攝影(yǐng)測量技術及其發展曆史

　　1 前言
　　随著(zhe)信息技術不斷發展，科技水(shuǐ)平飛(fēi)速提高(gāo)，電子産品、網絡、出行工具等等都有了(le)翻天覆地的(de)變化(huà)，測繪技術也(yě)不例外。攝影(yǐng)測量學是測繪學的(de)分(fēn)支學科，它指的(de)是通(tōng)過影(yǐng)像研究信息的(de)獲取、處理(lǐ)、提取和(hé)成果表達的(de)一門信息科學。
　　2 什(shén)麽是攝影(yǐng)測量
　　2.1攝影(yǐng)測量的(de)作用(yòng)和(hé)特點
　　攝影(yǐng)測量的(de)主要任務是對(duì)地觀測，因此測繪各種比例尺的(de)地形圖和(hé)專題圖，建立地形圖數據庫，并貯備各種地理(lǐ)信息系統的(de)建立與更新時(shí)需要的(de)基礎數據。另外攝影(yǐng)測量還(hái)廣泛應用(yòng)在非地形測繪領域，比如對(duì)爆破、高(gāo)溫、真空等危險現場(chǎng)進行監測。
　　攝影(yǐng)測量的(de)優點主要體現在以下(xià)幾個(gè)方面：
　　影(yǐng)像記錄的(de)物(wù)體目标客觀、信息豐富、圖像清晰，人(rén)們可(kě)以比較方便的(de)獲得(de)所需要的(de)幾何或物(wù)理(lǐ)信息。将影(yǐng)像信息作爲制圖的(de)依據具有非常突出的(de)優勢。
　　攝影(yǐng)測量不需要接觸被測目标實物(wù)，因此測量作業不受工作現場(chǎng)條件的(de)約束。例如對(duì)滑坡、泥石流等地質災害的(de)監測具有危險性，不可(kě)能讓人(rén)去現場(chǎng)進行實地觀測，攝影(yǐng)測量手段的(de)應用(yòng)就顯得(de)尤爲重要了(le)。
　　攝影(yǐng)測量可(kě)以繪制動态變化(huà)或移動的(de)目标。影(yǐng)像記錄是對(duì)目标物(wù)體某時(shí)刻狀态的(de)真實反映，因此攝影(yǐng)測量可(kě)以用(yòng)來(lái)研究動态的(de)目标。并且，這(zhè)種研究是整體、全面、同時(shí)的(de)，而非局部、片面、有時(shí)差的(de)。例如研究液體、氣體等移動的(de)非固定目标時(shí)可(kě)以應用(yòng)攝影(yǐng)測量技術。
　　攝影(yǐng)測量可(kě)以繪制形态複雜(zá)的(de)目标。在地形繪制中，應用(yòng)經緯儀測繪山區(qū)的(de)地形将會顯得(de)非常的(de)困難，采集地形地貌的(de)特征點時(shí)，如果丢失或缺少關鍵的(de)特征點将會影(yǐng)響所繪地形圖的(de)準确性。
　　影(yǐng)像資料可(kě)以重複使用(yòng)，永久保存。一份影(yǐng)像資料客觀詳細的(de)反映了(le)該地的(de)地表情況，成爲記錄當地信息的(de)重要資料，通(tōng)過對(duì)不同時(shí)期的(de)影(yǐng)像資料對(duì)比，可(kě)以研究該地的(de)地貌變化(huà)特征和(hé)發展規律。
　　在進行地貌測繪時(shí)，與全站儀的(de)測繪方法相比，攝影(yǐng)測量有很大(dà)的(de)優勢。
　　①出圖時(shí)間短，生産快(kuài)；
　　②操作人(rén)員(yuán)勞動強度低，以内業工作爲主。因爲攝影(yǐng)工作将大(dà)部分(fēn)測繪工作搬到了(le)室内進行；
　　③節約測繪時(shí)所需要的(de)經費；
　　④攝影(yǐng)測繪的(de)地圖精度高(gāo)，客觀逼真。
　　正因爲攝影(yǐng)測量具有如此多(duō)的(de)優勢，所以這(zhè)項技術的(de)應用(yòng)範圍在逐漸擴展。

　　2.2攝影(yǐng)測量的(de)基本原理(lǐ)
　　攝影(yǐng)測量學的(de)方法很多(duō)，其中航空攝影(yǐng)測量的(de)理(lǐ)論是最常用(yòng)的(de)。航空攝影(yǐng)測量是利用(yòng)飛(fēi)機上攝取的(de)地表相片爲依據進行量測判斷拍(pāi)攝的(de)地面上物(wù)體大(dà)小、形狀、空間位置關系，從而建立被攝取的(de)地區(qū)的(de)地形圖信息數據資料。航空攝影(yǐng)是利用(yòng)安裝在飛(fēi)機下(xià)部的(de)攝影(yǐng)機，在一定的(de)高(gāo)度飛(fēi)行按規定的(de)時(shí)間間隔對(duì)要測繪的(de)區(qū)域進行連續重疊攝影(yǐng)。要求所拍(pāi)攝的(de)圖片能夠覆蓋整個(gè)待測區(qū)，并且有一定的(de)重疊度。一般而言，航向重疊度應達到60％～70％，旁向重疊度應達到15％～30％。
　　3 攝影(yǐng)測量的(de)發展曆史
　　攝影(yǐng)測量學發展至今已有二百多(duō)年的(de)曆史了(le)，最初叫圖像量測學。1837年，攝影(yǐng)技術發明(míng)後，才叫攝影(yǐng)測量學。數學家勃蘭特早在18世紀就論述了(le)攝影(yǐng)測量學的(de)基礎一一透視幾何理(lǐ)論。1889年，法國報導了(le)第一張攝影(yǐng)像片的(de)産生後，攝影(yǐng)測量學開始了(le)它的(de)發展曆程。19世紀中葉，法國陸軍上校勞塞達利用(yòng)所謂“明(míng)箱”裝置測制了(le)萬森城(chéng)堡圖，這(zhè)位上校被公認爲“攝影(yǐng)測量之父”。
　　從19世紀中葉開始至今，随著(zhe)計算(suàn)機技術以及數字圖像處理(lǐ)、模式識别、計算(suàn)機視覺和(hé)人(rén)工智能等相關技術的(de)不斷發展，攝影(yǐng)測量與計算(suàn)機學科相互滲透交叉，攝影(yǐng)測量在經曆模拟攝影(yǐng)測量、解析攝影(yǐng)測量兩個(gè)發展階段後，現已進入數字攝影(yǐng)測量階段，這(zhè)對(duì)整個(gè)攝影(yǐng)測量的(de)教學、科研、生産都産生了(le)極其深遠(yuǎn)的(de)影(yǐng)響。
　　就攝影(yǐng)測量本身而言，從測繪的(de)角度上來(lái)看數字攝影(yǐng)測量還(hái)是利用(yòng)影(yǐng)像來(lái)進行測繪的(de)科學與技術；而從信息科學和(hé)計算(suàn)機視覺科學的(de)角度來(lái)看，它是利用(yòng)影(yǐng)像來(lái)重建三維表面模型的(de)科學與技術，也(yě)就是在“室内”重建地形的(de)三維表面模型，然後在模型上進行測繪。因此，從本質上來(lái)說，它與原來(lái)的(de)攝影(yǐng)測量沒有區(qū)别。因而，在數字攝影(yǐng)測量系統中，整個(gè)的(de)生産流程與作業方式，與傳統的(de)攝影(yǐng)測量差别似乎不大(dà)，但是它給傳統的(de)攝影(yǐng)測量帶來(lái)了(le)重大(dà)的(de)變革。事實上，數字攝影(yǐng)測量的(de)許多(duō)概念，以及它在整個(gè)地理(lǐ)信息産業的(de)影(yǐng)響，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模拟攝影(yǐng)測量到解析攝影(yǐng)測量的(de)變革。
　　3.1模拟攝影(yǐng)測量
　　19世紀中葉，勞塞達利用(yòng)攝影(yǐng)像片和(hé)所謂的(de)“明(míng)箱”裝置，測制萬森城(chéng)堡圖．标志著(zhe)攝影(yǐng)測量的(de)誕生。當時(shí)采用(yòng)的(de)是圖解法逐點測繪。直到本世紀初，才由維也(yě)納軍事地理(lǐ)研究所按奧雷爾的(de)思想制成了(le)“自動立體測圖儀”，後來(lái)由德國卡爾蔡司廠進一步發展，成功地制造出實用(yòng)的(de)“立體自動測圖儀”。由于這(zhè)些儀器均采用(yòng)光(guāng)學投影(yǐng)器或機械投影(yǐng)器或是光(guāng)學--機械投影(yǐng)器“模拟”攝影(yǐng)過程，用(yòng)它們交會被攝物(wù)體的(de)空間位置，所以我們稱之爲“模拟攝影(yǐng)測量儀器”。因此，這(zhè)一發展時(shí)期也(yě)被稱爲“模拟攝影(yǐng)測量時(shí)代”。在這(zhè)時(shí)期，能夠用(yòng)來(lái)解決攝影(yǐng)測量主要問題的(de)現有的(de)全部的(de)攝影(yǐng)測量測圖儀，實際上都以同樣的(de)原理(lǐ)爲基礎，這(zhè)個(gè)原理(lǐ)可(kě)以稱爲“模拟原理(lǐ)”。儀器雖冠以“自動”二字，但它隻是說能夠避免繁瑣的(de)計算(suàn)，即利用(yòng)光(guāng)學機械模拟的(de)裝置，實現了(le)複雜(zá)的(de)攝影(yǐng)測量解算(suàn)。但它并不是不需要人(rén)工來(lái)觀測。攝影(yǐng)測最技術的(de)發展可(kě)以說基本上是圍繞開發十分(fēn)昂貴的(de)立體測圖儀來(lái)進行的(de)。到了(le)六、七十年代，這(zhè)種類型的(de)儀器發展到了(le)頂峰。
　　3.2解析攝影(yǐng)測量
　　電子計算(suàn)機的(de)出現和(hé)自動控制技術，模拟轉換技術的(de)實用(yòng)化(huà)，爲攝影(yǐng)測量立體測圖儀的(de)發展提供了(le)新的(de)技術條件。Helava于1957年提出了(le)攝影(yǐng)測量的(de)一個(gè)新概念，就是用(yòng)“數字投影(yǐng)代替物(wù)理(lǐ)投影(yǐng)”。所謂“物(wù)理(lǐ)投影(yǐng)”就是指“光(guāng)學的(de)、機械的(de)、或光(guāng)學-機械的(de)”模拟投影(yǐng)。“數字投影(yǐng)”就是利用(yòng)電子計算(suàn)機實時(shí)地進行共線方程的(de)計算(suàn)，從而交會被攝物(wù)體的(de)空間位置。解析攝影(yǐng)測量是依據像點與相應的(de)地面點間的(de)數學關系，用(yòng)電子計算(suàn)機解算(suàn)像點相應地面點的(de)坐(zuò)标并進行測圖解算(suàn)的(de)技術。在解析攝影(yǐng)測量中，利用(yòng)少量的(de)野外控制點，加密測圖用(yòng)的(de)控制點或其它用(yòng)途的(de)更加密集的(de)控制點的(de)工作，叫做(zuò)解析空中三角測量，也(yě)稱爲電算(suàn)加密。
　　電算(suàn)加密和(hé)解析測圖儀的(de)出現标志著(zhe)攝影(yǐng)測量進入解析攝影(yǐng)測量的(de)時(shí)代。
　　解析測圖儀與模拟測圖儀的(de)主要區(qū)别有三點：一是前者使用(yòng)數字投影(yǐng)方式，後者使用(yòng)模拟的(de)物(wù)理(lǐ)投影(yǐng)方式。二是在儀器設計和(hé)結構上前者爲由計算(suàn)機控制的(de)坐(zuò)标量測系統，後者使用(yòng)純光(guāng)學、機械型的(de)模拟測圖裝置。三是在操作方式上前者是計算(suàn)機輔助的(de)人(rén)工操作，後者是完全手工操作。

　　3.3數字攝影(yǐng)測量
　　用(yòng)影(yǐng)像相關(或影(yǐng)像匹配)技術代替雙眼觀測，實現真正的(de)自動化(huà)測圖，采用(yòng)數字方式實現攝影(yǐng)測量自動化(huà)，這(zhè)樣，攝影(yǐng)測量發展到了(le)數字攝影(yǐng)測量階段。随著(zhe)數字圖像處理(lǐ)、模式識别、人(rén)工智能、人(rén)工神經元網絡，專家系統和(hé)計算(suàn)機視覺等學科的(de)不斷發展，以及計算(suàn)機性能的(de)快(kuài)速提高(gāo)，數字攝影(yǐng)測量被公認爲攝影(yǐng)測量的(de)第三個(gè)階段。數字攝影(yǐng)測量就是以數字影(yǐng)像爲基礎用(yòng)電子計算(suàn)機進行分(fēn)析和(hé)處理(lǐ)，确定被攝物(wù)體的(de)形狀、大(dà)小．空間位置及其性質的(de)技術。
　　數字攝影(yǐng)測量與模拟、解析攝影(yǐng)測量的(de)最大(dà)區(qū)别在于：它處理(lǐ)的(de)原始信息不僅可(kě)以是像片，更主要的(de)是數字攝影(yǐng)(如CCD影(yǐng)像)或數字化(huà)影(yǐng)像，這(zhè)最終是以計算(suàn)機視覺代替人(rén)眼的(de)主體觀測，因而它所使用(yòng)的(de)儀器最終将隻是通(tōng)用(yòng)計算(suàn)機及其相應外部設備。
　　攝影(yǐng)測量三個(gè)發展階段從時(shí)間上來(lái)看沒有嚴格準确的(de)劃分(fēn)：
　　在50年代早期，沒有計算(suàn)機，那時(shí)的(de)攝影(yǐng)測量就是要避免計算(suàn)，對(duì)于制圖和(hé)影(yǐng)像輸出都采用(yòng)模拟技術來(lái)實施。60年代早期出現第一批數字式計算(suàn)機，但攝影(yǐng)測量還(hái)是沒能跳出傳統攝影(yǐng)測量的(de)範圍。因此，以上時(shí)期屬于模拟攝影(yǐng)時(shí)期。到了(le)70年代，正射影(yǐng)像和(hé)解析測圖儀的(de)出現，标志著(zhe)解析攝影(yǐng)測量時(shí)代的(de)到來(lái)。當時(shí)的(de)攝影(yǐng)測量儀器制造業沒有參與軟件的(de)研制而且沒有嚴格地考慮硬件，這(zhè)種情況持續了(le)10年。随著(zhe)計算(suàn)機技術的(de)發展，促進了(le)數字制圖和(hé)計算(suàn)機圖形學的(de)發展，同時(shí)遙感也(yě)逐漸發展，最終到了(le)80年代左右，開始了(le)數字攝影(yǐng)測量的(de)發展。
　　4 結語
　　攝影(yǐng)測量學從産生開始，始終随著(zhe)人(rén)類對(duì)自然空間的(de)探索而發展。數字攝影(yǐng)測量的(de)出現可(kě)以說是一個(gè)嶄新的(de)開始，标志著(zhe)它已成爲現代信息學的(de)一個(gè)重要領域。新的(de)工具和(hé)技術的(de)出現，不僅不是攝影(yǐng)測量的(de)空間的(de)縮小，相反，它們給攝影(yǐng)測量的(de)發展帶來(lái)了(le)新的(de)應用(yòng)領域和(hé)研究課題。

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