摄影测量学教案(第14讲解析测图仪2)doc

第19次课首页本课主题解析测图仪授课日期目的掌握解析测图仪的作用原理了解解析测图仪的软件讲授内容与时间分配序号讲授内容时间1上讲内容回顾62本次授课内容43解析测图仪的主要计算过程及计算公式504解析测图仪的软件105几种解析测图仪简介256内容总结37下讲内容预习安排289重点难点重点：解析测图仪的作用原理难点：解析测图仪的作用原理方法手段课堂教学采用启发式和讨论相结合的教学方法，使用多媒体教学手段。实习实验教案正文第十九讲解析测图仪备注一、上讲内容回顾与相关知识复习解析测图仪概述解析测图仪的硬件解析测图仪的输入输出和控制方案二、内容的引出、内容安排、难点重点介绍解析测图仪的主要计算过程及计算公式解析测图仪的软件几种解析测图仪简介三、解析测图仪的主要计算过程及计算公式解析测图仪的核心内容是以数字方式解算投影变换的关系和已知其形式的系统误差等的改正计算，归纳起来计算任务包括：像点坐标的各种改正计算；像片架坐标和像平面坐标的变换；像点坐标和模型坐标的变换；模型坐标和地面测量坐标的转换；地球弯曲和大气折光差的改正；模型坐标与绘图仪坐标的换算。其中有的计算结果要反馈于像片架，这样一些换算都必须实时的进行。但是，对应不同的控制方案，实现这些换算的关系式式不同的。下面仅介绍C—100、ASP等多数解析测图仪采用的第一类控制方案——输入模型坐标的方案的原理。其结构原理见图1所示。计算机左像右像绘图桌终端X、Y、Zx1y1x2y2或E、N、H计算机左像右像左像右像绘图桌终端X、Y、Zx1y1x2y2或E、N、H图1这种方案的特点是作业员通过手轮和脚盘将模型坐标输入给电子计算机，由计算机解算出左、右像片架的移动量，并由伺服系统实时地完成所要求的移动，使作业员随时都能看到相应于给定模型点的两个同名像点。首先，由输入给电子计算机的模型坐标，按共线条件方程算出理论上的像点坐标，在加入像点的各种改正项之后，转换为实际的像点坐标和仪器上像片架坐标，从坐标变换的角度，分析主要计算过程及计算公式并由伺服系统驱动左、右像片架的移动；与此同时，要进行模型坐标和地面测量坐标之间的换算，其中还要顾及到地球弯曲和大气折光差的改正；在联机绘图作业时，还要进行模型坐标与图面坐标的换算，并由伺服系统实时地驱动绘图笔绘图。上述这些计算功能都由实时运算的程序完成，不包括非实时运算的程序在内。它们以文件形式贮存在计算机内。(1)以解析测图仪PlanicompC-100为例，它取模型的空中基线的中心为模型坐标系的原点。为立体照准某模型点时，手轮、脚盘所输入的模型坐标增量为mdX、mdY、mdZ，设在输入前原有的模型坐标为mX、mY、mZ，则在输入后所照准的模型点的模型坐标为：mmmmmmmmmdZdYdXZYXZYX（1）mmmggggggZYXGZYXZYX000(2)式中：ZYXSSSZYXSSSgggBBBZYXBBBZYXZYX2121222111000(3)(1SX、1SY、1SZ)和(2SX、2SY、2SZ)分别为左、右投影中心的地面坐标，(XB、YB、ZB)为模型的基线分量;1000cossin0sincos000031221mgggggG(4)为变换矩阵，其中m为模型比例尺分母，由像片比例尺和成图比例尺确定，θ为平面旋转角，习惯上总是使模型的mX方向与航线方向一致起来。这种变换要考虑地球曲率的改正。(2)从模型坐标变换为图面坐标从模型坐标变换为图面坐标在理论上也只包含平面的旋转和比例尺的缩放。但是，考虑到绘图材料的不均匀变形以及绘图桌的线性误差，可采用下列的仿射变换：mmmgggTTTZYXtttttZYXMZYX5432100000001(5)式中，(TX、TY、TZ)代表相应点的图面坐标，M为成图比例尺分母，变换矩阵中的1t～5t等5个元素共同表示了旋转和三个轴向上不同的比例尺缩放系数。(3)地球曲率的改正直接在模型坐标中加入地球曲率和大气折光差影响的改正是比较方便的。在解析测图仪C—100系统中只考虑了地球曲率影响的改正，其所用的关系式为：)(2)(212222222mmgggYXRmYXRRDZ(6)式中，R为地球的曲率半径。把改正数化算到模型坐标系统中的改正量为：mZZmg(7)(4)由改正了地球曲率影响的模型坐标，按照共线方程式，可以解算出左片上理论)2()2()2()2()2()2()2()2()2()2()2()2(333222333111ZmLYmLXmLZmLYmLXmLLZmLYmLXmLZmLYmLXmLLBZcBYbBXaBZcBYbBXafyBZcBYbBXaBZcBYbBXafx(8)类似，还可以解算出右片上理论上的像点坐标Rx、Ry。111333222333()()()222()()()222()()()222()()()222XYZRmRmRmRXYZRmRmRmXYZRmRmRmRXYZRmRmRmBBBaXbYcZxfBBBaXbYcZBBBaXbYcZyfBBBaXbYcZ（9）在这两组共线方程式中，一共包含有9个独立参数，即3个基线分量XB、YB、ZB，左像片的3个独立的旋转参数，右像片的3个独立的旋转参数。再加上(2)式中的0gX、0gY、0gZ，共计12个定向元素，它们由立体模型的相对定向和绝对定向过程确定出来。(5)畸变差的改正在理论上的像点坐标中加入镜头的畸变所形成的像差改正，便得到了实际的像点坐标。解析测图仪C—100系统只考虑了径向畸变差的改正。由像点的辐射距22)()(yxr（10)根据航摄仪鉴定所提供的畸变曲线求得辐射距增量Δr，再按下式算出实际的像点坐)1()1(rryyrrxx(11)(6)从像片坐标变换到像片架坐标LLLCLCLCLCLCLCLfyxlllllfyxfyx543210000000(12)对右像片有类似的变换式。在(12)式中，CLx、CLy表示左片上像点的像片架比较两种基本的控制方案坐标，其中的变换参数为0CLx、0CLy、1l～5l，由框标量测决定，它概括了内定向、像片材料的不均匀变形、量测仪器的系统性的线性误差的改正。四、解析测图仪的软件解析测图仪的软件通常包括两个部分，即计算机的操作系统和摄影测量软件。(1)计算机操作系统计算机操作系统由计算机厂家提供的软件，它在计算机运行过程中担负着一系列的重要任务，如指令的收集与执行，内存管理，文件编辑，程序的编译与运行控制，外围设备触发等。解析测图仪的全部应用程序都必须依赖于操作系统的支持，用户扩充程序也要通过操作系统。因此，操作系统的性能在很大程度上影响着解析测图仪的总性能。好的操作系统可以使得整个的仪器系统的效率高、灵活方便、易于使用。(2)摄影测量软件摄影测量软件是指专门为摄影测量目的而编制的程序，以便建立所观测的立体像对的数学的立体模型，并以之完成各种可能的测量任务。1）实时程序从以上分析可以看到，不论采用哪一种解析测图仪的结构原理，要用解析的方式建立立体模型，都包含一系列的数字运算，所有这些运算和通过伺服系统驱动像片架的移动，都必须在少于1/30秒的时间内完成。这样才能保证作业人员在立体观察时不会有模型闪跳的感觉。对于这样一类时间性要求很强的运算，就要设计成实时程序。实时程序是用特定的机器语言或汇编语言写成的，由解析测图仪的生产厂家提供。建立一套实时程序，要考虑到所要求的计算周期的最低限度的重复速率，和考虑到伺服系统的最大限度的反应时间。重复速率不得低于作业人员的时间感觉的阀值(大约每秒10周)。由于实时运算在解析测图仪的总的工作量中占绝大部分，对解析测图仪的效率关系极大，因此，必须设计得十分精巧，要求数学模型正确而合理、通讯效率高、优先结构严密。在解析测图仪的工作过程中，实时程序不是由人工操作的，而是由机器按一定的周期自动启动。2）应用程序应用程序对时间的要求总的来说并不十分苛刻，因此，多是用高级程序设计语言编写的，在工作过程中由作业人员操作运行。必要时，用户还可对其进行扩充。不同的解析测图仪的应用程序可能有很大的差别，但一般都包括下列的基本组成部分。·内定向程序在解析测图仪上，像片是概略地安置在像片架上的。像片坐标与像片架坐标之间的关系是通过量测4个(或8个)框标点，按最小二乘法解算内定向元素而加以确定的。这一部分的操作和运算就是在内定向程序的控制下完成的。·相对定向程序启动相对定向程序后，该程序能自动地依次将像片车架驱动到通常相对定向所用的6个标准定向点上，作业员每次只需要消除待测点处的上下视差，将测标切准待测模型点，并通过按钮或脚踏开关将观测数据记入计算机中。一经观测完最低限度的定向点，计算机就按最小二乘法答解相对定向方程，并显示相对定向参数和各点上的残余上下视差。通过人机会话，作业员还可以根据精度要求决定重测某些点或增测某些点，直到满足精度要求为止。相对定向程序使得观测过程半自动化，并及时提供关于定向质量的反馈信息，为作业员提供了很大的方便和灵活性。·绝对定向程序该程序用以解求立体模型的绝对定向元素。预先输入地面控制点的坐标值，在操作过程中依次将测标切准各控制点，记入所观测的控制点的模型坐标，然后按最小二乘法解算绝对定向方程式，输出绝对定向元素值和余差。相对定向和绝对定向也可以合并进行。该程序可以把确定模型的各个参数及有关数据贮存起来，以便在以后需要重测某个像对时，可根据这些参数精确地恢复出原来的模型，甚至可以在相同类型的另一台仪器上恢复。这是解析测图仪的一大优点。因此，凡已进行过空中三角测量的像片，在测图的时候，应用这一程序就可以省去再次相对定向和绝对定向的操作。·点观测程序该程序的作用是在输入像片坐标或模型坐标或地面坐标之后，能自动地驱动所要观测的点位。这就为仪器的操作提供了很大方便。此程序的另一优点是当检测已经观测过的点时，不会产生找错点的问题，避免产生粗差。·数字地面模型(DTM)数据的采集程序数字地面模型数据的采集是解析测图仪的主要应用之一。在这个程序的控制下，可以使测标沿着XY坐标平面上任意给定的轨迹移动。而作业员只需控制测标在高程(Z)方向的升降以使测标随时切准模型表面，同时还要掌握扫描的开启和停止。DTM的数据采集有静态和动态之分，静态采集时在采样点上停止驱动，静态地照准模型点读取高程，动态方式则不停止驱动。扫描观测数据可按规定的格式自动记录下来。扫描的方式(包括扫描运动的轨迹和取样点的间隔等)可以根据地形情况和DTM数据的用途由作业员事先选定。·面积、体积和矢量计算在该程序的控制下，依次观测一系列的点，计算机便可以计算出任意两给定点的矢量以及由若干点所围起来的图形的面积、体积。·空中三角测量程序利用解析测图仪进行联机(在线)空中三角测量是解析测图仪的另一个主要应用方面，它比常规的脱机（离线）空中三角测量具有许多无法比拟的优点。·机助绘图与数字测图解析测图仪上所有测绘结果均先以数字形式存在于计算机中，然后才用来在数控绘图机上绘图。这样便可以在整个测图过程中利用计算机来控制和辅助测图工作，用于此目的的软件即是机助制图软件。测图仪与绘图机脱机作业时，则利用计算机及其图形屏幕直接测制数字地图并存贮于计算机中。此时对软件要求较高，一般应有一个数据库管理系统支持，通过联机和脱机的图形编辑形成库文件并可在数控绘图