浅谈摄影测量技术及其发展历史

1浅谈摄影测量与遥感的发展应用[摘要]从19世纪中叶开始至今，摄影测量的发展可划分为模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量三个发展阶段。摄影测量学是测绘学的分支学科，它指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。随着现代科学与技术的进步,摄影测量与遥感也逐渐走上了快速发展的道路,其应用范围之广,起到的效用之高,已对国民经济生产生活做出了重大贡献,那我就从摄影测量与遥感的发展历程和应用做出一系列的分析与介绍。[关键词]摄影测量遥感应用发展1.引言摄影测量随着科技的发展，已经结合了地理技术和信息技术，成为了一门综合复杂的地球空间信息科。它的涵盖内容广泛，包括遥感技术，全球定位技术等等，摄影测量与遥感技术应用于很多方面，其工作时间短，工作效率高，并且节约了不必要的人力，物力，财力的浪费。同时这种技术的测量结果更加的全面，在以往技术的基础上，可以对于地质和地矿的勘探更加的详细全面，是目前施工中勘探普遍运用的技术，能够满足经济和技术的要求。具有广阔的发展前景和利用价值，2.摄影测量与遥感的技能运用在摄影测量与遥感技术带动下，我国测绘事业发展进入了以数据获取实时化、数据处理自动化、数据传输网络化、信息服务社会化为特征的信息化测绘体系建设新阶段。目前，摄影测量与遥感已同大地测量、卫星定位、地图制图与地理信息系统以及工程测量等一起构成了整体的测绘学科与技术体系，使我国的测绘行业在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量后，步入数字摄影测量时代。特别是进入21世纪，数字航空传感器的传入让国内测绘业如虎添翼，城市大比例尺航空摄影测量制作的正射影像图得到迅速发展，我国合成孔径雷达技术从二维走向三维，地图产品不再只由线条组成，而是以影像和三维立体形式来表现。测绘技术得到飞速发展。我国自主研制的数码航摄仪不仅达到了世界先进水平，而且已转化为生产力，应用于地形图生产。据介绍，通过数码航摄仪获取的汶川灾区全部图像，分辨率已经达到了0.2至0.3米的高清晰水平。我国自主开发的自动道路测量车，是目前具备世界先进水平的车载移动测量产品，已应用在基础测绘、电子地图、铁路、公路、地理信息系统等领域，在北京奥运会建设工程中也得到大量应用。现代先进测绘技术大大提高了工作效率。比如，过去大地信息的数据采集，要靠测绘工作者的双脚“丈量”土地。如今，卫星和飞机带着摄像机或照相机在空中飞一遍整个测区就可以完成，而且不受地形地貌限制。22007年我国成功发射的嫦娥一号探月卫星，就是利用摄影测量与遥感技术，在完成月球表面的高度测量后，将绘制立体的月球地图，到时候普通人也能一睹月球的真实容貌。此外，采用摄影测量和遥感技术已经构建起1:5万以上的全国基础地理信息数据库、地名数据库和土地利用数据库等，各省区市已经或者正在建立1:1万全省基础地理信息数据库。许多大中城市还建立起更大比例尺基础地理信息数据库，成为构建“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”的重要基础，为信息化社会搭建了坚实的平台。助力行业信息化我国和平利用地理空间技术的成就和成效显著，以应用带动发展，促进了我国摄影测量与遥感的广泛应用，成为各行各业的好帮手。近年来，摄影测量与遥感已在测绘、农业、林业、水利、气象、资源环境、城市建设、海洋及防灾减灾等领域广泛应用，其在经济社会发展中发挥了越来越重要的技术支撑和服务作用。在汶川大地震的危急时刻、在灾后重建的关键阶段，摄影测量与遥感成为快速获取灾情的最佳途径。据执行灾区测量任务的四川测绘局同志介绍，灾情发生后，在空中航线被视为“生命线”的危急时刻，空管部门却为执行灾区航空摄影测量任务的测绘工作者“挤”出了一条航线。因为前线指挥救援急需的就是灾后最新影像图，有了图，就如有了“千里眼”，救灾救援才能更精准定位。统计结果也证明，灾后影像图以及地理信息数据在抗震救灾中的不可或缺性。汶川大地震发生后，测绘系统为100多个部门和单位提供了大量测绘保障服务，累计提供灾区地图5.3万张，其中，新加工制作3.1万张；遥感影像等基础地理信息数据约12000GB,满足了有关部门和单位抗震救灾对地图和地理信息的急需。及时为空降空投提供控制点数据近1200点，读取坐标数据3000多个，极大提高了空降空投的准确率。卫星遥感系统广泛服务于工农业生产和社会生活的各方面。据介绍，山东省国土测绘院借助卫星数据，有效地监测省内全部露天和井采图斑信息，解决了以往地面检查难以达到“全面覆盖、准确发现”的问题。专家认为，其技术成果在矿山开采动态监测领域填补了国内空白，整体水平达到了国际先进水平。统计显示，山东省在苍山试点期间，国土部门通过卫星图像数据检查、结合日常巡查，查处违法采矿40多起，越界采矿7处，对20多处无证采矿进行了矿坑回填，取得了良好的矿产资源执法监管效果。摄影测量与遥感为北京奥运会提供了多项服务。开发了应急服务系统，为奥运场馆应急信息管理提供技术支持；为奥运交通运行中心建成了北京奥运服务车辆GPS卫星定位监控调度综合管理系统等。3综合水平仍待提高随着我国摄影测量步入全数字阶段和遥感进入高分辨率及三维立体观测阶段，摄影测量与遥感技术应用的广度和深度将日益拓展。中国科学院院士、遥感应用专家徐冠华十分感慨：“如果没有现代摄影测量与遥感，我们就不可能对人类目前所面临的资源、环境、全球变化、可持续发展等问题有像今天这样的认识，有这样的紧迫感。如果没有现代摄影测量与遥感，我们就不可能对重大自然灾害、资源环境等问题作出快速反应。”可以说，摄影测量与遥感作为一种重要的观测技术和利用手段，已深入人心。尽管我国遥感技术取得了巨大成绩，但与发达国家相比还有很大差距。徐冠华指出，还必须努力提高我国遥感技术的综合水平。首先，加强对地观测卫星的整体规划和总体设计。“要充分考虑对地观测卫星的光谱分辨率、空间分辨率和它的运行转道等因素。”在此基础上做出最好的规划，安排好先后顺序，从而把有限资源集成起来，获得最大的成果和最好的效果，满足各方需第二，加强各个部门之间的协调。“要更加强调数据共享，这是有效利用卫星遥感数据的关键。这个问题解决不了，必然会造成大量资源和人力浪费。”第三，加强传感器的研制。我国在这方面与发达国家差距比较大。“要加强传感器的研究，增强传感器的工作能力，延长工作寿命，争取在短时间内使中国求。传感器研制水平有比较大的提高。”此外，在数据处理能力、分析能力等方面也有很多工作要做。把这些工作做好了，中国卫星遥感的潜力将会得到更大的发挥。业内人士预计，未来10年中，遥感技术将步入一个能迅速、及时提供多种对地观测数据的新阶段。随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，其应用领域将会更加广泛。3.摄影测量至今的发展历史影测量学发展至今，经历了主要的三个发展阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。19世纪中叶，劳塞达用摄影像片和所谓的“明箱”装置，测制万森城堡图，标志着摄影测量的诞生，当时采用的是图解法逐点测绘。20世纪初，飞机的发明使航空摄影测量成为可能。此后，正式利用这一技术，促使航空摄影测量迅速发展，从而逐步完善了模拟摄影测量的理论、仪器和技术。模拟摄影测量的基本原理，是根据摄影过程的几何反转思想，利用光学或机械方法模拟摄影过程，采用了两个投影器模拟摄影时相邻两张像片的空间位置、姿态和相互关系，形成一个比实地缩小了的光学几何模型。这一时期，这一时期，摄影测量主要研究的内容是摄影测量的基本原理及各种模拟仪器的构造、使用方法等。各种立体测图仪仪器虽4冠以“自动”二字，但它只是说能够避免繁琐的计算，即利用光学机械模拟的装置，实现了复杂的摄影测量解算。但它并不是不需要人来观察。因此，要想达到真正的“自动化”，还必须依赖成熟的计算机技术。数字式计算机的诞生与发展，大大提高了计算工作的速度和精度，使人们联想到要用数字投影代替物理投影，这就推动了摄影测量的进一步发展，摄影测量随之进入了解析摄影测量时代。解析摄影测量的一个标志就是解析测图仪的研制成功。解析测图仪是由一台立体坐标量测仪和一台专用电子计算机以及相应的接口设备组成。解析测图仪虽然仍需要人眼观察来发现同名像点，但相比于模拟测图仪，解析测图仪在仪器设计和结构上为由计算机控制的坐标量测系统，在操作方式上是计算机辅助的人工操作，因而提高了摄影测量的精度。也伴随着产生了“4D”数字产品，使摄影测量成为GIS基础数据获取和更新的重要手段。随着计算机技术的进一步发展和数字图像处理、模拟识别等技术在摄影测量领域的应用，用影像匹配技术代替人眼观测（及自动寻找同名像点），实现真正的自动化测图，采用数字方式实现摄影测量自动化，促使摄影测量开始进入数字摄影测量阶段。此时，计算机不仅要完成大量的计算工作，而且还要完成影像的识别与判读等工作。并且，随着摄影测量步人全数字阶段以及计算机技术、空间技术的迅猛发展，摄影测量与遥感技术已相伴相形，而“实际上，摄影测量发展到了数字摄影测量时期就是遥感”。由张祖勋院士带领研发的数字摄影测量网格（ＤＰＧｒｉｄ）系统是基于我国摄影测量学科多年来的研究成果，适应学科发展和时代需求，将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量处理技术结合，研究开发的高性能的新一代航空航天数字摄影测量处理平台。是数字摄影测量的又一重大进步。此前的摄影测量都需要布设地面控制点，而激光雷达则不需要。激光雷达主要由IMU+DGPS、激光扫描仪和数码相机组成。激光扫描仪可获取地面DEM,保留地面点，获取地面上树的高度，这样，摄影测量的精度就达到了更高的要求。4.数字摄影测量发展的新契机从20世纪初起，以纯精密、光机的模拟摄影测量仪器为特征的摄影测量一直持续了半个多世纪。在此期间，摄影测量的教学、极少量的科研，除所谓的变换光束理论研究以外，多数是围绕欧洲的几个著名厂商生产的模拟摄影测量仪器进行。到50年代末计算机开始进入摄影测量，摄影测量的研究领域得到了很大的扩展：如解析法空中三角测量、在线空中三角测量、区域网平差、粗差检测理论、正射纠正、数字测图等。90年代随着数字摄影测量时代的到来，相对于传统的模拟、解析摄影测量，其最大的特点是将计算机视觉、模式识别技术应用到摄影测量，实现了内定向、相对定向、空中三角测量、数字高程模型（DEM）生成等的（半）自动化。数字摄影测量不仅仅将传统摄影测量仪器各种功能全部计算机，以提高工效、降低对作业员的要求，而且正在不断地扩充摄影测量的功能。但是我们必须清醒地认识到：一些数字摄影测量工作站只是解析测图仪的替代品；目前的数字摄影测量工作站主要只适合于航空、航天摄影测量，而近景、地面摄影测量与它有很大差异，将数字摄影测量应用于近景摄影测量，摄影测量的理论必须进一步发展；即使是当前自动化程度较高的数字摄影测量工作站，摄5影测量的主要研究还仅仅在“同名点”的影像匹配技术。因此，我们必须跳出传统摄影测量的束缚，必须从计算机的特点考虑数字摄影测量的理论发展，这正是数字摄影测量为其理论与实践的发展提出了崭新的契机，例如：灭点理论与应用、广义点理论与应用和多基线立体理论与应用。5.数字摄影测量发展的重要方向当前数字影像、DEM、摄影机位置、姿态数据的直接获取等技术正在迅速发展，它们对于加快摄影测量成图周期、减少野外工作量将发挥愈来愈重要的作用。例如利用高分辨率的卫星影像与对应的有理多项式系数（RPC）定位数据文件，再加以极少量的GPS点作控制，即能快速生产1：1万乃至1：5000的正射影像图。但是，与此相对应的摄影测量自身的发展与任务是什么？这是一个摄影测量工作者必须回答的问题。不管数据获取手段如何发展，航空（航天）摄影测量发展的中心任务之一是数据更新，实现建立国家基本地形图的由定期更新到动态更新机制。特别是对于处于经济快速发展的我国，GIS数据更新显得尤为重要。但是，数据更新不是重测地形图，具体而言：数据更新的复杂性利用航空摄影的影像进行测绘，纵然在模拟测图期间，其生产流程、各种规范已经成熟，到解析、特别是数字摄影测量时代，摄影测量的流程虽然有很大的改变，但是基本任务与规范没有根本的变化。而数据更新则不同，