武汉大学摄影测量期末试卷及答案(2005-2011)

武汉大学2005～2006学年上学期《摄影测量基础》试卷（A）学号：姓名：院系：遥感信息工程专业：遥感科学与技术得分：（20分，每空1分）1、摄影测量中常用的坐标系有、、、、。2、解求单张像片的外方位元素最少需要个点。3、GPS辅助空中三角测量的作用是。4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要个和个地面控制点。5、摄影测量加密按平差范围可分为、和三种方法。6、摄影测量的发展经历了、和三个阶段。7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是方程。8、法方程消元的通式为=+1,iiN。（20分，每个4分）1、内部可靠性：2、绝对定向元素：3、像主点：4、带状法方程系数矩阵的带宽：5、自检校光束法区域网平差：（45分，每题15分）1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在摄影测量中的主要用途。2、像片外方位元素的作用是什么？用图示意以y轴为主轴的航摄像片的外方位元素。3、如果拥有一套POS系统，你打算如何用其快速确定地面点的三维坐标（简要叙述基本思想和具体解算过程）？（15分）设某区域由两条航线组成（如图1所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：①当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t、多余观测数r；②按最小带宽原则在图a中标出像片排列顺序号并求出带宽；③在图b中绘出改化法方程系数矩阵结构图(保留像片外方位元素)。12345平高地面控制点待定点①②③④⑤⑥⑦①②③④⑤⑥⑦像片号（a）（b）图1高程地面控制点⑧⑨⑧⑨65出卷人教研室负责人审核签字年月日共2页第2页武汉大学2005～2006学年上学期《摄影测量基础》答卷（A）（20分，每空1分）1、摄影测量中常用的坐标系有像平面直角坐标系、像空间直角坐标系、像空间辅助坐标系、地面摄影测量坐标系、地面测量坐标系。2、解求单张像片的外方位元素最少需要3个平高地面控制点。3、GPS辅助空中三角测量的作用是大量减少甚至完全免除地面控制点，缩短成图周期，提高生产效率，降低生产成本。4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要2个平高和1个高程地面控制点。5、摄影测量加密按平差范围可分为单模型、单航带和区域网三种方法。6、摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是共面条件方程。8、法方程消元的通式为=+1,iiN1,1,,1,+−+−iiiiTiiiiNNNN。（20分，每个4分）1、内部可靠性：一定假设下，平差系统所能发现的模型误差的最小值。2、绝对定向元素：确定模型在地面空间坐标系中的绝对位置和姿态的参数。3、像主点：相机主光轴与像平面的交点。4、带状法方程系数矩阵的带宽：带状法方程系数矩阵的主对角线元素沿某行（列）到最远非零元素间所包含未知数的个数。5、自检校光束法区域网平差：选用若干附加参数构成系统误差模型，在光束法区域网平差中同时解求这些附加参数，从而在平差过程中自行检定和消除系统误差影响的区域网平差。（45分，每题15分）1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在摄影测量中的主要用途。【答】设摄影中心S在某一规定的物方空间右手直角坐标系中的坐标为，任一地面点A在该物方空间坐标系中的坐标为，A在像片上的构像a在像空间坐标和像空间辅助坐标分别为),,(sssZYX),,(AAAZYX),,(fyx−和，摄影时S、a、A三点共线(如下图)且满足如下关系：),,(ZYXλ=−=−=−SASASAZZZYYYXXX即⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡SASASAZZYYXXZYXλ（1）xyzXYZXsYsZsNYXXA-XsMZtpYtpa(x,y,-f)A(XA,YA,ZA)SYA-YsXtp又像空间坐标与像空间辅助坐标系满足：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−ZYXfyxR（2）式中，为由像片外方位角元素组成的正交变换矩阵。⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321321321cccbbbaaaR将（2）式写成纯量形式并用第一、二式分别除以第三式，可得)()()()()()()()()()()()(333222333111SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx−+−+−−+−+−−=−+−+−−+−+−−=（3）（3）式就表示了摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程。共线条件方程在摄影测量中的主要应用如下：¾单片后方交会和立体模型的空间前方交会；¾求像底点的坐标；¾光束法平差中的基本方程；¾解析测图仪中的数字投影器；¾航空摄影模拟；¾利用DEM进行单张像片测图。2、像片外方位元素的作用是什么？用图示意以y轴为主轴的航摄像片的外方位元素。【答】像片外方位元素可用于恢复摄影瞬间像片在物方空间坐标系中的位置(,,)sssXYZ和姿态(,,)ϕωκ的。以y轴为主轴的航摄像片的外方位元素可示于下图：XsYsZsϕωκxyzXYZ3、如果拥有一套POS系统，你打算如何用其快速确定地面点的三维坐标（简要叙述基本思想和具体解算过程）？【答】由POS系统获得像片的6个外方位元素。当没有地面控制点时，直接利用同名点前方交会，获得地面点坐标；当有控制点时，先利用共线方程对POS系统获得的像片外方位元素进行检校，消除系统误差，然后利用同名像点前方交会可获得地面坐标。具体解算过程如下：—同名像点识别，量测像点坐标x1,y1,x2,y2；由POS系统获得的像片外方位线元素计算基线分量BX,BY,BBZ；—由POS系统获得的像片外方位角元素计算像空间辅助坐标X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2；计算点投影系数N1,N2；计算地面坐标XA,YA,ZA。（15分）设某区域由两条航线组成（如图1所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：①当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t、多余观测数r；②按最小带宽原则在图a中标出像片排列顺序号并求出带宽；③在图b中绘出改化法方程系数矩阵结构图(保留像片外方位元素)。像片号③⑥⑦⑧⑨②④①⑤14平高地面控制点待定点①②③④⑤⑥⑦高程地面控制点②657①23⑦③⑤⑨⑧④⑥⑨⑧（a）（b）图1【答】1)观测值个数n=(6×4+9×5)×2＝138；未知数个数t=(6×9+16×3＋3×2)＝108；多余观测数r=n-t=30。2)按最小带宽原则，像片应按图(a)所示的垂直于航线方向排列；带宽m=(2×2+2)×6＝36。3)改化法方程系数矩阵结构如图(b)所示。(0,3)(0,2)(0,1)yox(0,0)(1,0)(2,0)(3,0)2SPOT111武汉大学遥感信息工程学院2005---2006学年度第二学期期末考试《摄影测量学》试卷参考答案一、名词解释：1、影像匹配：【答】通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点，如二维影像匹配中通过比较目标区和搜索区中相同大小的窗口的相关系数，取搜索区中相关系数最大所对应的窗口中心点作为同名点；2、金字塔影像：【答】对二维影像进行低通滤波，并逐渐增大采样间隔，形成的影像像素数依次减少的影像序列;3、立体正射影像对：【答】由正射影像和通过该正射影像生成的立体匹配片两者组成的立体相对；4、同名核线：【答】同一核面与左右影像相交形成的两条核线，其中核面指物方点与摄影基线所确定的平面；5、立体透视图：【答】运用透视原理和一定的数学模型（共线方程）将物方具有三维信息的点转换到指定的平面上，并通过消影处理获得立体透视效果。二、简答题：1、以图1所示数字高程模型矩形格网为例,请说明图1中所画等高线的跟踪过程.如果有特征线存在,应该如何处理?(0,0)(1,0)(2,0)(0,1)(0,2)(0,3)(3,0)图1基于矩形格网的等高线跟踪【答】1、等高线的跟踪过程：（1）确定等高线高程：根据格网中最低点Zmin与最高点Zmax，计算最低点高程与最高点高程，minzmaxzminmin(1)ZzINTZ=+ΔZ⋅Δ，maxmax()ZzINTZZ=⋅ΔΔ，取minkzzkZ=+⋅Δ（k=0，1，……）（2）初始化状态矩阵，依据本题所画的矩形格网，设其中等高线所示高程为，由，，，可知该等高线为开曲线；kz0,01v=3,00v=0,31h=0,01h=(3)由得该等高线的起始点，其坐标通过线性内插可得0,01v=000110()XXzZYYYYZZ=⎧⎫⎪−⎨⎬=+⋅−⎪⎪−⎩⎭0⎪，按逆时针对格网边进行编号，可知IN=1，然后搜索跟踪等高线出的方向；（4）判断,1,()(ijkijk)ZzZz+−−与0的大小以及,1,()(ijkijk)ZzZz+−−与0的大小，由图可知：，而其它的均大于0，所以OUT=3，并将状态矩阵中相应的元素置为0，同时对于下一个格网IN=1；0,11,1()()kkZzZz−−0（5）重复第5步，依次向下搜索跟踪，并每次将上一格网的出边作为这次格网的进入边，直至跟踪到边界（状态矩阵的所有元素变为0）；2、地形特征线的处理：地形特征线是表示地貌形态、特征的重要结构线，在等高线绘制过程中必须考虑地形特征线以正确表示地貌形态，在跟踪等高线时应注意：（1）、若在某一条格网边上由地形特征线穿过，必须特征线与格网线的交点与相应的格网点内插等高线点，而不能直接用格网点内插等高线；（2）当等高线穿过山脊线（山谷线）时，还必须在山脊线（山谷线）上补插等高线点；（3）当等高线遇到断裂线或边界时，等高线必须断在断裂线或边界线上；1、图2是一幅SPOT影像，当影像的外方位元素和DEM已知时，如何制作正射影像，请说明其原理过程，并指出与框幅式的航空影像制作正射影像算法的相同和不同之处。yx第3000条扫描线o图2一幅SPOT影像【答】对于SPOT影像，当外方位元素和DEM已知识，可采用直接法和间接法结合的方法制作正射影像：1、正解法解求影像规则格网点对应的地面坐标：在影像上确定一个规则格网，由内定向可确定像元（i，j）所对应的影像坐标（x，y），通过正解法数字纠正结合DEM利用下述公式可求得相应的地面点（X，Y，Z），地面点组成的为一非规则格网；2、内插求解地面规则格网对应的像点坐标：由非规则的地面格网点拟合出平面，采用四个点可拟合出平面，由此可由地面规则格网点坐标（Xp，Yp）计算出其对应的像点坐标（xp，yp）；3、反解法计算各地面元对应像素坐标的：重复第三步可得到地面所有规则格网点的影像坐标，然后通过双线性内插即可得到每一个地面元所对应的影像坐标，再经过灰度重采样和赋值即可获得正射影像。由于SPOT影像是线阵扫描式影像，每一条影像的外方位元素都不同，在采用正解法或反解法制作正射影像时都存在迭代求解的过程，框幅式航空影像是点投影式影像，整幅影像的外方位元素唯一，制作正射影像采用反解法时无需迭代；另一方面SPOT影像可采用多项式纠正的方法来制作正射影像，而多项式纠正法则不适合于框幅式航空影像制作正射影像；两者在制作正射影像时都存在通过原始影像内插、重采样来获得每一个地面元所对应的影像坐标及其灰度值，以构成正射影像的过程；3.“相关系数最大”影像匹配、基于物方的VLL法影像匹配和最小二乘法))(()()()()()())(()()()()()(31313131tZZftcxtcfbb−txttZZftcxtcftaxtatXXSSSS−−+=−−−+=''''''210210YbXbbyYaXaax++=SiSSiSiSSiSiSSiiiiiiiZllZZYtYY++=lYYlXllXXllllllΔ−+=Δ−+=Δ−+=Δ−+=Δ−+=Δ−=+)())()()()(000000000000κκκωωω(ϕϕϕ影像匹配的相同点及差别是什么？【答】“相关系数最大”影像匹配是指在左影像上以目标点为中心选取一定大小的区域作为目标区，将右片同名点可能存在的区域作为搜索区，比较目标窗口和搜索区内同大小窗口的灰度相关系数，将相关系数最大所对应的窗口的中心作