摄影测量学 7 数字地面模型共73页文档

摄影测量（一）一、填空题（20 分，每空 1 分）1、摄影测量中常用的坐标系有、、、、2、解求单张像片的外方位元素最少需要个点。

3、GPS辅助空中三角测量的作用是。

4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要个和个地面控制点。

5、摄影测量加密按平差范围可分为、和三种方法。

6、摄影测量的发展经历了、和三个阶段。

7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是方程。

8、法方程消元的通式为Ni,i+1 = 。

二、名词解释（20 分，每个 4 分）1、内部可靠性：2、绝对定向元素：3、像主点：4、带状法方程系数矩阵的带宽：5、自检校光束法区域网平差：三、简答题（45 分，每题15分）1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在摄影测量中的主要用途。

2、像片外方位元素的作用是什么？用图示意以y 轴为主轴的航摄像片的外方位元素。

3、如果拥有一套POS系统，你打算如何用其快速确定地面点的三维坐标（简要叙述基本思想和具体解算过程）？四、综合题（15 分）设某区域由两条航线组成（如图 1 所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：① 当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t 、多余观测数r ；② 按最小带宽原则在图 a 中标出像片排列顺序号并求出带宽；③ 在图 b 中绘出改化法方程系数矩阵结构图（保留像片外方位元素）。

摄影测量（二）一、名词解释1 摄影测量学2 航向重叠3 单像空间后方交会4 相对行高5 像片纠正6 解析空中三角测量7 透视平面旋转定律8 外方位元素9 核面10 绝对定向元素二、填空1 摄影测量的基本问题，就是将 ________ 转换为 _______ 。

2 物体的色是随着 _________ 的光谱成分和物体对光谱成分固有不变的 ______ 、__________ 、和________ 的能力而定的。

3 人眼产生天然立体视觉的原因是由于 ________ 的存在。

第七章 数字地面模型§7.1 概 述一、地形表达方式自古以来人类就对自身所处的地表环境信息感兴趣，利用各种方法测定地表形态并加以描述。

绘画是古老的方法之一，它是对绘画对象作了艺术的概括，但它没有严格的数学基础和特有的地图符号。

主要表现了对象的形态特征和色彩特征，而对对象的定量性描述有限。

另一种古老但非常有效并一直沿用到现代的精确表达地表现象的方式是地图。

地图实现了在各种二维介质平面上描述实际地形表面的三维信息。

地图实质上就是按一定数学法则，运用符号系统，概括地将地球上各种自然和社会经济现象缩小表示在平面上的图形。

地图的基本性质为公式化(数学基础)、抽象化(地图概括)和符号化(符号系统)。

地图具有形象直观性、地理方位性和几何精确性的特点。

地图按内容可分为普通地图和专题图。

普通地图又分为地形图与普通地理图两类。

在各种地图中，能准确描述地貌形态的是地形图。

在地形图上，所有的地形信息均以正射投影方式投影在水平面上，用线划或符号表示成按比例缩小的地物，对地物高度和地形起伏信息则有选择地用等高线表示。

地图编制方法有多种。

传统方法主要利用各种测量仪器在野外进行地面实地测量，自从摄影技术出现后，由于影像具有成像快速、信息丰富、直观逼真等特点，且摄影测量成图具有成本低、野外作业量少、时效性强等优点，人们又开始利用摄影像片进行地图的编绘，摄影测量也就成为重要的地形测绘方法。

摄影测量发展至今经历了三个阶段：模拟摄影测量阶段、解析摄影测量阶段和数字摄影测量阶段。

由于不同阶段的理论、技术和方法的差异，因此在不同时期具有不同形式的产品。

在模拟摄影测量以及解析摄影测量阶段，利用影像编制的最终产品只是描绘在纸上的线划地图或印在像纸上的影像图。

这些线划图和影像图虽直观，便于人工使用，但不便于管理，特别是无法被现代计算机直接利用。

随着计算机技术和图像处理技术的发展以及生产实践的要求，人们开始利用数字形式表示地表信息，以往传统产品正逐渐被数字产品所取代，其中典型产品有数字地图与数字地面模型(Digital Terrain Model ，简称DTM)。

《摄影测量学》7数字高程模型及其应用常用的地貌表示方法常用的地貌表示方法等高线图第七章数字高程模型及其应用§7-1 概述数字地面模型的发展过程1956年由Miller教授提出概念60年代至70年代对DTM内插问题进行了大量的研究70年代中、后期对采样方法进行了研究80年代以后,对DTM的研究已涉及到DTM系统的个环节,其中包括用DTM表示地形的精度、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网的建立与应用数字地面模型DTM的概念数字地面模型DTM(Digital Elevation Model):是地形表面形态等多种信息的一个数字表示. DTM是定义在某一区域D上的m 维向量有限序列:V ,i1,2,…,ni其向量V (V ,V ,…,V )的分量为地形X,Y,Zi i1 i2 in i i i((X,Y)∈ D)、资源、环境、土地利用、人口分布等多种i i信息的定量或定性描述。

数字高程模型DEM的概念数字高程模型DEM(Digital Elevation Model):是表示区域D上地形的三维向量有限序列{Vi(Xi,Yi,Zi),i1,2,…n}其中(Xi,Yi)∈D是平面坐标,Zi是(Xi,Yi)对应的高程DEM是DTM的一个子集,是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达,是DTM的地形分量。

地面信息的不同表达方地形图:优点:直观,便于人工使用缺点:计算机不能直接利用,不能满足自动化要求,管理不DTM:地表信息的数字表达形优点:直接输入计算机,计算机辅助设计,便于修改、更新、管理,便于转换成其它形式的产品数字高程模型DEM 表示形式规则矩形格网(Grid利用一系列在X,Y方向上等间隔排列的地形点的高程Z表示地形,形成一个矩形格网DEMXY 、任一点Pi,jiiXX+i?ΔXi 0YY+j?ΔYi 0基本信息: XY 、 ):起始点坐标00ij , :行列数;: ΔΔ X、 Y 间隔DEM:基本信息+规则存放的高程优点:存储量最小,易管理,应用最广泛缺点:不能准确表达地形的结构和细不规则三角网TIN :按地形特征采集的点以一定规则连接成覆盖整个区域互不重叠的三角形优点:顾及地貌特征点、线,表达复杂地形较准缺点:数据量大,结构复杂,应用、管理复数据点的获取DEM数据采集方法野外实测:全站仪、GPS施测现有图数字化手扶跟踪数字化扫描数字化摄影测量方法解析测图仪、自动化的测图系统进行采集(自动化DEM数据采集)空间传感器:遥感系统、雷达等§7-2 数据预处理格式转换:数据格式不同,转换为内插软件需要的格式坐标系统的变换:变换到地面坐标系,一般采用国家坐标数据编辑:交互方式,查错、补测栅格数据转换为矢量数据:扫描数字化得到灰度阵列(栅格数据)转换为按顺序排列的点坐标(矢量数据)数据分块:数据采集方式不同,排列顺序不同,内插计算只与周围点有关,分块可保证在大量数据中找到需要的点§7-3 数字高程模型数据内插§7-3 数字高程模型数据内插规则格非采样点的采集的原始数高程?非规则排数字地面模型数据内插:根据参考点上的高程计算其它待定点处高程的方法用邻近的数据点数字地面模型数据内插的特点:内插出待定点基于原始函数的连续光滑性大范围内的地形很复杂,整个地球表面起伏不可能用一个多项式拟合,采用局部函数内插地表既有连续光滑的特点,又有由于自然或人为的原因产生的不连续内插方法1、移动曲面拟合法*2、线性内插*3、双线性内插*4、三次样条函数内插*5、多面函数法6、最小二乘配置法7、有限元内插法一、移动拟合法:数据点范围随待数据点范围随待插点位置变化而插点位置变化而变化变化逐点内插1、解法思路:以待定点为中心,定义一个局部函数(一次或二次多项式)拟合周围数据点,以确定待定点的高程2、数学模型:22Z AX++ BXY CY+DX+EY+F3、解算过程(二次多项式为例) :①检索出对应该点的几个分块格网中的数据点(数据分块),并将坐标原点移至该点PXP,YP)XX ? X Y Y?Yii pi i p②以P为圆心,R为半径作圆(数据点个数6,选用圆内点22③列误差方程:拟合曲面Z Ax++ Bxy Cy+Dx+Ey+F22数据点Pi的误差方程:vX A++ XYBYC+XD+YE+F?Zii ii i i i i④计算每一数据点的权不是观测精度,反映该点对待定点影响的大小(相关程度,影响大则权大):与该数据点与待定点的距离2diRd122ikp , p , p ei i i2d di i待定点P⑤解法方程:的高程解得参数A、B、C、D、E、F4、怎样选邻近的数据点来拟合曲面?选圆内的点,要综合考虑范围和点数两个因素,数要不少于6个,点的分布要均匀地形起伏较大时,半径不能取得很大数据点与待定点之间的地形变化是连续光滑的5、适用场合:方便灵活,计算速度较慢,适用于离散点生成规则格网DEM二、线性内插Z aa++X aY1、数学模型p 01 22、解法思路使用最靠近的三个数据点,确定平面参数a 、a 、a ,从0 1 2而求出新点的高程10 0aZ01?11 XY a Z 第点为原点22 1 2?aZ1XY 3323?aXY ?XY 00Z02332 11aY ?YY?YZ123332XY ?XY23 32aX??XXXZ?23232??3?3、适用场合:根据格网点、断裂线点高程内插等高线三、双线性内插1、数学模型双线性多项式Z aa++X aY+aXY00 10 01 112、解法思路使用最靠近的四个数据点,确定参数a 、a 、a 、a ,从而00 01 10 11求出新点的高程1101XY YXZ ? 1 1? ZZ + 1?P 00 10LL LLPXY XY+? 1 ZZ +L01 11LL LLYX003、适用场合10在方格网(GRID)中内插高程双线性多项式内插只能保证相邻区域接边处的连续,不能保证光滑。

摄影测量学第一章绪论1.简述摄影测量学发展现状与趋势答：摄影测量就是利用摄影技术（主要是航空摄影也可是地面摄影)摄取物体的影像，从而识别此物体并测求其形状及位置。

摄影测量发展至今可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。

分为四个趋势：①空间数据信息获取的发展趋势。

②空间信息处理的发展趋势。

③空间信息管理的发展趋势。

④空间信息应用的发展趋势2.什么是4D产品？DOM的概念？TDOM的概念答：由数字高程模型DEM，数字正射影像图DOM，数字线划图DLG，数字栅格图DRG组成。

DOM，是对航空相片进行数字微分纠正，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集，它同时具有地图几何精度和影像特征的图像。

TDOM，是真正摄影像，通过数字表面模型来纠正，完全垂直的建筑物能够正确定位，无掩蔽的区域。

3.什么是摄影测量学，摄影测量发展的三个阶段答：摄影测量就是利用摄影技术（主要是航空摄影也可是地面摄影)摄取物体的影像，从而识别此物体并测求其形状及位置。

摄影测量发展至今可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。

第二章影像获取1.航空摄影及其基本要求答：航空摄影就是以航空飞行器（飞机、汽球、飞艇等）为平台，用航空摄影机按摄影计划摄取地面物体影像的过程。

利用安装在航摄飞机上的航摄仪或数码相机从空中一定角度对地面进行摄影航摄仪或数码相机在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面成图速度快、精度高、是中小比例尺地形图主要成图方式。

第三章摄影测量的基础知识（可不做）1.简叙中心投影的几种作图方法。

答：1.地面上点的中心投影法作图步骤:(1)找迹点T:(2)找主合点i;(3)连T1i与SA，交点为a。

2.直线的中心投影作图作图步骤:(1)找迹点T1;(2)找合点i1;(3)连T1i1与SA,交点为a;(4)连T1i1与SB,交点为b;(5) a与b连线。

3.地面上铅垂线中心投影作图作图步骤:(1)按E面上点作图方式确定a;(2)找像底点n;(3)连接na;(4) na与SB的交点为b;(5) a与b连线。