所屬欄目:光電技術論文 發布日期:2012-08-18 09:08 熱度:
就攝影測量本身而言,從測繪的角度上來看數字攝影測量還是利用影像來進行測繪的科學與技術;而從信息科學和計算機視覺科學的角度來看,它是利用影像來重建三維表面模型的科學與技術,也就是在“室內”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進行測繪。因此,從本質上來說,它與原來的攝影測量沒有區別。因而,在數字攝影測量系統中,整個的生產流程與作業方式,與傳統的攝影測量差別似乎不大,但是它給傳統的攝影測量帶來了重大的變革。
在二十世紀三十年代,針對當時的模擬攝影測量儀器,德國著名的攝影測量專家V.Gruber給攝影測量下了這樣的定義:“攝影測量是一種技術,它可以避免計算”。這是因為,模擬攝影測量儀器解決了傳統野外測量中前方交會、后方交會的計算問題。實質上,當時的模擬攝影測量儀器本身就是一臺精密的、機械的、模擬計算器。該“計算器”用兩根精密的空間導桿模擬前方交會,從像點坐標直接解算,給出其模型坐標。因此,當時的模擬測量儀器,多稱為自動測圖儀(Autograph)。所謂自動,就是可以避免人工的計算。從這個角度來說,攝影測量當時就與計算機聯系在一起,而不是真正的不需要計算。但是所謂自動,它并不是可以離開作業員的觀測進行自動測圖,而只是避免了人工的計算,不需要人工用“對數表”或機械的手搖計算機進行前方和后方交會計算。
到解析攝影測量的時代,精密的機械導桿被共線方程——又稱為“數字導桿”所代替,簡化了儀器的結構,形成了解析測圖儀。然而利用六個標準點位進行相對定向仍然沒有變化,只是人們只需觀測六個標準點位的上下視差,計算機就能自動解算相對定向的元素。計算的過程雖然還是迭代的過程,但是,作業員的作業中避免了迭代過程,從而加快了定向速度。在解析攝影測量時代,由于數字電子計算機的發展與引入,攝影測量的嚴密解算成可能。從而,空中三角測量的嚴密解算、各種區域網平差模型、粗差檢測、可靠性的理論等,成為解析攝影測量時代的熱點與重點。與模擬攝影測量時代相比,解析攝影測量的教學、科研的內容要寬得多,而且研究已經不再僅僅圍繞測量的儀器展開。這時,攝影測量不僅僅需要利用計算機進行大量的計算,而計算機的發展與應用引起了測量一次深刻的變革。但是,無論是模擬攝影測量或者是解析攝影測量,都離不開人的雙眼分別照準左、右影像上的同名點,因此,它們都不可能實現真正意義上的“自動化”。
到了今天,由于數字攝影測量的發展,計算機不僅可以代替人工進行大量的計算,而且已經完全可能代替人眼來識別同名點,從而為攝影測量開辟了真正的自動化道路。它不僅大大提高了生產效率,而且在某些領域,特別在傳統的攝影測量觀念所認為的一些最基本的內容上,正在發生觀念性的變革。
在模擬與解析攝影測量時代,將整個攝影測量生產劃分為不同的工序,使用不同的專用的攝影測量儀器,完成不同的工作。由于數字攝影測量正在將傳統的模擬和解析攝影測量儀器送入歷史博物館,而所有的工序均可以由一臺“數字攝影測量工作站”來完成,從而使生產組織發生了重大的變化。
過去的加密工序,使用轉點儀、立體坐標儀或解析測圖儀,為下面的測圖工序提供加密成果,而現在的加密工序與整體的測圖工序幾乎密不可分。例如:準備工作、影像數字化、參數文件的建立與輸入都是共同的。而通過加密工序又可以省去后面測圖工序的整個定向過程。因此,再將兩個工序分開就完全沒有必要。我們似乎可以把空中三角測量看作為測圖工序的一個“預處理”。
當前,正處在由模擬、解析向數字攝影測量轉變的時代,同時也是模擬、解析攝影測量儀器與數字攝影測量工作站共存、混用的時期。例如:有的生產單位,要求利用由數字攝影測量工作站的自動空中三角測量“加密”結果,供模擬測圖儀使用;有的生產單位則反過來,要求利用由傳統的空中三角測量“加密”結果,供數字攝影測量工作站使用。正如上面所述,空中三角測量、區域網平差的本質是在嚴格的數學模型下(特別是光束法區域網平差),將該區域內的所有的影像連接起來,將影像與影像、模型與模型、航帶與航帶連接起來,而所選的“加密”點都是為了將影像“連接成網”。因此,只有將空中三角測量與測圖放置在一個統一的系統中,才能使整個區域內的結果達到最佳的銜接,即按區域網平差的結果進行銜接。若按傳統的方法,將兩者分開,測圖時按加密點進行絕對定向,不僅增加了工作量,而且會降低精度。
由于數字攝影測量的發展,我們不僅需要重新考慮整個內業生產工序的組織,而且具有了內外業工序不分的可能性。以前航測外業主要是做像控點和進行調繪,然后由內業根據像控點進行加密,利用調繪片進行測圖,如果發現外業像控點的誤差,再轉回給外業隊進行返工。在城市大比例尺測圖過程中常常還需兩期外業,即先由內業根據調繪片進行測圖,然后再由外業將遮擋的房屋補在相應的地圖上。這種由外業到內業再到外業然后再返回內業的流程,顯然是不經濟的。過去,外業隊不可能購置價格昂貴、體積龐大的解析測圖儀和精密立體測圖儀,但是隨著數字攝影測量時代的到來,整個內業工作均在計算機上完成,從而使外業隊也有可能進行內業工作。可以看出,數字攝影測量已經把整個攝影測量生產的工序高度地集成在一起。
從以上分析可知,在生產中,將工序明確地劃分,似乎已經沒有很大的必要。但是,從生產的實際出發,為了將生產人員有效地組織起來,將一套數字攝影測量系統劃分成為不同的模塊,分別安裝在多臺計算機上,似乎對生產的組織、人員的調配是很有意義的。例如:空三、定向、影像匹配與編輯,除了計算機以外,還需要專用的圖像卡和立體眼鏡等專用的設備。但是,正射影像的生成、正射影像的拼接、等高線的生成、數字地面模型的生成與拼接、地圖的編輯等,只需要普通的計算機就能完成。因此,根據生產工具的需要,一套數字生產系統(它非常完整,功能非常齊全,也很龐大),應該考慮分別安裝在不同要求的平臺上,以利于生產的組織。
從傳統的攝影測量而言,攝影的影像,只是原始的資料。其它的用戶可以購買拷貝片,作為下一步處理的原始資料。但是現在,攝影被數字化了。如果我們對原始的數字攝影進行了空中三角測量的處理,這時影像的內方位元素、外方位元素已經是已知數據,如果我們把內、外方位元素作為頭文件與影像數據一起刻在光盤上,這就是一個產品。我們可以想像,如果已知該地區的數字地面模型DEM,用戶就可以直接利用該數字影像的內、外方位元素、影像數據與DEM直接生成該地區的正射影像圖,不需作任何處理。如果該像片是個平坦的地區或城區,用戶就可能直接糾正成平面圖。但是,目前生產單位仍然按照傳統的觀念,并沒有把定向結果、方位元素與影像保存在一起,作為一個重要的中間成果或是一種中間產品,顯然這是十分可惜的。在此,我們還想重復一下,在數字攝影測量時代,“加密”的結果中,影像的方位元素要比加密點的坐標重要得多。
數字表面模型DSM,同樣是重要信息。DSM通常被認為是無用的信息,給攝影測量作業人員帶來很多麻煩。例如在森林地區測圖還必須減掉樹高,因為,傳統的攝影測量都是以地形為準,所以它必須表達地形的等高線,當然今后還是這樣。但是大家可能并不知道,DSM同樣非常重要。它可以用于“變化檢測”,在森林地區,可以用于檢測森林的生長情況;在城區,DSM可以用于檢查城市的發展情況。特別是眾所周知的巡航導彈,它不僅需要數字地面模型,而更需要的是數字表面模型,這樣才有可能使巡航導彈在低空飛行過程中,逢山讓山,逢森林讓森林。但是,直至今天,數字表面模型始終沒有被認為是一個重要的產品或信息而被保留下來。
數字地面模型DEM是數字攝影測量的重要信息,它已被認為是一個產品。但到目前為止,DEM的數據格式的標準化等問題尚未統一,DEM尚未成為一個標準的產品進行銷售。這與美國相比,顯然我們要落后得多。
傳統的線劃圖無疑是攝影測量的重要產品。其信息可以直接進入GIS系統或各種CAD系統,為各種工程設計提供數據。除此之外,正射影像圖已經受到人們的重視,被視為快速成圖與更新的重要手段。但是按傳統的觀念,總認為線劃圖才是一種正式或正規的圖,而正射影像圖充其量似乎也只能是一種輔助圖種。這是由于長期的習慣所致,也是受到當時技術條件的限制。隨著技術的發展,這種習慣的看法必然會改變,正射影像圖會受到人們越來越多的重視。
總之,隨著數字攝影測量的發展,攝影測量產品的范圍比傳統的線劃圖要寬得多,我們必須對此有充分的思考與認識。
如何保持地理信息系統內容的現勢性、地圖的快速更新,顯然是地理信息產業最重要的問題之一。特別是在戰爭狀態下,信息的現勢性將尤為重要。當前最重要的快速更新手段,是利用各種航天、航空傳感器,所獲得的原始信息都是影像,而不可能直接獲得線劃地圖。其次,來觀察一下信息處理的手段。當前,影像與影像的配準已經得到比較圓滿的解決。它不僅僅可以解決同傳感器、同波段、同比例尺影像的配準,而且可以解決不同傳感器、不同波段、不同比例尺影像的配準,甚至可以解決不同時相影像的配準。特別是我們可以設想,若我們選取“正射影像”作為“基準”,將新獲取的原始的新影像與之配準,這樣,一經與“正射影像”配準的新影像,就能確定其外方位元素,利用已有的DEM進行正射糾正,新影像立即成為更新的正射影像圖。按此流程,既不要由外業做像控點,也不需要內業做空中三角測量。而且在上述過程中,除了需要對新、老影像配準結果作人機交互檢查外,對其它工序無須作任何人機交互的檢查,是全自動的,可以作批處理。可以想象,在已具有正射影像圖的情況下,其更新速度幾乎是可達到“準實時”水平的。
總之,由于數字攝影測量時代的到來,我們不能僅僅認為它是一個技術的進步,更重要的是,我們應該清醒地認識到它對我們的學科、生產、應用領域、以及它與其他學科的關系,都產生了深刻的影響并起了巨大的變化。就此而引起我們的重視與思考,采取相應的對策,才能引導我們的事業不斷地前進。
文章標題:對攝影測量的思考
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