空间后方交会程序

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 AS 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[,]()()()()()()()()()()()()()()Tx 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 fa X X a Y Y a Z Z a X Xb Y Yc Z Z l y y y fa 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00253.24mmx y 0f ===2. 解算程序流程图MATLAB 程序format long;s1=xlsread('data.xls');%读取数据a1=s1(1:4,1:2);%影像坐标b1=s1(1:4,3:5);%地面摄影测量坐标a2=s1.*10^-3;%影像坐标单位转化j1=a2(1,:)-a2(2,:);j2=j1(1,1)^2+j1(1,2)^2;lengh_a1=sqrt(j2); %相片某一长度j1=b1(1,:)-b1(1,:);j2=j1(1,1)^2+j1(1,2)^2;lengh_b1=sqrt(j2); %地面对应的长度m=lengh_b1/lengh_a1;%求出比例尺n0=0;p0=0;q0=0;x0=mean(b1(:,1));y0=mean(b1(:,2));f=153.24*10^-3;z0=m*f;x001={x0,x0,x0,x0};X0=cell2mat(x001)';y001={y0,y0,y0,y0};Y0=cell2mat(y001)';z001={z0,z0,z0,z0};Z0=cell2mat(z001)';%初始化外方位元素的值aa1=cos(n0)*cos(q0)-sin(n0)*sin(p0)*sin(q0);aa2=-sin(q0)*cos(n0)-sin(n0)*sin(p0)*cos(q0);aa3=-sin(n0)*cos(p0);bb1=sin(q0)*cos(p0);bb2=cos(q0)*cos(p0);bb3=-sin(p0);cc1=sin(n0)*cos(q0)+sin(p0)*cos(n0)*sin(q0);cc2=-sin(n0)*sin(q0)+sin(p0)*cos(q0)*cos(n0);cc3=cos(n0)*cos(p0);%计算改正数XX1=aa1.*(b1(:,1)-X0)+bb1.*(b1(:,2)-Y0)+cc1.*(b1(:,3)-Z0); XX2=aa2.*(b1(:,1)-X0)+bb2.*(b1(:,2)-Y0)+cc2.*(b1(:,3)-Z0); XX3=aa3.*(b1(:,1)-X0)+bb3.*(b1(:,2)-Y0)+cc3.*(b1(:,3)-Z0); lx=a1(:,1)+f.*(XX1./XX3);ly=a1(:,2)+f.*(XX2./XX3);l={lx',ly'};L=cell2mat(l)';%方程系数A=[-3.969*10^-5 0 2.231*10^-5 -0.2 -0.04 -0.06899;0 -3.969*10^-5 1.787*10^-5 -0.04 -0.18 0.08615;-2.88*10^-5 0 1*10^-5 -0.17 0.03 0.08211;0 -2.88*10^-5 -1.54*10^-5 0.03 -0.2 0.0534;-4.14*10^-5 0 4*10^-6 -0.15 -7.4*10^-3 -0.07663;0 -4.14*10^-5 2.07*10^-5 -7.4*10^-3 -0.19 0.01478;-2.89*10^-5 0 -1.98*10^-6 -0.15 -4.4*10^-3 0.06443;0 -2.89*10^-5 -1.22*10^-5 -4.4*10^-3 -0.18 0.01046];%L=[-1.28 3.78 -3.02 -1.45 -4.25 4.98 -4.72 -0.385]'.*10^-2; %第一次迭代X=inv(A'*A)*A'*L;3.结果X=1492.41127406195-554.4015671761941425.68660973544-0.0383847815608609 0.00911624039769785 -0.105416434087641S=1492.41127406195-554.401567176194 1425.68660973544 38436.9616152184 27963.1641162404-0.105416434087641。

单片空间后方交会程序设计专业：测绘工程班级：测绘101姓名：张雯学号：2010220200512 用C 或VC++语言实现单片后方交汇的计算。

以单幅影像为基础，从该影象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，求解该影象在航空摄影时刻的像片外方位元素Xs ，Ys ，Zs,ф,ω,κ.共线条件方程如下：x-x0=-f*[a1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)]/[a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)] y-y0=-f*[a2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)]/[a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)] x,y 为像点的像平面坐标；x0,y0,f 为影像的外方位元素；Xs,Ys,Zs 为摄站点的物方空间坐标；X,Y,Z 为物方点的物方空间坐标；输入原始数据归算像点坐标x,,y 计算和确定初值X s 0, Y s 0, Z s 0, φ0,ω0,κ0 组成旋转矩阵R 计算（x ），（y ）和l x ，l y 逐点组成误差方程并法化 所有点完否？ 解法方程，求未知数改正数 计算改正后外方位元素未知数改正数<限差否？整理并输出计算结果正常输出迭代次数小于限差否？ 输出中间结果和出错信息4个地面控制点的地面坐标及其对应像点的像片坐标：结果输出：已知条件:像点坐标x,y:-53.4 82.21-14.78 -76.6310.46 64.43153.24 -86.15地点坐标Xa,Ya,Za:37631.1 31324.5 728.6939101 24935 2386.540426.5 30319.8 757.31-68.99 36589.4 25273.3摄影比例尺：1:50000内方位元素:x0=y0=0 f=153.24mm计算结果:旋转矩阵：0.997709 0.0675334 0.00398399-0.0675254 0.997715 -0.00211178-0.0041175 0.00183792 0.99999像点坐标位:(单位：mm)-86.15 -68.99-53.41 82.21-14.78 -76.6310.47 64.43外方位元素：Xs=39795.435 精度为:1.1254813Ys=27476.479 精度为:1.2437625Zs=7572.6929 精度为:0.48380521q=-0.0039840098 精度为:0.00018182003 w=0.0021117837 精度为:0.00015959235 k=-0.067576934 精度为:7.2440432e-005 迭代次数：4Press any key to continue。

后方交会法流程后方交会法呀，这可有点小意思呢。

后方交会法是一种在测量里挺有用的方法哦。

咱先说一下啥是后方交会法的基本原理吧。

它就是通过在未知点上设站，然后观测三个或者更多的已知控制点，根据这些观测数据来计算出这个未知点的坐标。

这就好比你在一个陌生的地方，你能看到周围几个你认识的标志性建筑，然后根据你看这些建筑的角度啊之类的信息，就能知道自己在啥位置啦。

那它的具体操作流程是啥样的呢？一、前期准备工作。

咱们得先准备好测量仪器呀，像全站仪这些，这就像是战士上战场要带好武器一样重要。

而且要保证仪器的状态良好，要是仪器出了问题，那后面测量出来的数据可就不准啦。

同时呢，还要拿到那些已知控制点的坐标资料，这可是关键的参考信息，没有这些，就像没了地图的旅行者，完全不知道方向呢。

二、设站。

把全站仪安置在这个未知点上，这个未知点的选择也有点小讲究哦。

要选择一个视野开阔的地方，这样才能很好地观测到那些已知控制点。

要是周围都是遮挡物，那可就没法好好测量啦。

在设站的时候呢，要把仪器调平，这一步可不能马虎，如果仪器没有调平，就像盖房子没有打好地基，后面的数据肯定是错得离谱。

三、观测已知控制点。

接下来就是观测那些已知控制点啦。

要仔细地测量每个控制点的水平角和垂直角之类的数据。

测量的时候要认真哦，多测几次取个平均值就更好啦，这样可以减少误差。

就像你做数学题，多检查几遍答案就更准确啦。

而且观测的时候要按照一定的顺序，这样不容易乱，也方便后面整理数据。

四、数据记录与整理。

把观测到的数据认真地记录下来，这可关系到最后的计算结果呢。

要是记录错了一个数字，那就像做饭放错了盐一样，整个味道就不对啦。

记录完之后呢，要检查一下有没有遗漏或者错误的地方。

然后根据这些数据开始计算未知点的坐标啦。

这个计算过程可能有点复杂，不过现在有很多软件可以帮助我们计算，但是咱也得知道计算的原理呀，不能完全依赖软件。

五、精度检查。

计算出坐标之后呢，可不能就这么完事儿了。

实验一 编写单片空间后方交会程序
一、实验目的
用程序设计语言（Visual C++或者C 语言、matlab 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、实验内容与要求
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、实验原理
根据摄影过程的几何反转原理。

四、实验数据准备
﹡ 已知航摄仪的内方位元素0,24.15300===y x mm f （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：
1．每人必须独立上机操作；
2．实验前认真复习单片空间后方交会的有关内容。

六、实验报告
原理、实验步骤及程序框图
上机调试程序并打印结果。

摄影测量学实验报告实验一、单像空间后方交会学院：建测学院班级：测绘082姓名：肖澎学号： 15一．实验目的1.深入了解单像空间后方交会的计算过程；2.加强空间后方交会基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆；3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。

二．实验原理以单幅影像为基础，从该影像所覆盖地面范围内若干控制点和相应点的像坐标量测值出发，根据共线条件方程，求解该影像在航空摄影时刻的相片外方位元素。

三．实验内容1.程序图框图2.实验数据（1）已知航摄仪内方位元素f＝153.24mm，Xo＝Yo＝0。

限差0.1秒（2）已知4对点的影像坐标和地面坐标：3.实验程序using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace ConsoleApplication3{class Program{static void Main(){//输入比例尺，主距，参与平参点的个数Console.WriteLine("请输入比例尺分母m：\r");string m1 = Console.ReadLine();double m = (double)Convert.ToSingle(m1);Console.WriteLine("请输入主距f：\r");string f1 = Console.ReadLine();double f = (double)Convert.ToSingle(f1);Console.WriteLine("请输入参与平差控制点的个数n：\r");string n1 = Console.ReadLine();int n = (int)Convert.ToSingle(n1);//像点坐标的输入代码double[] arr1 = new double[2 * n];//1.像点x坐标的输入for (int i = 0; i < n; i++){Console.WriteLine("请输入已进行系统误差改正的像点坐标的x{0}值：\r", i+1);string u = Console.ReadLine();for (int j = 0; j < n; j += 2){arr1[j] = (double)Convert.ToSingle(u);}}//2.像点y坐标的输入for (int i = 0; i < n; i++){Console.WriteLine("请输入已进行系统误差改正的像点坐标的y{0}值：\r", i+1);string v = Console.ReadLine();for (int j = 1; j < n; j += 2){arr1[j] = (double)Convert.ToSingle(v);}}//控制点的坐标输入代码double[,] arr2 = new double[n, 3];//1.控制点X坐标的输入for (int j = 0; j < n; j++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的X{0}值：\r", j+1);string u = Console.ReadLine();arr2[j , 0] = (double)Convert.ToSingle(u);}//2.控制点Y坐标的输入for (int k = 0; k < n; k++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的Y{0}值：\r", k+1);string v = Console.ReadLine();arr2[k , 1] = (double)Convert.ToSingle(v);}//3.控制点Z坐标的输入for (int p =0; p < n; p++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的Z{0}值：\r", p+1);string w = Console.ReadLine();arr2[p , 2] = (double)Convert.ToSingle(w);}//确定外方位元素的初始值//1.确定Xs的初始值：double Xs0 = 0;double sumx = 0;for (int j = 0; j < n; j++){double h = arr2[j, 0];sumx += h;}Xs0 = sumx / n;//2.确定Ys的初始值：double Ys0 = 0;double sumy = 0;for (int j = 0; j < n; j++){double h = arr2[j, 1];sumy += h;}Ys0 = sumy / n;//3.确定Zs的初始值：double Zs0 = 0;double sumz = 0;for (int j = 0; j <= n - 1; j++){double h = arr2[j, 2];sumz += h;}Zs0 = sumz / n;doubleΦ0 = 0;doubleΨ0 = 0;double K0 = 0;Console.WriteLine("Xs0,Ys0,Zs0,Φ0,Ψ0,K0的值分别是：{0},{1},{2},{3},{4},{5}", Xs0, Ys0, Zs0, 0, 0, 0);//用三个角元素的初始值按（3-4-5）计算各方向余弦值，组成旋转矩阵,此时的旋转矩阵为单位矩阵I：double[,] arr3 = new double[3, 3];for (int i = 0; i < 3; i++)arr3[i, i] = 1;}double a1 = arr3[0, 0]; double a2 = arr3[0, 1]; double a3 = arr3[0, 2];double b1 = arr3[1, 0]; double b2 = arr3[1, 1]; double b3 = arr3[1, 2];double c1 = arr3[2, 0]; double c2 = arr3[2, 1]; double c3 = arr3[2, 2];/*利用线元素的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程（3-5-2），* 逐点计算像点坐标的近似值*///1.定义存放像点近似值的数组double[] arr4 = new double[2 * n];//----------近似值矩阵//2.逐点像点坐标计算近似值//a.计算像点的x坐标近似值（x）for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){for (int j = 0; j < n; j++){arr4[i] = -f * (a1 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b1 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c1 * (arr2[j, 2] - Zs0)) / (a3 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b3 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c3 * (arr2[j, 2] - Zs0)); }}//b.计算像点的y坐标近似值（y）for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){for (int j = 0; j < n; j++){arr4[i] = -f * (a2 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b2 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c2 * (arr2[j, 2] - Zs0)) / (a3 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b3 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c3 * (arr2[j, 2] - Zs0)); }}//逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程：double[,] arr5 = new double[2 * n, 6]; //------------系数矩阵（A）//1.计算dXs的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 0] = -1 / m; //-f/H == -1/m}//2.计算dYs的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 1] = -1 / m; //-f/H == -1/m}//3.a.计算误差方程式Vx中dZs的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2)arr5[i, 2] = -arr1[i] / m * f;}//3.b.计算误差方程式Vy中dZs的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 2] = -arr1[i] / m * f;}//4.a.计算误差方程式Vx中dΦ的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 3] = -f * (1 + arr1[i] * arr1[i] / f * f);}//4.a.计算误差方程式Vy中dΦ的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 3] = -arr1[i - 1] * arr1[i] / f;}//5.a.计算误差方程式Vx中dΨ的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 4] = -arr1[i] * arr1[i + 1] / f;}//5.b.计算误差方程式Vy中dΨ的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 4] = -f * (1 + arr1[i] * arr1[i] / f * f);}//6.a.计算误差方程式Vx中dk的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 5] = arr1[i + 1];}//6.b.计算误差方程式Vy中dk的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 5] = -arr1[i - 1];}//定义外方位元素组成的数组double[] arr6 = new double[6];//--------------------外方位元素改正数矩阵（X）//定义常数项元素组成的数组double[] arr7 = new double[2 * n];//-----------------常数矩阵（L）//计算lx的值for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2)arr7[i] = arr1[i] - arr4[i]; //将近似值矩阵的元素代入}//计算ly的值for (int i = 1; i <= 2 * (n - 1); i += 2){arr7[i] = arr1[i] - arr4[i]; //将近似值矩阵的元素代入}/* 对于所有像点的坐标观测值，一般认为是等精度量测，所以权阵P为单位阵.所以X=(ATA)-1ATL *///1.计算ATdouble[,] arr5T = new double[6, 2 * n];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 2 * n; j++){arr5T[i, j] = arr5[j, i];}}//A的转置与A的乘积,存放在arr5AA中double[,] arr5AA = new double[6, 6];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 6; j++){arr5AA[i, j] = 0;for (int l = 0; l < 2 * n; l++){arr5AA[i, j] += arr5T[i, l] * arr5[l, j];}}}nijuzhen(arr5AA);//arr5AA经过求逆后变成原矩阵的逆矩阵//arr5AA * arr5T存在arr5AARATdouble[,] arr5AARAT = new double[6, 2 * n];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 2 * n; j++){arr5AARAT[i, j] = 0;for (int p = 0; p < 6; p++){arr5AARAT[i, j] += arr5AA[i, p] * arr5T[p, j];}}}//计算arr5AARAT x L，存在arrX中double[] arrX = new double[6];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 1; j++){arrX[i] = 0;for (int vv = 0; vv < 6; vv++){arrX[i] += arr5AARAT[i, vv] * arr7[vv];}}}//计算外方位元素值double Xs, Ys, Zs, Φ, Ψ, K;Xs = Xs0 + arrX[0];Ys = Ys0 + arrX[1];Zs = Zs0 + arrX[2];Φ = Φ0 + arrX[3];Ψ = Ψ0 + arrX[4];K = K0 + arrX[5];for (int i = 0; i <= 2; i++){Xs += arrX[0];Ys += arrX[1];Zs += arrX[2];Φ += arrX[3];Ψ += arrX[4];K += arrX[5];}Console.WriteLine("Xs,Ys,Zs,Φ,Ψ,K的值分别是：{0},{1},{2},{3},{4},{5}", Xs0, Ys0, Zs0, Φ, Ψ, K);Console.Read();}//求arr5AA的逆矩public static double[,] nijuzhen(double[,] a) {double[,] B = new double[6, 6];int i, j, k;int row = 0;int col = 0;double max, temp;int[] p = new int[6];for (i = 0; i < 6; i++){p[i] = i;B[i, i] = 1;}for (k = 0; k < 6; k++){//找主元max = 0; row = col = i;for (i = k; i < 6; i++){for (j = k; j < 6; j++){temp = Math.Abs(a[i, j]);if (max < temp){max = temp;row = i;col = j;}}}//交换行列，将主元调整到k行k列上if (row != k){for (j = 0; j < 6; j++){temp = a[row, j];a[row, j] = a[k, j];a[k, j] = temp;temp = B[row, j];B[row, j] = B[k, j];B[k, j] = temp;i = p[row]; p[row] = p[k]; p[k] = i; }if (col != k){for (i = 0; i < 6; i++){temp = a[i, col];a[i, col] = a[i, k];a[i, k] = temp;}}//处理for (j = k + 1; j < 6; j++){a[k, j] /= a[k, k];}for (j = 0; j < 6; j++){B[k, j] /= a[k, k];a[k, k] = 1;}for (j = k + 1; j < 6; j++){for (i = 0; j < k; i++){a[i, j] -= a[i, k] * a[k, j];}for (i = k + 1; i < 6; i++){a[i, j] -= a[i, k] * a[k, j];}}for (j = 0; j < 6; j++){for (i = 0; i < k; i++){B[i, j] -= a[i, k] * B[k, j];}for (i = k + 1; i < 6; i++){B[i, j] -= a[i, k] * B[k, j];}for (i = 0; i < 6; i++) {a[i, k] = 0;a[k, k] = 1;}}//恢复行列次序for (j = 0; j < 6; j++){for (i = 0; i < 6; i++) {a[p[i], j] = B[i, j]; }}for (i = 0; i < 6; i++){for (j = 0; j < 6; j++) {a[i, j] = a[i, j];}}return a;}4．实验结果四．实验总结此次实验让我深入了解单像空间后方交会的计算过程，加强了对空间后方交会基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆。

简述单像空间后方交会的程序设计步骤摘要：一、单像空间后方交会概念阐述二、单像空间后方交会程序设计目的三、单像空间后方交会程序设计步骤1.数据准备2.建立中心投影几何模型3.求解像片外方位元素4.评定精度四、实验意义及能力培养正文：单像空间后方交会是一种基于摄影测量原理的算法，通过计算影像的外方位元素，实现对影像的定位和测量。

在已知地面上若干点的地面坐标和对应像点的像片坐标的情况下，利用共线条件方程求解像片外方位元素。

以下详细介绍单像空间后方交会的程序设计步骤：一、单像空间后方交会概念阐述单像空间后方交会是指在影像覆盖范围内，根据一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素的过程。

它是摄影测量中一种基础的算法，为后续复杂算法的演进提供了基础。

二、单像空间后方交会程序设计目的单像空间后方交会程序设计的目的是让学生深入理解单片空间后方交会的原理，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。

三、单像空间后方交会程序设计步骤1.数据准备：已知航摄仪的内方位元素，摄影比例尺，以及地面控制点的地面坐标和对应像点的像片坐标。

2.建立中心投影几何模型：根据针孔相机模型，建立中心投影的几何模型，包括物空间坐标系、像空间坐标系和摄影坐标系。

3.求解像片外方位元素：利用共线条件方程，通过最小二乘平差方法求解像片的外方位元素。

4.评定精度：根据实验数据，评定求解得到的像片外方位元素的精度。

四、实验意义及能力培养单像空间后方交会实验有助于学生掌握摄影测量基本原理，了解单像空间后方交会的计算过程，提高动手实践能力。

通过实验，学生可以深入理解线性代数和微分学在摄影测量中的应用，为后续学习提供更扎实的基础。

此外，实验还可以培养学生的解决问题的能力和综合运用所学知识的能力，为未来从事相关领域工作打下坚实基础。

综上所述，单像空间后方交会是一种重要的摄影测量方法，通过程序设计实现对影像的定位和测量。

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＊cVV(i)=V1（i)；VV(2*i+1）=V2(i)；endm0=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<=cm=input('x='）；n=input（'y='）;g1(i，1)=m;g1（i，2)=n；i=i+1；enddisp('GCP右片像框标坐标：’);global g2；g2=zeros(c,2);i=1;while i〈=cm=input（'x=’）;n=input('y=’）;g2（i，1)=m；g2（i，2）=n;i=i+1;end％%%%％%%%%%%%%％％%%％％%％％％％%％%%％％%%％％%％％%%％% function shuru（)global a；a=input（'计算总像对点数='); %完成想计算所需的像平面坐标global b1；％坐标输入,存入不同的矩阵中b1=zeros(a,2)；disp('左片像点坐标：'）i=1；while i〈=am=input（'x=’）；n=input(’y=’);b1(i，1)=m；b1（i,2)=n;i=i+1;end%%global b2;b2=zeros（a,2）；disp（’右片像点坐标：')i=1;while i〈=am=input('x=’）;n=input（'y=’）；b2(i,1）=m；b2(i,2)=n；i=i+1;end％%global c;c=input(’GCP的总数='）；disp('GCP摄影测量系坐标：’)global G;G=zeros(3,c)；i=1；while i〈=cm=input（’X='）;n=input(’Y='）;v=input（’Z=')；G(i，1）=m;G（i，2)=n;G（i,3)=v；i=i+1;end %%％％％％%%％%%%%%%％％％％％％％％%%％％%％%%%％％%%%空间前方交会和后方交会函数:function XYZ=MQZqianfangjh（）global R1 R2 a f b1 b2 Ra Rb；global X1 X2;R1=Ra；R2=Rb;R1=zeros（3,3）;R2=zeros（3,3)；global g1 g2 G V1 V2 V WF c QXX QXX1 QXX2；xs0=（G（1，1)+G(3,1))/2；ys0=（G（1，2）+G(3，2)）/2;［Xs1，Ys1，Zs1,q1,w1，k1 R]=houfangjh(g1，xs0,ys0）；％对左片调用后方交会函数R1=R；V1=V；WF1=WF;QXX1=QXX;save '左片外方位元素为。

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace 单像空间后方交会{class Program{static void Main(string[] args){int x0, y0, i, j; double f, m;Console.Write("请输入像片比例尺：");m = 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x0 = int.Parse(Console.ReadLine());Console.Write("请输入像片的内方位元素y0:");y0 = int.Parse(Console.ReadLine());Console.Write("请输入摄影机主距f:");f = double.Parse(Console.ReadLine());Console.WriteLine();//输入坐标数据double[,] zuobiao = new double[4, 5];for (i = 0; i < 4; i++){for (j = 0; j < 5; j++){if (j < 3){Console.Write("请输入第{0}个点的第{1}个地面坐标：", i + 1, j + 1);zuobiao[i, j] =double.Parse(Console.ReadLine());}else{Console.Write("请输入第{0}个点的第{1}个像点坐标：", i + 1, j - 2);zuobiao[i, j] =double.Parse(Console.ReadLine());}} Console.WriteLine();}//归算像点坐标for (i = 0; i < 4; i++){for (j = 3; j < 5; j++){if (j == 3)zuobiao[i, j] = zuobiao[i, j] - x0;elsezuobiao[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++){xs0 = xs0 + zuobiao[i, 0];ys0 = ys0 + zuobiao[i, 1];}xs0 = xs0 / 4;ys0 = ys0 / 4;//逐点计算误差方程系数double[,] xishu = new double[8, 6];for (i = 0; i < 8; i += 2){double x, y;x = zuobiao[i / 2, 3]; y = zuobiao[i / 2, 4];xishu[i, 0] = xishu[i + 1, 1] = -1 / m; xishu[i, 1] = xishu[i + 1, 0] = 0; xishu[i, 2] = -x / (m * f); xishu[i, 3] = -f * (1 + x * x / (f * f));xishu[i, 4] = xishu[i + 1, 3] = -x * y / f; xishu[i, 5] = y; xishu[i + 1, 2] = -y / (m * f); xishu[i + 1, 4] = -f * (1 + y * y / (f * f)); xishu[i + 1, 5] = -x;}//计算逆阵double[,] dMatrix =matrixChe(matrixTrans(xishu), xishu);double[,] dReturn = ReverseMatrix(dMatrix, 6);Console.WriteLine("逆矩阵为：");if (dReturn != null){matrixOut(dReturn);}//求解过程double phi0 = 0, omega0 = 0, kappa0 = 0; int q = 0;double[,] r = new double[3, 3];double[,] jinsi = new double[4, 2];double[] chazhi = new double[8];double[] jieguo = new double[6];double[,] zhong = matrixChe(dReturn,matrixTrans(xishu));do{ //计算旋转矩阵rr[0, 0] = Math.Cos(phi0) * Math.Cos(kappa0) - Math.Sin(phi0) * Math.Sin(omega0) * Math.Sin(kappa0);r[0, 1] = -Math.Cos(phi0) * Math.Sin(kappa0) - Math.Sin(phi0) * Math.Sin(omega0) * Math.Cos(kappa0);r[0, 2] = -Math.Sin(phi0) * Math.Cos(omega0);r[1, 0] = Math.Cos(omega0) * Math.Sin(kappa0);r[1, 1] = Math.Cos(omega0) * Math.Cos(kappa0);r[1, 2] = -Math.Sin(omega0);r[2, 0] = Math.Sin(phi0) * Math.Cos(kappa0) + Math.Cos(phi0) * Math.Sin(omega0) * Math.Sin(kappa0);r[2, 1] = -Math.Sin(phi0) * Math.Sin(kappa0) + Math.Cos(phi0) * Math.Sin(omega0) * Math.Cos(kappa0);r[2, 2] = Math.Cos(phi0) * Math.Cos(omega0);//计算x,y的近似值for (i = 0; i < 4; i++){jinsi[i, 0] = -f * (r[0, 0] * (zuobiao[i, 0] - xs0) + r[1, 0] * (zuobiao[i, 1] - ys0) + r[2, 0] * (zuobiao[i, 2] - zs0)) / (r[0, 2] * (zuobiao[i, 0] - xs0) + r[1, 2] * (zuobiao[i, 1] - ys0) + r[2, 2] * (zuobiao[i, 2] - zs0));jinsi[i, 1] = -f * (r[0, 1] * (zuobiao[i, 0] - xs0) + r[1, 1] * (zuobiao[i, 1] - ys0) + r[2, 1] * (zuobiao[i, 2] - zs0)) / (r[0, 2] * (zuobiao[i, 0] - xs0) + r[1, 2] * (zuobiao[i, 1] - ys0) + r[2, 2] * (zuobiao[i, 2] - zs0));}for (i = 0; i < 8; i += 2){chazhi[i] = zuobiao[i / 2, 3] - jinsi[i / 2, 0];chazhi[i + 1] = zuobiao[i / 2, 4] - jinsi[i / 2, 1];}for (i = 0; i < zhong.GetLength(0); i++){double k = 0;for (j = 0; j < zhong.GetLength(1); j++){k = k + zhong[i, j] * chazhi[j];}jieguo[i] = k;}//求新的近似值xs0 += jieguo[0]; ys0 += jieguo[1]; zs0 += jieguo[2];phi0 += jieguo[3]; omega0 += jieguo[4]; kappa0 += jieguo[5];q++;if (q > 1000)break;} while ((Math.Abs(jieguo[0]) > 0.020 ||Math.Abs(jieguo[1]) > 0.020) || Math.Abs(jieguo[2]) > 0.020);Console.WriteLine("共进行了{0}次运算", q);Console.WriteLine("旋转矩阵为");matrixOut(r);for (i = 0; i < jieguo.GetLength(0); i++){Console.Write("第{0}个外方位元素为：{1}", i + 1, jieguo[i]);}}//矩阵转置public static double[,] matrixTrans(double[,] X){double[,] A = X;double[,] C = new double[A.GetLength(1),A.GetLength(0)];for (int i = 0; i < A.GetLength(1); i++)for (int j = 0; j < A.GetLength(0); j++){C[i, j] = A[j, i];}return C;}//矩阵输出public static void matrixOut(double[,] X){double[,] C = X;for (int i = 0; i < C.GetLength(0); i++){for (int j = 0; j < C.GetLength(1); j++){Console.Write(" {0}", C[i, j]);}Console.Write("\n");}}//二维矩阵相乘public static double[,] matrixChe(double[,] X, double[,] Y){int i, j, n; double m;double[,] C = X; double[,] D = Y;double[,] E = new double[C.GetLength(0),C.GetLength(0)];for (i = 0; i < C.GetLength(0); i++){for (n = 0; n < C.GetLength(0); n++){m = 0;for (j = 0; j < C.GetLength(1); j++){m = m + C[i, j] * D[j, n];}E[i, n] = m;}}return E;}//计算行列式的值public static double MatrixValue(double[,] MatrixList, int Level){double[,] dMatrix = new double[Level, Level];for (int i = 0; i < Level; i++)for (int j = 0; j < Level; j++)dMatrix[i, j] = MatrixList[i, j];double c, x;int k = 1;for (int i = 0, j = 0; i < Level && j < Level; i++, j++){if (dMatrix[i, j] == 0){int m = i;for (; dMatrix[m, j] == 0; m++) ;if (m == Level)return 0;else{for (int n = j; n < Level; n++){c = dMatrix[i, n];dMatrix[i, n] = dMatrix[m, n];dMatrix[m, n] = c;}k *= (-1);}}for (int s = Level - 1; s > i; s--){x = dMatrix[s, j];for (int t = j; t < Level; t++)dMatrix[s, t] -= dMatrix[i, t] * (x / dMatrix[i, j]);}}double sn = 1;for (int i = 0; i < Level; i++){if (dMatrix[i, i] != 0)sn *= dMatrix[i, i];elsereturn 0;}return k * sn;}//计算逆阵public static double[,] ReverseMatrix(double[,] dMatrix, int Level){double dMatrixValue = MatrixValue(dMatrix, Level);if (dMatrixValue == 0) return null;double[,] dReverseMatrix = new double[Level, 2 * Level];double x, c;for (int i = 0; i < Level; i++){for (int j = 0; j < 2 * Level; j++){if (j < Level)dReverseMatrix[i, j] = dMatrix[i, j];elsedReverseMatrix[i, j] = 0;}dReverseMatrix[i, Level + i] = 1;}for (int i = 0, j = 0; i < Level && j < Level; i++, j++){if (dReverseMatrix[i, j] == 0){int m = i;for (; dMatrix[m, j] == 0; m++) ;if (m == Level)return null;else{for (int n = j; n < 2 * Level; n++)dReverseMatrix[i, n] += dReverseMatrix[m, n];}}x = dReverseMatrix[i, j];if (x != 1){for (int n = j; n < 2 * Level; n++)if (dReverseMatrix[i, n] != 0)dReverseMatrix[i, n] /= x;}for (int s = Level - 1; s > i; s--){x = dReverseMatrix[s, j];for (int t = j; t < 2 * Level; t++)dReverseMatrix[s, t] -= (dReverseMatrix[i, t] * x);}}for (int i = Level - 2; i >= 0; i--){for (int j = i + 1; j < Level; j++)if (dReverseMatrix[i, j] != 0){c = dReverseMatrix[i, j];for (int n = j; n < 2 * Level; n++)dReverseMatrix[i, n] -= (c * dReverseMatrix[j, n]);}}double[,] dReturn = new double[Level, Level];for (int i = 0; i < Level; i++)for (int j = 0; j < Level; j++)dReturn[i, j] = dReverseMatrix[i, j + Level];return dReturn;}}}。