-5 前方交会法的种类 ,,,D1,D2 一． 实验目的： 掌握摄影测量空间后方交会的原理，利用计算机编程语言实现空间后方交会外方位元素的解算。 二． 仪器用具及已知数据文件： 计算机windows xp 系统，编程软件（VISUAL C++6.0），地面控制点在摄影测量坐标系中的坐标及其像点坐标文件shuju.txt 。 三． 实验内容： 单张影像的空间后方交会：利用已知地面控制点数据及相应像点坐标根据共线方程反求影像的外方位元素。 数学模型：共线条件方程式： )(3)(3)(3)(1)(1)(1Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f x -+-+--+-+--= )(3)(3)(3)(2)(2)(2Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f y -+-+--+-+--= 求解过程： （1）获取已知数据。从航摄资料中查取平均航高与摄影机主距；获取控制点的地面测量坐标并转换为地面摄影测量坐标。 （2）量测控制点的像点坐标并做系统改正。 （3）确定未知数的初始值。在竖直摄影且地面控制点大致分布均匀的情况下，按如下方法确定初始值，即： n X X S ∑=0,n Y Y S ∑=0,n Z mf Z S ∑=0 φ =ω=κ=0 式中；m 为摄影比例尺分母；n 为控制点个数。 （4）用三个角元素的初始值，计算个方向余弦，组成旋转矩阵R 。 （5）逐点计算像点坐标的近似值。利用未知数的近似值和控制点的地面 坐标代入共线方程式，逐点计算像点坐标的近似值（x ）、（y ）。 （6）逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程式。 （7）计算法方程的系数矩阵A A T 和常数项l A T ，组成法方程式。 （8）解法方程，求得外方位元素的改正数dXs ,S dY ，s dZ ，d φ,d ω,d κ。 （9）用前次迭代取得的近似值，加本次迭代的改正数，计算外方位元素 的新值。 空间后方交会程序 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ? 一． 实验目的: 掌握摄影测量空间后方交会的原理,利用计算机编程语言实现空间 后方交会外方位元素的解算。 二． 仪器用具及已知数据文件： 计算机wind ｏws xp 系统,编程软件(VI ＳＵA Ｌ C ＋+6．0)，地面控 制点在摄影测量坐标系中的坐标及其像点坐标文件shu ｊu.txt 。 三． 实验内容: 单张影像的空间后方交会:利用已知地面控制点数据及相应像点坐标根据 共线方程反求影像的外方位元素。 数学模型：共线条件方程式: ) (3)(3)(3) (1)(1)(1Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f x -+-+--+-+--= ) (3)(3)(3)(2)(2)(2Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f y -+-+--+-+--= 求解过程: （1)获取已知数据。从航摄资料中查取平均航高与摄影机主距;获取 控制点的地面测量坐标并转换为地面摄影测量坐标。 （2)量测控制点的像点坐标并做系统改正。 (３)确定未知数的初始值。在竖直摄影且地面控制点大致分布均匀 的情况下,按如下方法确定初始值,即: n X X S ∑=0,n Y Y S ∑=0,n Z mf Z S ∑=0 φ =ω=κ=0 式中;ｍ为摄影比例尺分母;ｎ为控制点个数。 （４)用三个角元素的初始值,计算个方向余弦，组成旋转矩阵R 。 (5)逐点计算像点坐标的近似值。利用未知数的近似值和控制点的地面坐标代入共 线方程式，逐点计算像点坐标的近似值（x ）、（y ）。 （6)逐点计算误差方程式的系数和常数项,组成误差方程式。 (7）计算法方程的系数矩阵A A T 和常数项l A T ,组成法方程式。 （8）解法方程，求得外方位元素的改正数dXs ,S dY ，s dZ ,d φ,ｄω，d κ。 （９）用前次迭代取得的近似值，加本次迭代的改正数，计算外方位元素的新值。 单像空间后方交会 姓名： 学号： 时间： 目录 一、作业任务 ............................................................................................................... - 3 - 二、计算原理 ............................................................................................................... - 3 - 三、算法流程 ............................................................................................................... - 7 - 四、源程序 ................................................................................................................... - 8 - 五、计算结果 ............................................................................................................... - 8 - 六、结果分析 ............................................................................................................... - 8 - 七、心得与体会 ........................................................................................................... - 8 - 八、附页 ....................................................................................................................... - 8 - 1.c++程序 ........................................................................................................... - 8 - 2.C++程序截图.................................................................................................. - 15 - 3.matlb程序..................................................................................................... - 16 - 前方交会和侧方交会 由正弦定理得出：D AP/D AB=sinβ/sinγ=sinβ/sin(α+β) 则：（D AP/D AB）sinα=（sinβsinα）/sin（α+β）=1/(ctgα+ctgβ) 前方交会和侧方交会中P点坐标计算公式： X P=(X A ctgβ+X B ctgα+（Y B-Y A）÷(ctgα+ctgβ) Y P=(Y A ctgβ+Y B ctgα+（X A-X B）÷(ctgα+ctgβ) 上式常称为余切公式。注意使用上述公式时，A、B、P的编号应是反时针方向的。P点坐标算出后，可将A、P作为已知点，用计算B点坐标来校核： 校核计算公式： X B=(X p ctgα+X A ctgγ+（Y A-Y P）÷(ctgα+ctgγ) Y B=(Y p ctgα+Y A ctgγ+（X P-X A）÷(ctgα+ctgγ) 本公式只能检查计算本身是否有错，不能发现角度侧错以及已知数据是否用错、抄错等错误，也不能提高计算精度。 运用此公式的技术要求： 为保证计算结果和提高交会精度，规定如下： 1、前方交会和侧方交会应有三个大地点，困难时应有两个大地点。 2、交会角不应小于30°，并不应大于150°，困难时亦不应小于20°，并应不大于160°。 3、水平角应观测两个测回，根据测点数量可用全测回法或方向观测法。 4、三个大地点的前方交会，可通过两个三角形（ΔABP,ΔBCP）求出P点的两组坐标值P(X P1、 Y P1)，(X P2、Y P2)，两组算得的点位较差不大于两倍的比例尺精度，即： ΔD=√δx2+δy2≤2×0.1M(mm) 式中δx，δy—δx= X P1- X P2，δy= Y P1 -Y P2 M—比例尺分母。 任务已知f=153.24mm，m=10000，限差0.1’各点坐标 点号像点坐标地面坐标 x（mm）y（mm）X（m）Y（m）Z（m） 1 -86.15 -68.99 36589.41 25273.3 2 2195.17 2 -53.40 82.21 37631.08 31324.51 728.69 3 -14.78 -76.63 39100.97 24934.98 2386.50 4 10.46 64.43 40426.54 30319.81 757.31 求近似垂直摄影情况下后方交会解 设计任务 1、确定未知数的初始值： Φ0 =ω0 =К0 = 0 , 内方位元素，，f=153.24mm。 ； = 38437m ； = 27963.16m 2、计算旋转矩阵R 利用角元素的近似值计算方向余弦值，组成R阵 根据《摄影测量学》P32中的公式（3-9），初步计算R阵 R[0][0]=cos(Φ)*cos(K)-sin(Φ)*sin(W)*sin(K); R[0][1]=-cos(Φ)*sin(K)-sin(Φ)*sin(W)*cos(K); R[0][2]=-sin(Φ)*cos(W); R[1][0]=cos(W)*sin(K); R[1][1]=cos(W)*cos(K); R[1][2]=-sin(W); R[2][0]=sin(Φ)*cos(K)+cos(Φ)*sin(W)*sin(K); R[2][1]=-sin(Φ)*sin(K)+cos(Φ)*sin(W)*cos(K); R[2][2]=cos(Φ)*cos(W); 得初始R阵 3、逐点计算近似值（x），（y）： 带入《摄影测量学》P61的公式（5-1）；得 4、组成误差方程式：按（5-8）；（5-9b）、（5-4）式逐点计算误差方程式的系数和常数项 根据Lx=x-(x)；Ly=y-(y)得 解得A阵为 #include // for(i=k-1;i>=0;i--) // { // if(q[i][h]==0) // continue; // p=q[k][h]/q[i][h]; // // p=q[i][h]/q[k][h]; // for(j=11;j>0;j--) // { // q[i][j]*=p; // q[i][j]-=q[k][j]; // } // } // for(i=0;i<6;i++)//将对角线上数据化为1 // { // p=1.0/q[i][i]; // for(j=0;j<12;j++) // q[i][j]*=p; // } // for(i=0;i<6;i++) //提取逆矩阵 // for(j=0;j 摄影测量学 实验报告 学院：地信院 班级：测绘0904班 老师：邹峥嵘 姓名：张文佳 学号：0405090921 2011年11 月11 日 空间后方交会——空间前方交会 程序编程实验 一．实验目的 1、要求掌握运用摄影测量中空间后方交会-空间前方交会求解地面点的空间位 置的方法和原理。 2、学会运用空间后方交会的原理，根据所给控制点的地面摄影测量坐标系坐标 以及相应的像平面坐标系中的坐标，利用计算机编程语言实现空间后方交会的计算，完成所给像对中两张像片各自的六个外方位元素的求解和精度评定。 3、根据空间后方交会所得的两张像片的内外方位元素，利用同名像点在左右像 片上的坐标，利用计算机编程语言前方交会编程，求解其对应的地面点在摄影测量坐标系中的坐标，从而达到通过摄影测量量测地面地理数据的目的。 二．实验仪器 1、计算机 2、MATLAB计算机编程软件 三、实验数据 实验数据实验数据包含四个地面控制点（GCP）的地面摄影测量坐标及在左右像片中的像平面坐标。此四对坐标运用最小二乘法求解左右像片的外方位元素，即完成了空间后方的过程。另外还给出了 5 对地面点在左右像片中的像平面坐标和左右像片的内方位元素。实验数据如下： 四、程序设计流程图 1、后方交会 此过程完成空间后方交会求解像片的外方位元素，其中改正数小于限差（长度改 正数小于0.01m,角度改正数小于0.0003，相当于1’的角度值）为止。在这个过程中采用迭代计算的方法，是外方位元素逐渐收敛于理论值，每次迭代所得的改正数都应加到上一次的初始值之中。 2、前方交会 七、实验原理公式 1、后方交会中运用的共线方程数学模型 Z Y f Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f y y Z X f Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f x x s s s s s s s s s s s s -=-+-+--+-+--=--=-+-+--+-+--=-)()()()()()()()()()()()(33322203331110 3、前方交会与后方交会中均用到旋转矩阵进行的坐标转换 课程设计报告 （2013/2014学年第一学期） 题目：立体像对的前方交会 专业测绘工程 学生姓名卞鸿磊 班级学号B11090509 指导教师杨立君 指导单位地理与生物信息学院 日期2013年12月29日 立体像对的前方交会 一、内容与要求 (1) 以读文本文件的形式读取立体像对的外方位元素值； (2) 以读取文本文件的形式读取同名像点坐标； (3) 计算投影系数，像空间辅助坐标系坐标及地面摄影测量坐标系坐标； (4) 首先自己设计好界面和算法，解算中间参数及成果应通过窗口或对话框进行显示； (5) 界面友好，可操作性强，输入信息符合专业规范； (6) 必须完成所要求的各基本功能； (7) 程序设计语言可根据个人情况进行选择，建议使用IDL交互式程序设计语言。 二、基本原理 立体像对与所摄影地面存在着一定几何关系，这种关系可以用数学表达式来描述，若在S1，S2两个摄站点对地面摄影，获取一个立体像对，任一地面点A 在该像对的左右相片上的构象为a1,a2。现已知这两张相片的内外方位元素，设想将该相片按内外方位元素值置于摄影时的位置，显然同名射线S1a1与S2a2必然交于地面点A。这种由立体像对中两张像片的内，外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为空间前方交会。 空间前方交会基本关系式： 要确定像点与其对应的地面点的数学表达式，要设定D-XYZ地面摄影测量坐标系，S1-U1V1W1及S2-U2V2W2分别为左右相片的相空间辅助坐标系，且两个像空间辅助坐标系的三个轴系分别与D-XYZ三轴平行。 设地面点A在D-XYZ坐标系中的坐标为（X,Y,Z），地面点A在S1-U1V1W1及S2-U2V2W2中的坐标分别为（U1,V1,W1）及（U2,V2.W2），A点相应像点a1,a2的像空间坐标为（x1,y1,-f）,(x2,y2,-f),像点的像空间辅助坐标为（u1,v1,w1）,(u2,v2,w2),则有：空间后方交会的解算
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