攝影測量技術論文
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇攝影測量技術論文范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。
攝影測量技術論文范文第1篇
【關鍵詞】三維建模；三維空間模型；人機交互；攝影測量；三維點云
1、引言
隨著數字采集技術的不斷發展以及“數字地球”、“數字城市”概念的不斷深化，人們已不再滿足于傳統二維手段描述的三維信息，目前三維模型已成為繼圖像、聲音和視頻之后的第四種多媒體數據類型[1]，物體的表現形式也逐漸從二維表示向三維自動化建模的方向過渡。
目前實現三維建模的方法大致有以下幾種：一是直接利用三維建模軟件，如計算機輔助設計軟件（AutoCAD）、三維動畫渲染和制作軟件（3D Studio Max）等工具人機交互式三維建模；二是直接利用GIS的二維數據和高度信息建立三維模型，但這種方法只局限于規則對象的建模；三是基于數字攝影測量原理對物體快速建模。隨著數據采集技術的不斷發展和自動化，根據三維激光點云數據自動構建三維模型正成為研究的熱點。本文對現今常用的地物建模方法進行比較分析，總結出了各種建模方法的特點。
2、三維建模方法
本文以校園中建筑物為建模對象，分別通過以下3種常用的建模方法進行三維模型重建：基于AutoCAD的人機交互式建模、基于掃描點云的建模、基于近景攝影測量的建模。
2.1 基于AutoCAD的人機交互式建模
對于幾何形體相對規則的建筑，常規使用免棱鏡電子全站儀對建筑物構件的三維特征點進行散點式數據采集。本文采集數據同時采用“四位編碼法”對特征點編碼[2]，并按建筑構件分類分層存儲。繪圖時根據特征點編碼結合測繪順序在CAD中編寫LISP程序對建筑物實現自動展點和自動連線生成線框圖。以同濟大學某學生宿舍為例，在CAD中連線后的線框圖見圖1（a），圖中3個藍點為門上3個特征點，這些點不同時位于門所確定的豎直面內。可見三維繪圖不是實測點位的簡單連線或修補，需以實測點位為基礎，綜合考慮建筑的施工、形變和測量誤差及建筑特性，采用擬合的方法對線框圖進行局部處理，最后構建三維實體，如圖1（b）所示。
（a）門窗的4個圖元不共面
（b）構建后的實體效果
圖1 繪制步驟及效果
此外，游天[3]等人利用對象三視圖為底圖在三維制作軟件中直接建模，并將三面圖對模型進行紋理映射提高模型的真實度。本文也以學校校門為例對此方法進行了驗證，實驗證明該方法構建的三維實體模型精度也能滿足一般要求。
2.2基于掃描點云的建模
對于不規則物體，全站儀則顯得無能為力了。三維激光掃描技術克服了傳統數據采集方式的不足，應運而生的模型自動化重建技術愈來愈受到重視。目前基于掃描點云的建模一般流程可概括為點云的獲取、表面重建、點云的處理與建模三個階段。以校園某建筑為例具體實驗步驟如下：
（1）點云數據獲取。本實驗采用Leica C10對某樓進行掃描測量，根據該樓的輪廓特征和實際掃描范圍等影響因子，本次測量共設16站。
（2）點云數據預處理
為了給建模階段提供較理想的點云數據，需對原始點云數據進行點云拼接、去噪、采樣等預處理。點云數據預處理既可通過算法[4] [5] [6] [7] [8] [9]實現，也可以通過掃描儀配套軟件如Cyclone、Faro Scene等完成。這一步操作十分重要，是決定后續數據質量好壞和執行效率的關鍵。
（3）點云數據建模
目前，對建筑物點云數據模型重建的研究多數從兩個方面展開：一方面提取建筑物的邊界特征，以特征為約束構建三維實體模型；另一方面是直接對點云數據網格化，建立拓撲關系，進行表面重建和優化。本實驗采用點云數據分割、曲面擬合以及交互組合的方法來實現建筑物對象的三維建模。建模步驟大致可分類以下三大步：
a）海量散亂點云數據分割
點云分割是為下階段精細建模做準備。本文根據空間點的鄰域關系估算點與點間的拓撲關系，將建筑模型分割為平整墻面、屋頂和附件幾大區域。
b）分割部分精細建模
自動識別提取點云數據特征，并以此特征為約束迭代擬合模型，在此基礎上構建三角網格。
c）模型拼接
根據模型間的特征及法矢拼接相鄰模型，對拼接后的兩模型公共區域部分的三角網進行裁剪、檢查以及模型修補和優化。
綜合以上步驟，基于點云數據建成的三維模型效果如圖2所示。
圖2 文遠樓三維模型
2.3基于近景攝影測量的建模
本實驗攝影采用的是非量測型相機，以同濟大學某建筑正門為例，根據近景攝影測量原理構建三維模型的流程步驟如下：
（1）影像采集。以多攝站正直環繞攝影方式用普通相機對大禮堂進行攝影，共布設8個攝站。圖3為正門前的觀測示意圖，其中S1、S2為兩個觀測站，J1～J4分別為正門前4根柱子上粘貼的4個人工標志。
圖3 現場觀測圖
（2）坐標解算。考慮到非量測數碼相機的內、外方位元素的初始近似值未知以及像點、攝影中心、相應地物點間的不共線，需使用加入像點坐標改正數（本實驗僅考慮物鏡輻射方向的光學畸變改正數）的直接線性變換解法，建立像點坐標與相應物點空間坐標之間的線性關系。
（1）
式中，）為像片上以任意點為原點的像點坐標，為點的物方空間坐標，L1～L11為11個變換參數。
（3）繪制實體
在相片上采集一定密度的特征點并解算該特征點的三維坐標，反向投影到三維空間后借助三維繪圖軟件展繪建筑上的特征點，增補遺漏點，并利用計算機視覺技術構建一個線框和幾何實體模型。圖4為繪制的建筑前門線框模型。
圖4 前門構建線框圖
3、三維建模方法對比分析
基于人機交互的建模、基于掃描點云和基于攝影測量的建模這三種建模方法都是基于測量的建模方式，都需要以外業采集的三維坐標數據為基礎進行建模。
基于人機交互的建模方法應用時間較長，技術路線較成熟，國內外研發的許多控制集成建模軟件都可以利用基本的幾何元素構建復雜的幾何場景。這種建模方法靈活，能逼真再現對象的幾何結構和表面紋理信息，適合用于對建模效果和細節要求較高的對象。但對于諸如小區、城市這樣的大規模場景，如果每個模型都進行精細建模，不僅工作量大、費時費力，而且龐大的數據量也要求計算機硬件具備配套的處理能力，這也成為日后模型調用、管理的一大瓶頸。
基于點云的三維建模方法適用于不規則對象的三維建模，三維激光掃描技術克服了傳統數據采集方式的不足，提高了數據采集的精度和效率，獲得的點云數據信息量大，包含三維空間信息、顏色屬性和反射強度信息，通過一定的算法對點云數據進行處理即可快速構建被測物體的三維模型。這種方法自動化程度高，構建的數字模型不僅精度較高還帶有豐富的細節信息。但三維激光掃描在掃描過程中容易產生漏洞，且龐大的點云和數據處理技術也制約了該技術的進一步發展和廣泛應用。
基于攝影測量的建模包括近景攝影和相片處理兩個過程，且兩階段可獨立進行。攝影時可根據測量精度要求選用量測攝影機或非量測攝影機；目前相片處理技術已相對成熟，許多現成的成熟軟件和算法可以直接使用。這種方法建模速度快、自動化程度高。但近景攝影測量也存在一定的局限性，例如獲取影像時需要布設控制網，這就加大了外業的工作強度；而且影像上灰度變化不明顯部位無法獲得同名點，這也就制約著三維建模的精度。
4、結論
通過以上的對比分析不難看出，三維模型重建過程中，建模方法和技術路線的選擇尤為重要。在實際建模過程中，不要局限于某一種建模方法和技術，應從項目的實際情況出發，分析數據采集方式和數據類型，選擇合適的建模方法。一般采集特征點及近景攝影測量技術結合建模軟件構建簡單建筑等規則對象模型，利用三維激光掃描點云對不規則物體進行精確建模。在實際應用中會遇到或規則或不規則的建筑物（群），需要采用不同的數據采集技術、三維建模方法和可視化工具，因此不同建模方法應相互融合、交織使用。
參考文獻：
[1]許敏，張永生.三維實體模型庫的設計與實現.微計算機信息.2008，vol.24（3-7）： 207～209
[2]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學.第四版.上海：同濟大學出版社，2011
[3]游天，夏青.三維實體模型的建模技術.測繪科學.2012，vol.37（6）：172～174
[4]高志國.地面三維激光掃描數據處理及建模研究：[博士學位論文].長安：長安大學，2010
尹婷.三維激光掃描數據處理技術的研究：[博士學位論文].武漢：武漢理工大學，2010
[5]楊維國.基于OpenGL在激光掃描數據處理中的應用研究：[博士學位論文].上海：上海交通大學，2010
[6]尹婷.三維激光掃描數據處理技術的研究：[博士學位論文].武漢：武漢理工大學，2010
[7]盛業華，張卡，張凱等.地面三維激光掃描點云的多站數據無縫拼接.中國礦業大學學報.2010，vol.39（2）：233～237
[8]官云蘭.地面三維激光掃描數據處理中的若干問題研究：[博士學位論文].上海：同濟大學，2008
[9]施貴剛.地面三維激光掃描數據處理技術及作業方法的研究：[博士學位論文].上海：同濟大學，2010
攝影測量技術論文范文第2篇
關鍵詞：地面攝影測量 精度 控制點 觀測目標
中圖分類號：P232 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0050-02
地面攝影測量是變形測量方法中的一種，它在各個行業的應用十分廣泛。在監測建筑沉降的程度、建筑物發生傾斜的程度、對環境方面的工程甚至是在考古專業也可以有所作用。由于它應用的區域十分廣泛所以它的精確度就顯得很重要，在大量的工程應用中數據必須盡可能地做到精準。地面攝影測量是未來的監測行業中不可或缺的部分，所以必須共同努力采取正確的措施來提高精確率。
1 影響精度的基本因素
對于地面攝影測量精度的影響主要來自幾何、物理、數學和多余觀測4個方面。下文將詳細地進行說明。
（1）影響地面攝影測量精確度的數學模型方面主要來自于選取的攝影材料不合格。例如攝影機里的硬片是否足夠平整、攝影機里軟片安裝對其壓平并且要有一定的拉力這兩點如果做得不合標準就會引起攝影片產生變形還有攝影機的物鏡是由很多透鏡組合而成，理論上透鏡的中心要在一個光軸上，但是在制造的過程中不可能達到，因此造成的切向畸變對攝影監測數據產生影響。
（2）由于多種因素而產生的觀測上數據的誤差，在使用儀器測量坐標時，儀器本身的觀測準確度還有工作人員在使用儀器時的對儀器的使用方法是否嫻熟以及所處的觀測地點等這些因素都能對檢測數據產生影響。
（3）攝像儀的鏡頭焦距是透鏡到焦點的距離，由于鏡頭都是由多個透鏡組成所以攝像儀自身的特性對測量結果還是有著很大影響的。
（4）在實際測量中對地面攝影數值精確度有很大影響的是控制點的布局和數量情況。在測量的過程中控制點的數量越多，一般來說最后測量的數據值也就會越精確。
（5）攝影過程中對攝影器材的選取也很重要。一般來說，攝影器材內部設備的性能直接可以影響測量的精確度。
2 提高精度的措施
2.1 數據處理方法
共線方程光束法平差解一般在建筑行業檢測中應用比較廣泛，它所計算出的數值更加具有說服力。那么什么是共線方程呢？共線方程描述了像點a、攝影中心S與地面點A位于同一條直線上。這種方法主要分為近似方法和嚴密方法，近似方法是通過對測量物運用直接觀測出的數據作為測量的基礎數據，而嚴密方法是作用測量中所測取的數據結合在一起并取數據的平均值作為基礎進行計算。這樣看來近似方法的數據由于是一次測量的結果所以比起嚴密方法所采用的基礎數據來說沒有更強的說服力，產生的誤差較大。
2.2 控制點的數量及其分布
地面攝影測量的數據的準確度與控制點的數量及其分布情況之間相互影響比較大，在想要測量數據目標的區域內，想要使測量數據值達到最高，那么就要盡可能地讓控制點分布在測量的區域內，一般來說在測量的區域內控制點的數量值與測量的準確程度是呈正比的。下面為大家提到關于誤差的計算規律公式：
m2=m2拉+m2攝
2.3 觀測誤差和觀測目標
觀測過程中產生的誤差情況主要包括技術人員在觀測過程中由于自身的技術水平不夠所產生的誤差還有測量儀本身設備的問題所產生的誤差。對于這些誤差所要采取最佳的方法就是在測試的數據值中取平均值，把誤差減到最小。
在攝影地面測量的過程中，我們的工作人員要保證最后測量構成的圖像要比實際的測量目標大，這樣會比較方便觀察。下面是計算觀測目標為圓形的公式：
D=5/3?（Y/t）?d
2.4 “多次”攝影
在實際的測量過程中，由于左右眼的不同也可能產生誤差，還有測量儀器左右的設備稍有不同也會對測量值產生影響，這種情況通常采用的是“多次”攝影的方法，最后對所測量的數值取平均值。
3 建筑行業進入信息化時代
在原有的地面攝影測量的方法上現代化設計應用了更新穎的測量技術――數字近景攝影技術。數字近景攝影技術的應用為我們的測量領悟帶來了新高度。在測量數據的處理上數字近景可以獲得比以往更加精準的信息。這對我們的建筑行業很有幫助。
近景攝影測量是指測量范圍小于100 m、像機布設在物體附近的攝影測量。它經歷了從模擬、解析到數字方法的變革，硬件也從膠片像機發展到數字像機。數字近景攝影測量系統一般分為單臺像機的脫機測量系統、多臺像機的聯機測量系統。它具有其他系統無法比擬的優點：測量現場工作量小、快速、高速和不易受溫度變化、震動等外界因素的干擾。現在近景攝影測量技術被很多大公司應用到工程當中。
數字近景攝影測量的發展主要分為5個不同特征的時期：基礎階段的早期；初進入數字階段的逐步發展時期；進入數字階段的全面發展時期、穩步研究和加大推廣應用的深入發展時期和近代的成熟時期。現階段的數字近景測量技術已經可以滿足醫學界的圖像要求具有實時性，幾何高精度方面的高要求也能得到滿足。數字近景的快速發展不僅為工程的測量數值提高了精確度也使得測量的結果更加具有說服力。為工程的質量提供保證。
4 結語
該文為簡單地介紹了地面攝影現階段所存在的問題以及面對問題可以采取的有效措施，同時也為我們簡述了擁有著高精確度的數字近景攝影的測量技術，這一技術的到來，為各個領域都帶來了突破性的發展。它使醫學的攝像對人體的構造情況能夠清晰地展現在我們面前，使醫生的診斷工作更加確切。在建筑方面測量的數據更加精確，這對于建筑行業來說是非常重要的，數據的精確程度了解影響了建筑物的成果。由此看來，研究人員還要進一步地努力研發出更加精確的攝影方法。同時，也希望筆者結合認識與看法所寫出的這篇文章能夠對相關專業的人員有所幫助。
參考文獻
[1] 李仲.地面攝影測量在井架變形監測中的應用研究[J].測繪科學，2010（1）：139-142.
[2] 李仲，杜永剛，田萬壽，等.地面攝影測量在變形監測中的精度分析[J].北京測繪，2010（2）：94-95.
[3] 李仲.地面攝影測量在井架變形監測中的應用[D].西安建筑科技大學，2008.
[4] 孫佳.攝影測量在變形測量中的應用及精度分析[J].科技創新與應用，2015（17）：299.
攝影測量技術論文范文第3篇
關鍵詞：高職工程測量技術 人才培養模式實踐教學改革
中圖分類號： TB22 文獻標識碼： A
近年來，隨著“3S”技術（全球定位系統GPS技術、地理信息系統GIS技術、攝影測量與遙感RS技術）的廣泛應用，工程測量技術也發生著實質性的變化。那么對工程測量技術人員也有著更高的要求。原有的人才培養模式下培養出來的工程測量人員已不適應當前市場對工程測量人才的需求。
因此，對原有工程測量人才的培養模式進行一次改革勢在必行。
一、工程測量人才需求狀況分析
工程測量技術人員須有扎實的基礎理論知識，對工程常用的測量儀器能夠熟練使用。同時具備強的計算機應用能力，綜合運用專業知識解決實際問題的能力以及良好的職業素養和職業道德。
近年來，國家經濟建設飛速發展，各行業對測量專業復合型人才需求是不斷增大。同時各省市水利、土地、工程建筑等行業對工程測量技術人才需求量加大。各用人單位急需掌握新技術的應用型工程測量人才。然而在這種量的需求增加的同時對工程測量人才的質的要求也越來越高。
二、測量專業人才實踐能力的重要性
工程測量技術專業是實踐性很強的專業。實踐教學是教學環節中的重要一環。其重點在于強調實踐性和應用型。根據企事業用人單位對工程測量技術人才的反饋意見，用人單位對學生的實踐動手能力及學習新知識，掌握新技術能力要求較高。因此，測量人員的實踐能力是非常重要的，是每一位合格的測量人員必須具備的專業素養。
三、“2+1”人才培養模式
“2+1”人才培養模式是“工學結合”教學模式的一種具體體現，主要應用于高職高專院校。學生在學校的前兩年進行基礎知識和技能訓練，最后一年到企事業單位參加頂崗實習。通過這種方式使學生在學習好專業知識的同時積累生產工作經驗，實現學生畢業后知識能力與崗位需求的無縫對接。
四、測量專業實踐教學改革
（一）改革實踐教學體系
根據工程測量技術專業的教學目標及崗位需求，應構建起“夯實基礎，加強能力”的實踐教學體系，使實踐教學循序漸進。早期實訓課程以提升學生專業興趣為目標，鞏固學生專業基礎理論知識與實踐動手能力為基礎。專業應用實踐課程注重提升應用實踐技能培養，以幫助學生更好地理解各種專業技術在實踐中的應用情況，培養學生對實際問題的分析與解決能力。
（二）改革畢業設計（論文）教學模式
畢業設計（論文）是高職高專學生培養方案中的一個必修的教學環節，目的在于總結專業學習的成果，培養學生綜合應用所學專業知識解決實際問題的能力。畢業設計（論文）應推行校企聯合指導畢業生進行畢業設計（論文）。學生在最后一年進行頂崗實習，學生在單位實習期間由單位的技術人員與教師共同指導學生，確定學生畢業設計（論文）的中心內容。這樣畢業實習與畢業設計相輔相成，同時學生通過畢業實習、收集資料、學習方法、解決問題進而完成畢業設計（論文）。
[1]歐龍.高職工程測量技術專業“2+1”人才培養模式下“地籍測量”課程教學改革探討[J].全球定位系統，2013,(02).38
攝影測量技術論文范文第4篇
關鍵詞：無人機航空攝影測量三維模型精度驗證
引言
無人機航空攝影測量因成本低、精度高、作業方式靈活等特點得到了廣泛的應用。在我公司承擔的某核電項目中，采用了無人機獲取測區的DEM及DOM建立了三維電子沙盤，通過現場檢查證明，電子沙盤平面精度可達到30cm以上，高程精度達到50cm以上，為工程前期階段的規劃、設計、土石方量的估算等工作提供重要的技術支持。
該核電廠位于廣西壯族自治區防城港市港口區，廠址地處欽州灣盆地西北邊緣，交通便利，北距省會南寧市約130km（直線距離），主要地貌為沿海丘陵和海灣灘涂。
2、無人機航空攝影
無人機航空攝影與傳統航空攝影有較大區別，首先飛行高度低，影像分辨率高；其次機動性高，可隨時隨地執行航攝任務；但由于無人機重量輕速度慢受風力影響較大，而核電廠區長期3-4級風，加之廠區附近無合適起降場地，增加了本次航攝的難度。
2.1 無人機航空攝影測量的技術設計
2.1.1 航高設計
經計算當地面分辨率為0.15米時航高約為520米，考慮測區位于海邊空風大且存在渦流現象，低空飛行時影響飛機姿態及攝影質量，故本次飛行的設計航高為480米。
2.1.2劃分航攝分區
本次執行任務的無人機續航時間為1小時，航速33±5米/秒，航線間回頭轉彎約4分鐘，起飛與降落需10分鐘，有效飛行時間約40分鐘，每架次可飛行面積約10km2，該區需2個架次飛行；鑒于地表高差起伏僅20-30米，遠小于航高的三分之一，故只設一個航高區飛行即可。
2.1.3 航線設計
根據攝影區域地形情況、起飛場地情況以及攝影分辨率要求等要素，使用“微型無人機低空遙感系統”自帶程序進行自動航線設計。共布設10條航線（如下圖所示）。按照數字攝影測量新型解算理論（即多基線自動空三解算）要求，該區設計航向重疊75%―85%，旁向重疊45%―55%，旁向最少不小于25%。
圖1航線規劃圖
當測區的風向與設計的航線成垂直方向時，為減小飛行過程的漂移問題，可調整航線方向。
3、無人機航空攝影測量的外業工作
3.1控制測量
3.1.1 加密控制點的布設
測區有三等GPS點6個，四等GPS點18個，其坐標系統為1980西安坐標系和WGS84坐標系，高程為1985國家高程基準。以上控制資料可作為本項目的基礎控制資料。鑒于該區已有基本控制點成果，而該項目所必需的像片控制點測量只需達到圖根點精度即可滿足正射影像圖制作要求，故該區可不再加密控制測量，可以從已有控制點上用快速靜態GPS直接聯測像片控制點。
照現代航測自動空三軟件MAP-AT1.0+要求，一個作業區只需要五個像片控制點即可實現絕對定向。為了確保作業區的作業質量，擬布設不少于16個的像控點。以多余觀測點參與平差，進一步提高空三解算精度。鑒于本測區的特殊地形情況及新的作業方法，為提高像片控制點捕捉精度，本測區在航攝前布設地面像控點標志。
3.1.2 控制點測量
采用GPS快速靜態觀測，其技術要求如下：
表2 GPS觀測技術指標
對于GPS不能直接測量的點位，可用不多于三條邊的雙定向支導線引點觀測。高程采用GPS擬合高程，起算高程點應多于三個，并使起算點分布于解算點。起算點高程等級不低于四等水準。
3.2 航飛作業
航攝時間盡量選擇在中午11點―15點之間，減少高差陰影。陰天時可不受時間段限制。無人機飛行對近地區域氣流反應靈敏，一般要求起飛和降落的地面風力1―2級為宜，但該區近海岸普遍風大且有亂流，故飛行時應充分考慮此因素，空中飛行時的風力最好小于4級（5.5米/秒）以保證航片的重疊度。空氣能見度的好壞，直接影響影像質量，當空氣能見較差時，應壓低航高或增加感光度以保證影像質量。實際航攝影像覆蓋，航向應超出范圍外一條基線，旁向超出范圍線不少于像幅的15%，像片航向重疊不小于60%，旁向重疊不小于30%；旋偏角一般不大于10º，在確保不影響解算質量前提下，個別旋偏角最大不超過15º。
4、無人機航空攝影測量的內業處理
無人機航攝數據處理，應用現代航測自動空三軟件MAP-AT1.0+”進行自動空三加密，輸入相機參數、POS數據、外控點成果及原始像片數據，輸出空三加密成果及像控點殘差成果。使用“現代航測自動空三軟件MAP-AT1.0+”的MAP-DEM功能，利用空三加密成果，自動匹配解算生成整個測區的DEM。
使用“現代航測自動空三軟件MAP-AT1.0+”的MAP-DOM功能，利用DEM成果及預處理后的影像，批量生成整個測區的DOM成果。生成后的DOM經過檢查、編輯、接縫處理和色彩處理，其地物判讀分辨率精度執行1：1000比例尺地形圖有關指標要求。
將最終處理好的DOM和DEM在ArcGlobal軟件中進行疊加，在加上注記信息，即可建立三維電子沙盤，如下圖：
圖2某核電廠電子沙盤
5、結論
無人機低空攝影測量系統具有實時性、低成本等技術優勢，其所獲得的高分辨率遙感數據可應用于多種領域，以快捷便利的方式獲取野外影像數據，減輕野外作業勞動強度，提高生產效率。采用了無人機獲取測區的DEM及DOM建立了三維電子沙盤，為核電工程前期階段的規劃、設計、土石方量的估算等工作提供重要的技術支持。
參考文獻：
[1] 尹金寬．無人機低空數字攝影測量系統及其在道路工程中的應用[D]，碩士學位論文，2007年5月
[2] 鄭團結，王小平，唐劍．無人機數字攝影測量系統的設計和應用，計算機測量與控制[J]，2006年5月
攝影測量技術論文范文第5篇
關鍵詞 三維數字地形圖；三維空間數據；實時獲取
中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）106-0217-03
0 引言
三維數字地形圖是三維GIS和虛擬現實技術VR的技術與數據基礎，是能夠實時獲取三維空間數據的重要手段，由此可以進一步開展三維空間數據的可視化操作，或者讓三維影像地圖得以制作出來。較之于傳統的二維數字地形圖，三維數字地形圖是一種使用更加簡便，應用更廣泛的矢量或線劃地形圖，它不受繪圖空間的局限，促使二維數字地形圖被三維的地理空間信息所取代，進而能夠從三維空間的角度對真實復雜的客觀世界進行理解和表達。
從現實層面來看，現實世界不僅有鱗次櫛比的地上高樓大廈，而且還有密如蛛網的低下管線，立體化呈現縱深發展趨勢，為了實現立體表達、精細管理和科學決策之目標，就迫切需要三維地理空間對這些“上天入地下海”的現代人類活動進行支撐。三維數字地形圖能夠使計算機存儲、運算、處理信息的能力和屏幕可視化表達的優勢得到進一步發展，在具體操作上， 能夠通過人機交互方式來便捷地應用于查詢、瀏覽、分析立體地圖甚至動態地圖信息，并使操作者能夠更直觀、更豐富地對空間地理環境信息進行模擬再現，因此，在計算機三維可視化發展基礎上，用大比例尺針對小區域地理空間信息（例如：物體的空間立體結構、形狀以及所處地形的高低起伏細節）進行形象、完整、直觀、精細地表達。可見，三維數字地形圖是實施獲取三維空間數據的一個有效方法。
1 三維數字地形圖的主要特征
其一，三維數字地形圖不僅能夠準確地將制圖區域內地表中的微小的高低起伏狀態準確定位，而且還能對其地上物的空間立體形狀和結構給予準確體現。
其二，三維數字地形圖的表達媒介將是電子形式或者數字形式取代傳統的紙質形式的模式。
其三，三維數字地形圖較之于三維地理信息系統（3DGIS），兩者之間既有聯系，也有區別，具體而言，三維數字地形圖主要用于工程規劃和設計，主要關注的是實時獲取三維空間信息，并且涵蓋三維地形可視化以及地物的繪制等工作，從而使三維數字地形圖的可編輯、可操作功能得以實現，而三維地理信息系統則主要側重于實現三維地理信息的數據管理與分析的功能，側重于三維空間數據建模領域。
其四，三維數字地形圖通過對三維離散點采用矢量或者線劃地圖的形式來顯示地形以及其地上物的空間立體結構，在反映地上物的平面位置以及垂直方向的高度時，比例尺一般為1：1。
其五，三維數字地形圖能夠對空間地理信息進行較為直觀、細致、精確、細致的反映。常用的三維數字地形圖比例尺為諸如 1：500、 1：1000和 1：2000的大比例尺。
2 三維空間數據的實時獲取技術
三維數字地形圖在對地形地物進行精細、直觀、形象、完整表現的同時，促使測繪技術面臨著更大的挑戰。因為三維空間數據對地理信息完整、精細的表達建立在大量和細致的數據采集基礎上，因此較之于二位數字地形圖，采樣點相對更加密集，這就決定了三維數字地形圖不但要對地物與地形的特征進行收集，而且還要涵蓋地物的高度。所以，下文將具體論述目前常用的三維數字地形圖空間數據。
2.1 基于點方式的數據獲取技術
1）傳統測量技術。
即使在測繪技術快速發展的今天，作為空間定位的基本手段之一的傳統測量技術仍然無法被其它手段取代。傳統測量技術主要包括全站儀測量技術、數字化水準儀技術、電子經緯儀技術以及被稱之為“測量機器人”的全自動電子全站儀測量系統，特別是針對全站儀測量技術來說，它是比較理想的方式，在采集三維數字地形地圖方面，不僅可以直接獲取2D坐標數據（x，y），還能夠直接在自然表面上測量和獲得被測點的3D坐標數據（x，y，z）。此外，全站儀測量技術能夠針對高程數據z坐標值獲取高精度數據，因此適用于大比例尺、小范圍的要求高精度的三維數字地形圖。因此，全站儀定位測量技術至少包括如下優勢：一是效率高，不同于傳統的人工數據采集方法，該項技術所采集的全部測量數據能夠自動傳輸到計算機上，并自動成圖；二具有很好的經濟效益，這項技術能夠自動化的實時的對3D坐標數據進行測量，所以在提高工作效率之時有效降低資源耗費；三具有較高的可靠性，因為要觀測每一條邊長，所以抵抗粗差的能力得到了明顯提高；四有較高的精度，全站儀適合用于大比例尺、小范圍的精度高的空間數據更新，因為它比同等級的三角鎖/網的點位精度提高；五是具有靈活的布點，這項技術區別于三角鎖/網要求具備有利的幾何圖形，所以在礦井、林區等復雜的情況下都能進行定位測量。
2）衛星導航定位技術
衛星定位與全站儀集成的技術會成為未來測量技術發展的重要趨勢之一， GPS（Global Positioning System）最初是由美國國防部研制開發的，能夠進行授時與導航定位功能，等距分布在6個軌道面上的高度約20200km的24顆衛星構成了它。現今，正在運行的全球定位系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄羅斯的全球定位系統（GLONASS）和美國的全球衛星定位系統（GPS），前者因為經濟上存在問題，所以沒有連續性的進行實時定位。此外，我國在2001-2002年期間成功研制了” 中國北斗衛星導航廣域增強系統”，該系統能夠實現中國及周邊海域的區域定位導航功能。
在具體工作的實踐運行過程中，傳統控制測量工作的工作量和工作強度都很大，尤其是在地標不明顯以及不具備地面測量控制點的情況下，測量工作面臨著極大的困難， GPS定位的優勢也就由此得到了體現，在沒有遮蔽的條件下實時定位速度快，抗干擾性能好，幾乎不受地形、地物、天氣的限制，能夠在不依靠地面控制點的狀態下開展工作，因此大大提高了傳統測量工作的效率。
GPS目前在我國已成為控制測量的主要手段，自GPS技術出現之時至今，國內科研人員研制成功了差分GPS 技術，使GPS的定位精度得到進一步提高，應用領域也進一步被拓寬，同時也大大提高了原有GPS的精度。隨后又產生了實時動態測量技術（Real Time Kinematic，RTK），但由于該項技術受制于城市中衛星信號接受不足以及高程異常等不利條件的限制，因此在獲取地物的高度值h時，還存在一些障礙，這也是今后需要進一步研究的地方。
3）激光測量技術
激光和電子技術的不斷進步，讓激光測量技術朝著動態性的實時跟蹤測量的方向邁進，并且逐步出現了三維立體量的測量。早在20世紀末，法國的MENSI公司和美國的CYRA公司將激光技術運用在了3D測量領域中。借助于高速激光掃描測量的手段，激光測量技術高分辨率、大面積地被測空間對象表面的三維坐標數據（x ，y，z）進行迅速獲取，從而促使物體的三維模型能夠迅速構成。由此可見，激光測量技術具有以下優勢：一是實時性：激光測量技術不用考慮空間與時間的因素，借助于自身發射的光對相關的空間信息進行真實的獲取；二是穿透性：激光掃描技術能夠在一瞬間在某區域內能夠獲取大量的、能夠反映目標地物不同層面采樣信息的采樣點；三是高密集性，借助于對地物目標進行直接掃描的手段，激光掃描技術能夠得到空間信息的基本特征，能夠得到點距很小的采樣點，因此密集程度高；四是不需接觸：激光測量技術可以在不用接觸被測量的對象的情況下，獲取所需要的空間數據信息，因此可以為具有危險性的測量區域的數據采集工作提供了方便；五是迅速性：激光測量技術可以在更大的程度上采集目標空間的數據，然后迅速獲取地物目標空間的立體結構。
從實際應用層面來看，機載激光測量技術在目前是一項新興的應用技術，具體而言，這項技術是繼航空攝影測量之后又一項新的先進的對地觀測技術，廣泛地應用于地球科學領域。從構成要件的角度來看，該技術有三大核心系統，一是GPS全球定位系統，二是激光測距儀，三是慣性導航系統（INS），這就決定了該項技術在獲取地面及附屬物的數字影像數據以及三維坐標方面能體現出可準確、快速、高效的優勢，尤其是在測量地形復雜多樣，或地面被被森林大面積覆蓋、或因地理條件惡劣二導致人力不能及的特殊地區，技術優勢能夠體現得更加明顯。
2.2 面狀方式獲取技術
1）遙感技術
作為一門現代科學技術，遙感（Remote Sensing）利用紅外、可見光、微波以及干涉雷達等電磁波探測儀器，從外層空間和遠距離高空的多種平臺上借助于掃描、信息傳輸、攝影以及信息處理等各項工作流程，對地面物體的形狀、所處環境、位置和大小等信息進行獲取，并由此進行后續研究。
遙感技術一致被得到廣泛應用。從實際層面來看，例如，土地荒漠化的不斷演進是全球共同面對的一個重大環境問題，這一生態換進的不斷惡化趨勢同樣也對我國造成了很大的威脅，因此，土地荒漠化檢測的重要性也就不言而喻。對土地荒漠化的發生和發展情況予以及時和準確地掌握無疑是有效防止和治理土地荒漠化的首要條件，在這一領域，遙感技術的眾多優點也就得到了充分的體現，一是信息監測覆蓋面廣，二是能夠對被檢測目標快速獲取有效信息，三是信息獲取量大，并且，遙感技術能夠在具體工作過程中環節人力物力不足等限制因素，因此，在過去的很長一段時間內，遙感技術一直被視為監測土地荒漠化動態演變的重要甚至不可替代的技術手段。
從發展現狀分析來看，多分辨率、多波段、多時相以及多種傳感器相融合成為遙感技術發展的方向，例如，遙感技術能夠和GIS、GPS集成，并由此形成多信息量、高精度的對地觀測系統。值得注意的是，因為受到分辨率和精度等的影響，在三維模型的構建之時，遙感技術對大地測量的數據信息具有恒強的依賴性，這就決定了遙感技術適用于對較大場景、較大區域以及精度要求相對不高的地區開展測量工作。
2）攝影測量技術
攝影測量技術是借助于其他傳感器或者光學攝影機，采集被測物體的數據信息，并且對所采集的數據進行分析和處理，以獲得被攝物體的形狀、空間位置、各因素之間的相互關系以及大小等合理的信息。攝影測量技術可按照如下指標進行分類：一是距離指標，包括地面攝影測量技術、近景攝影測量技術，顯微攝影測量技術、航天攝影測量技術以及航空攝影測量技術；二是技術方法指標，包括采用光學和機械方法的模擬攝影測量技術、根據被測物像點與相應地面點之間的數學關系的剖解數字攝影測量技術、攝影測量技術。特別是數字攝影測量技術，能夠基于計算機對被攝對象的形狀、大小、空間位置及其之間相互關系進行高效率、高質量地測量。從目前來看，數字攝影測量技術能夠開展空中三角測量、自動正射影像圖制、自動定向以及自動數字地面模型生成（輔以交互式編輯）等一系列工作，因此是目前應用較為廣泛的一種舌音測量技術。
從實際應用層面來看，水下攝影測量技術是舌音測量技術在空間范圍維度的進一步拓展，該技術是近景攝影測量中一種特殊的測量技術，即被測量物體存在于水中、也能夠像該物體存在于空氣中一樣，通過相對便捷地拍攝到所需的圖像來精確定位水下被攝目標的幾何特性，從而以此對被測物展開進一步研究。因此，海洋工程、水生物研究、水深測量以及海底測圖等相關測量工作中，都能夠發揮水下攝影測量技術的重要功能。、
3）多傳感器集成技術
前文所述的攝影測量技術以及遙感技術有很多的優勢，但在三維空間數據的更新與采集方面仍然有很多亟待解決的問題。詳細一點來講，比如，遙感技術盡管可以獲取所提供的目標物的空間數據，但缺少空間立體信息，側重于對目標物頂面信息的采集；再如，盡管激光掃描儀LRS可以運用三維手段描述得到的數據，可是在拓撲關系以及目標物的空間信息方面存在一定難度；又如，地面攝影測量僅僅側重于提供目標地物的立體造型。可見，如果把上述不同的方法進行整合，將會在更大的程度上提高技術水平，所以，在采集多元數據之時，可以運用多傳感器集成技術，并且運用融合手段，建立三維模型，這可以成為現在乃至未來研究的重要課題。
既然多傳感器集成技術在采集三維空間數據時，可以借助于多種傳感器，這就表明不同的傳感器可以組合成多樣的多傳感器集成空間數據采集系統。基于此，本文對多傳感器集成體統進行如下三個層面的分類：一是機載激光掃描系統：這項系統借助于激光測量技術，對目標物的三維坐標（x，y，z）以及數字地面模型DTM進行高分辨率和高精度的測量，結合目標地物的光學成像結構，并進一步獲取地表目標物的垂直結構形態，從而顯著提高對目標物的識別水平；二是地面車載測量系統：該系統一般由車輛等移動載體、車載計算機、多傳感器以及數據采集軟件構成，是一種多傳感器集成的數字成圖系統；三是星載測圖系統：星載多傳感器集成具有大范圍、大比例、高效率優勢，該系統由此已成為研究焦點。
2.3圖像掃描數字化技術
由于現有的紙質地圖對地形表達的手段是圖解形式，因此無法被計算機接受和解析，而將現有地形圖用數字化儀表達，則其負載的大量信息能夠被轉換成能夠被計算機處理和接受的數字信息。在這一技術前提下，能夠檢測出地形圖中包含的非常重要的數據信息，其一，含有諸如高程點、等高線等3D空間數據所需要的幾何信息，二是含有地理目標的平面、高度或層數等不同緯度的坐標數值，三是含有被測物目標的名稱、用途、結構等屬性信息。
對地圖數字化的坐標數據精度的影響，主要來自于三個層面，一是掃描儀的分辨率高低，二是掃描過程的規范性程度，三是地圖中數據源本身的精度以及控制點的精度，上述三個因素自然成為了圖像掃描數字化技術的約束條件，因此，該盡管能夠對被測物的高度獲得概略性信息，但在高度準確測量方面卻有著較大的困難，因此借助于這種手段無法對三維數字地形圖獲得較高的精度。所以，測繪機構常用的手段就是運用AutCAD 軟件對地形圖數據開發和管理，這也是值得在今后繼續深入研究之處。
3 結論
較之于側重于三維空間數據建模的三維地理信息系統（3DGIS），三維數字地形圖側重于對三維空間信息的實時獲取以及對三維地形的繪制和可視化表達，由于這項技術還比較新穎，現在還在研究的初期階段。本文對三維數字地形圖獲得三維空間數據的相關技術進行了探討，實際上，今后還有必要針對集成匹配優化技術和地物地形的繪制技術等方面，對三維數字地形圖進行更加全面的研究。
參考文獻
[1]Kadobayashi，R.，Kochi，N. Obtain，H. Comparison and evaluation of laser scanning And photogrammetric and their combined use for digital recording of cultural heritage[J]，Remote Sensing and Spatial Information Science，2004，35（5）： 401-406.
[2]Kraus，K.PrinciPles of airborne laser scanning，Journal of the Swedish Society For Photogrammetric and remote sensing，2002：1，2002： 53-56.
[3]李清泉，楊必勝，史文中.三維空間數據的實時獲取、建模與可視化.武漢：武漢大學出版社，2003.
[4]朱軍輝.三維城市建模與基本作戰能力分析[D].鄭州：信息工程大學，2006年碩士畢業論文.
[5]李成名，王繼周，馬照亭.數字城市三維地理空間框架原理與方法[M].北京：科學出版社，2008.
[6]周愛華.基于大比例尺地形圖的三維地理場景快速構建方法研究[D].南京：南京師范大學，2008年碩士畢業論文.
[7]梁鵬帥，馮冬敬.三維可視化的研究現狀和前景[J].科技情報開發與經濟，2009（19）：134-135.
[8]編寫組（朱列克主編）.第三次全國荒漠化和沙化監測報告.我國荒漠化和沙化狀況及動態變化分析[M].中國荒漠化和沙化動態研究.北京：中國農業出版社，2005.
