摄影测量与遥感-自学手册

摄影测量与遥感第一章摄影测量与遥感概述第二章摄影测量基础第三章遥感基础第四章摄影测量与遥感处理系统第五章野外像片调绘与像片控制测量第六章基于摄影测量与遥感的4D产品生《摄影测量与遥感》自学大纲通过本课程的学习，学生能够对摄影测量与遥感有总体的认识。了解摄影测量和遥感的历史和趋势，掌握相关概念。掌握摄影测量与遥感的原理，利用遥感和摄影测量的技术手段获得4D产品，掌握摄影测量与遥感的野外和室内处理流程和要点。具体如下：第一章摄影测量与遥感概述摄影测量的任务、分类和发展；遥感及其发展；摄影测量与遥感的结合。第二章摄影测量基础单张航摄像片解析；像点坐标的量测；立体测图的原理与方法；摄影测量解析计算基础；数字摄影测量基础第三章遥感基础遥感的基础知识；遥感图像特征；常用卫星遥感简介；遥感图像的解译第四章摄影测量与遥感处理系统数字摄影测量系统；遥感数字图像处理系统；机载LIDAR和车载移动测图系统第五章野外像片调绘与像片控制测量野外像片调绘；像片控制测量第六章基于摄影测量与遥感的4D产品生产4D产品生产的数据流；解析空中三角测量；数字高程模型；数字正射影像图；数字线划地图；数字栅格地图第一章摄影测量与遥感概述本章重点：1、 理解摄影测量的概念、特点和任务2、 掌握摄影测量的类别和发展历程3、 掌握遥感概念、类别和发展历程4、 掌握摄影测量技术与遥感技术的相辅相成的关系和相互促进技术特点参考书：1、 梅安新，彭望渌，秦其明.2005.遥感导论[M].北京：高等教育出版社.2、 张剑清，潘励，王树根.2008.摄影测量学（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社.3、 国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§1.1摄影测量概述一、 学习提要1、 摄影测量的任务2、 摄影测量的类型3、 摄影测量的发展历程二、 思考题1、 什么是摄影测量？P1022、 摄影测量的任务是什么？P1023、 摄影测量有哪几种分类方式，分别可分为哪些类别？P1024、 摄影测量经历了哪三个发展历程？其特点是什么？P1035、 数字摄影测量与传统摄影测量的根本区别是什么？P103（1）产品是数字化的；（2）以计算机视觉替代人眼的立体观测。§1.2遥感及其发展一、 学习提要1、 遥感的概念和系统组成2、 遥感的类型3、 遥感的发展历程二、 思考题1、 什么是遥感？P1032、 遥感技术系统有哪几部分组成？遥感信息源；空间信息获取（传感器部分）；遥感数据传输与接收；遥感图像处理；遥感信息分析与应用。3、 遥感的类型有哪几种，请举例说明具体的类别？P1034、 遥感经历了哪些发展历程？不同的发展历程具有什么样的特点？无记录地面遥感（望远镜）；有记录地面遥感（相机）；有记录低空遥感（气球和飞机）；1957年后的航天遥感（卫星）。5、 中国遥感事业的成就表现在哪些地方？请举例说明。较早发射卫星；气象、环境和灾害卫星的成果应用；神舟飞船和嫦娥计划。6、 遥感与遥测、遥控的区别和联系是什么？利用传感器记录、处理和应用；远距离测量；远距离控制。7、 遥感的特点有哪些？大面积同步观测；时效性强（及时和重复观测）；一定的局限性（信息不丰富，结果一般）；数据的综合性与可比性好；较高的经济与社会效应。§1.3摄影测量与遥感的结合一、学习提要1、 摄影测量对遥感发展的推动技术2、 遥感对摄影测量发展的意义3、 摄影测量与遥感结合的技术二、思考题1、 摄影测量对遥感的发展在技术方面有哪些基础和推动？请举例说明之高精度几何定位和几何纠正；影像匹配理论用来遥感图像的融合。（匹配是图像中寻找与基准图像（模板）特征相似或相同的区域；配准是指两幅图像坐标位置对准。）2、 摄影测量与遥感结合的新技术有哪些？请举例介绍DEM、地形测量数据库和专题图数据库作提高分类精度；DEM和遥感影像的叠加，构成真实三维场景等。3、 摄影测量与遥感的综合定义是什么？P104第二章摄影测量基础本章重点：1、 掌握单张航摄像片的特点和解析原理2、 掌握像点坐标的量测方法和误差改正3、 掌握立体测图的原理和处理方法4、 掌握摄影测量解析计算原理5、 重点掌握数字摄影测量的原理和实现方法参考书：1、张剑清，潘励，王树根.2008.摄影测量学（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社2、国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§2.1单张航摄像片解析一、 学习提要1、 航摄像片与地图的区别2、 像片倾斜引起的像点位移3、 地面起伏引起的投影差4、 航摄像片的内、外方位元素5、 中心投影的共线方程二、 思考题1、 简述航摄像片与地图的区别和联系？投影方式不同，航摄像片是中心投影；地图是正射投影。2、 什么是像点位移，如何处理这个问题？航摄像片有倾角或地面有高差时，像片产生变形的现象。可采用像片纠正的方式进行处理。3、 什么是投影差，如何解决这个问题？由于地球表面起伏所引起的像点位移称谓像片上的投影差。像片纠正，选择长焦距摄影机可有效减小其影响。4、 航摄像片的内方位元素有哪些？具体含义是什么？确定摄影机的镜头中心相对于影像位置关系的参数。共有三个参数，分别是摄影中心到像片的垂距f、像主点在像片框标坐标系中的坐标(x0,y0)。5、 航摄像片的外方位元素有哪些？如何确定？确定影像或摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。共有六个参数，其中3个是线元素，用于描述摄影中心相对于物方空间坐标系的位置(Xs，Ys，Zs)；三个角元素，用来描述影像面在摄影瞬间的空中姿态。6、 参考书1，P39的第3题。中心投影的构像方程就是共线方程，即在摄影成像过程中，摄影中心、像点及其对应的地面点三点位于一条直线上。它是各种摄影测量处理方法的理论基础，如单像空间后方交会、双像空间前方交会以及光束法区域网平差等。§2.2像点坐标的测量一、 学习提要1、 像平面坐标系的定义2、 像点坐标的量测3、 像点坐标系的系统误差改正二、 思考题1、 解释像平面坐标系的含义。影像平面内的直角坐标系，用以表示像点在像平面上的位置。常用的有两种，分别是像片框标坐标系和以像主点为原点的坐标系。2、 像点坐标的量测方法有哪些？（1）作业员在计算机屏幕上直接进行；（2）对于左右影像上的同名像点，通过立体影像匹配的方法进行自动量测。3、 像点坐标系的系统误差有哪些？一般如何改正？摄影材料的变形、摄影物镜畸变、大气折光以及地球曲率等因素引起，这些误差对每张像片的影响有才目同的规律，是系统误差。摄影材料的变形引起的误差可通过量测框标坐标或量测框标距来改正；其他因素造成的误差有才目关改正公式进行处理。§2.3立体测图的原理与方法一、 学习提要1、 立体测图原理2、 像对的立体观测方法3、 像对的立体测图方法4、 地物与地貌的测绘二、 思考题1、 什么是立体效应？立体观察需要满足哪些条件？利用相邻像片所组成的像对进行双眼观察时，得到的立体与实物相似。要满足四个条件：（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；（2）每只眼睛必须只能观察像对中的一张像片；（3）两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线大致平行；（4）两像片的比例尺应相近，否则需要进行调节。2、 像对的立体观测方法有哪些？请举例说明其大体过程。立体镜观测法（直接或调焦）；叠映影像的立体观测法（影像叠映后分别观测）；双目镜观测光路的立体观测法（分开观测光路，可处理的更方便调节）。3、 像对的立体测图方法有哪几种？目前常用的立体测图方法是什么？简述常用方法的过程。模拟法立体测图；解析法立体测图；数字化立体测图。目前基本都采用数字化立体测图。大体过程如下：（1）资料准备，包括控制点、影像和处理软件；（2）模型定向，包括内定向、相对定向和绝对定向；（3）立体测图，一般有测图范围、测量控制点、测绘地物、测绘地貌、检查和接边。4、 如何实现对地物和地貌的立体测图？数字化立体测图。对地物来说，参照调绘片，根据立体模型判读采集，测标中心应始终切准地物外轮廓和定位点，依比例尺的地物应切准地物的外轮廓线，半依比例尺的地物应切准地物的中心线，沿着依比例尺的长度测绘，不依比例尺的应切准地物的中心位置采集，做到不变形，不移位、不遗漏。地貌采集由等高线描绘配合地貌符号和高程注记点三个部分组成。5、 4G产品是指哪些？数字线划地图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字栅格地图（DRG）§2.4摄影测量解析计算基础一、 学习提要1、 单张像片的空间后方交会2、 立体像对的空间前方交会3、 相对定向与绝对定向二、 思考题1、 基于立体像对的解析摄影测量含义是什么？解析方法有哪些？利用解析计算的方法处理影像信息，从而获得地面的基础空间信息。常用的方法有：（1）利用像片的空间后方交会与前方交会来求解地面目标的空间坐标；（2）利用立体像对的内在几何关系，通过相对定向和绝对定向，求得地面目标的空间坐标；（3）利用光束法双像解析摄影测量来整体求解像片的外方位元素和地面目标的空间坐标。2、 参考书1，P39的第5题。根据像片的内方位元素和像片覆盖范围内若干个的已知地面坐标和相应点的像坐标量测值出发，利用共线方程，求得像片的6个外方位元素的过程称为单张像片的空间后方交会。需要3个以上的控制点。4、 什么是立体像对？从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对像片。5、 立体像对的空间前方交会过程是如何实现的？（1）相邻摄站点对地面进行摄影，获得一个立体像对；（2）获得地面任意一点在两张像片上的像片坐标；（3）两张像片的内外方位元素获取；（4）利用共线方程解析计算出该点在物方空间坐标系中的坐标。7、相对定向和绝对定向的含义是什么？其相互关系是什么？确定两张影像相对位置关系的过程叫相对定向；确定相对定向获得的立体模型在地面测量坐标系中的正确位置过程叫绝对定向。结合两个定向，可获得像片中地面目标的绝对空间坐标。§2.5数字摄影测量基础一、 学习提要1、 影像数字化和重采样2、 影像的内定向3、 基于灰度的影像匹配4、 基于核线的一维影像匹配5、 基于特征的影像匹配二、 思考题1、 影像是如何实现数字化的？包括采样和量化。每隔一个间隔读一个点的灰度值称为采样；用数值来表示图像的灰度称为量化。2、 为什么要对影像进行重采样？重采样的方法有哪些？在原样的基础上再进行一次采样称为重采样。对图像进行几何处理时，由于像素位置变化需要重新进行采样，如旋转、纠正等。3、 影像的内定向流程是什么？从扫描坐标转换到像片坐标的过程称为影像的内定向。4、影像匹配有什么意义？匹配方法有哪些？确定左右像片同名像点的过程叫影像匹配。它是全数字化摄影测量的核心。匹配方法有基于灰度的影像匹配、基于核线的影像匹配、基于特征的影像匹配。6、介绍基于特征的影像匹配的基本思想（1）用某种特征提取算子提取影像中的特征；（2）对所提取的特征进行参数描述；（3）以特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，获得同名像点。第三章遥感基础本章重点：1、 掌握遥感概念和遥感的物理基础2、 掌握常用的遥感图像，了解遥感的技术系统类型3、 掌握遥感图像特征4、 重点掌握遥感解译标志和解译过程参考书：1、 梅安新，彭望渌，秦其明.2005.遥感导论[M].北京：高等教育出版社.2、 孙家柄.2005.遥感原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社.3、 国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§3.1遥感基础知识一、学习提要1、 电磁波谱与电磁辐射（参考书1，P14、30）2、 遥感图像的辐射定标与大气校正（参考书1，P95）3、 地物波谱特性（参考书1，P33）二、思考题1、 常用的波谱区间有哪些？2、 什么是大气窗口，它在遥感中有什么作用？3、 常用的地物波谱特征有哪些？请举例说明？4、 为什么要对遥感图像进行辐射校正？5、 什么是电磁波谱？§3.2遥感图像特征一、 学习提要（参考书1，P80）1、 空间分辨率2、 光谱分辨率3、 时间分辨率二、 思考题1、 什么是图像的空间分辨率？2、 什么是图像的光谱分辨率？有什么意义？3、 图像的时间分辨率在哪些领域有应用，请举例。4、 遥感图像特征的评定指标有哪些？§3.3常用卫星遥感简介一、 学习提要（参考书3,P117）1、 卫星分辨率与成图比例尺的关系2、 常用卫星及其传感器简介二、 思考题1、 举例说明常用的3种卫星图像及其可成图的比例尺。2、 我国目前主要的民用卫星有哪些？3、 SPOT-5卫星的传感器有几个？其相关性能如何？4、 Quickbird卫星是哪个国家研发的，其性能如何？§3.4遥感图像的解译一、 学习提要1、 遥感图像解译的任务（参考书3,P118）2、 遥感图像的解译标志（参考书1，P135,P149）3、 遥感图像的目视解译（参考书1，P171）二、 思考题1、 参考书1，P186，第1、3题2、 遥感图像的目视解译原则是什么？3、 遥感图像的解译标志有哪些？请举例说明4、 从遥感图像中，我们可以得到哪几种信息？5、 热红外图像的解译标注有哪些特点？请列举说明。第四章摄影测量与遥感处理系统本章重点：1、 了解目前常用的数字摄影测量系统2、 掌握数字摄影测量系统的主要功能3、 掌握遥感数字图像中的辐射处理和几何处理相关概念和基本原理4、 掌握遥感图像融合的概念、融合层次和常用的融合方法原理5、 重点掌握遥感图像的自动识别分类流程、分类方法及原理6、 掌握遥感图像处理系统的组成和基本功能7、 掌握机载LIDAR系统和车载移动测图系统的概念、原理、特点、功能和适用对象参考书：1、 张剑清，潘励，王树根.2008.摄影测量学（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社2、 梅安新，彭望渌，秦其明.2005.遥感导论[M].北京：高等教育出版社.3、 国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§4.1数字摄影测量系统一、学习提要1、 数字摄影测量系统的主要功能（参考书1,P197）2、 常用数字摄影测量系统简介（参考书1,P202）二、思考题1、 数字摄影测量系统的主要硬件组成是什么？2、 数字摄影测量系统的主要软件组成是什么？有哪些功能？3、 VirtuoZo和JX-4C数字摄影测量系统的主要功能模块有哪些？§4.2遥感数字图像处理系统一、学习提要1、 遥感数字图像处理概述（参考书2,P84）2、 遥感图像的辐射处理（参考书2,P112）3、 遥感图像的几何处理（参考书2，P103）4、 图像间的自动配准与数字镶嵌（参考书2,P103；参考书3,P126）5、 多源遥感数据的融合（参考书2,P127）6、 遥感图像的自动识别分类（参考书2,P193）7、 遥感数字图像处理系统概要（参考书3,P128）二、思考题1、 参考书2,P132的第8题2、 参考书2,P224的第2题3、 简述遥感图像的几何纠正过程。4、 参考书2,P132的第9题5、 参考书2,P132的第10题6、 参考书2,P132的第15题§4.3机载LIDAR和车载移动测图系统一、学习提要1、 机载LIDAR系统（参考书3,P128）2、 车载移动测图系统（参考书3,P129）二、思考题1、 机载LIDAR系统的系统组成有哪些？2、 机载LIDAR系统获取数据有哪些优势？3、 举例说明机载LIDAR系统的应用领域。4、 车载移动测图系统的系统组成有哪些？5、 举例说明车载移动测图系统的应用领域。第五章野外像片调绘与像片控制测量本章重点：1、 了解像片调绘的基本概念和知识2、 掌握像片判读特征和判读方法3、 掌握像片调绘的基本作业流程4、 重点掌握野外像片控制点的布线方案、控制点选择和施测参考书：1、 邹晓军.2008.摄影测量基础四.郑州：黄河水利出版社.2、 国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§5.1野外像片调绘一、 学习提要1、 野外像片调绘：包括像片判读特征与判读方法、像片调绘的基本知识、主要地形目标的调绘、调绘像片的整饰与接边和新增地物的补测。2、 像片控制测量：重点包括野外像片控制点的布点方案、野外控制点的选择、野外控制点的编号、整饰和注记、野外像片控制点的施测。二、 思考题1、 像片的判读特征有哪些？2、 像片的判读方法有哪些？请简述其过程。3、 像片调绘的基本作业流程是什么？4、 调绘像片的整饰和接边应注意的事项有哪些？5、 如何确定补测中新增地物的位置？§5.2野外像片调绘一、学习提要1、 野外像片控制点的布点方案：包括全野外、非野外和特殊情况的布点方案2、 野外控制点的选择3、 野外控制点的编号、整饰和注记4、 野外像片控制点的施测二、思考题1、 简述野外像片控制点的布点方案2、 野外控制点的选择有哪些要求？3、 野外像片控制点的施测内容有哪些？有哪些要求？第六章基于摄影测量与遥感的4D产品生产本章重点：1、 掌握4D产品的概念和要求2、 掌握解析空中三角测量原理3、 重点掌握4D产品表达方式、数据采集和处理流程、制作要求参考书：1、 张剑清，潘励，王树根.2008.摄影测量学（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社.2、 国家测绘局职业技能鉴定指导中心.2010.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社.§6.14D产品生产的数据流一、学习提要1、 4D产品的概念2、 4D产品生产的数据流程3、 4D产品的相关规范和要求二、思考