《摄影测量基础知识》课件

摄影测量基础知识摄影测量是一门利用摄影技术获取地面目标的空间位置、形状和属性信息的学科。摄影测量技术在城市规划、资源调查、灾害监测等领域有着广泛的应用。概述11.引言介绍摄影测量学及其在现代社会中的重要地位。22.研究内容概述摄影测量学的基本概念、原理和技术，重点介绍数字摄影测量技术。33.研究方法主要采用文献研究、案例分析和实证研究等方法。44.研究意义为摄影测量技术在相关领域应用提供理论支撑和技术支持。摄影测量的定义和特点定义摄影测量利用摄影原理和技术，通过对目标物体进行摄影，获取图像信息，进而进行测量和分析。特点非接触式测量，效率高，成本低，适用于地形复杂、地表覆盖物较多的区域。优势能获取丰富的地形信息，包括地貌、植被、水体等。应用广泛应用于地形测绘、城市规划、资源调查、灾害监测等领域。摄影测量的应用领域城市规划与管理生成三维城市模型，用于城市规划、交通管理、环境监测等方面。矿山资源勘探绘制矿区地形图、三维模型，用于矿产资源勘探、开采和管理。基础设施建设生成高速公路、铁路、桥梁等基础设施的三维模型，用于设计、施工和维护。文物考古与保护生成考古遗址的三维模型，用于研究和保护历史文化遗产。摄影机的基本原理1光学成像镜头将外界景物投射到感光元件上。2光学透镜镜头由多组透镜组成，通过折射和反射光线。3感光元件将光信号转换为电信号，形成影像。4电子处理电信号经过处理，形成数字图像。摄影机利用光学透镜将外界景物投射到感光元件上，感光元件将光信号转换为电信号，经过电子处理后形成数字图像。通过控制镜头、感光元件和电子处理系统，摄影机可以记录不同场景、不同光照条件下的影像信息。照片的基本特性透视投影照片是真实世界在投影平面上的透视投影，存在几何畸变。几何关系照片上各点的坐标与对应地面点坐标存在严格的数学关系。比例尺照片上物体的大小与地面上物体的大小之比，随距离变化而变化。分辨率照片能够分辨的最小目标尺寸，由相机镜头、感光元件等决定。照片的坐标系统和几何关系照片坐标系统定义了照片上点的空间位置。常见的坐标系统包括像平面坐标系和摄影测量坐标系。几何关系描述了照片上点与地面点之间的对应关系。主要包括内方位元素和外方位元素。相机内部方位元素主点坐标(Xp,Yp)主点坐标是指摄影镜头光轴与像平面交点在像平面上的坐标，它是相机内部方位元素的重要参数。主点坐标决定了影像的中心位置，对影像的几何校正和配准至关重要。焦距(f)焦距是指从摄影镜头光心到像平面的距离，它是相机内部方位元素中最重要的参数之一。焦距决定了影像的尺度和分辨率，对影像的几何校正和三维重建具有决定性影响。相机外部方位元素相机位置外部方位元素描述了相机在拍摄时刻相对于地面坐标系的位置，通常用三个坐标值来表示。相机姿态相机姿态表示了相机在空间中的方向，用三个角度来描述，例如俯仰角、横滚角和方位角。外部方位元素的重要性准确的外部方位元素是进行摄影测量数据处理和三维重建的关键，直接影响着模型的精度和真实性。内方位和外方位的确定内方位元素的确定内方位元素包括焦距、主点坐标和像主线方向。可以通过相机标定来确定这些参数。外方位元素的确定外方位元素包括相机在拍摄时的位置和姿态，可以使用地面控制点进行计算。测量方法直接测量法间接测量法联合测量法精度内方位和外方位的精度直接影响摄影测量成果的精度。物方坐标的测量方法描述直接测量使用经纬仪、全站仪等测量仪器直接测量目标点坐标。间接测量通过摄影测量技术，利用照片上的像点坐标和相机参数计算物方坐标。直接测量方法精度高，但工作量大，效率低。间接测量方法精度相对较低，但效率高，适合大范围区域的测量。数字摄影测量技术11.数字化传统摄影测量使用胶片，数字摄影测量则使用数字相机或扫描仪采集图像。22.自动化数字摄影测量技术利用计算机对图像进行处理和分析，自动化程度更高，效率更高。33.精度更高数字摄影测量技术可以获得更高精度的三维模型和数据。44.灵活多样数字摄影测量技术应用范围更广，可用于多种领域，如城市规划、灾害监测等。数字摄影测量数据获取1影像获取利用航空相机、地面相机或无人机等设备拍摄目标区域影像。2数据处理对拍摄的影像进行几何校正、拼接、镶嵌等处理，生成正射影像、数字表面模型等。3数据格式转换将处理后的影像数据转换为地理信息系统(GIS)可识别的格式，方便后续分析应用。4数据存储将获取的数字摄影测量数据存储在数据库或数据仓库中，便于管理和访问。数字摄影测量数据获取是整个摄影测量工作流程的重要环节，它直接影响后续数据处理和分析的准确性和可靠性。数字正射影像生成1几何校正消除影像几何畸变，获取真实地物位置信息。2影像拼接将多个影像拼接成完整的正射影像。3影像镶嵌将正射影像与其他地理信息数据进行整合，形成完整的地理信息系统。数字表面模型建立1数据准备首先需要准备经过处理的数字影像数据2影像匹配通过匹配影像中的相同特征点来确定影像间的几何关系3三维重建根据影像匹配结果，利用三角测量原理重建三维空间4模型生成最终生成包含地表高度信息的数字表面模型数字表面模型的建立过程主要包括数据准备、影像匹配、三维重建和模型生成四个步骤。通过这些步骤，可以获得精确的地形数据，为城市规划、工程建设、灾害监测等提供基础数据支持。三维重建技术数字表面模型(DSM)从多个角度获取影像，生成详细的表面模型，可用于地形分析、虚拟现实和城市规划。点云密集的点集，记录了场景中每个点的空间坐标和颜色信息，可以用于生成三维模型、测量距离和分析场景特征。摄影测量利用多幅影像获取目标物的几何信息，重建三维模型，在建筑、文物保护和景观设计等领域应用广泛。三维扫描利用扫描设备获取物体的三维信息，用于产品设计、逆向工程和文物数字化等领域，可以快速、精确地重建物体形状。微地形信息提取定义微地形信息提取是从摄影测量数据中提取地表微地形的详细信息。包括地表起伏、坡度、坡向、沟壑、山脊等。方法常用的方法包括数字表面模型（DSM）分析、地形特征识别、三维模型分析。利用这些方法可以精确地提取地表微地形信息。应用微地形信息在工程建设、环境监测、灾害评估等领域有着重要的应用。例如，帮助规划道路、分析土壤侵蚀、评估洪水风险。UAV遥感技术应用城市规划和管理无人机遥感技术可用于获取城市三维模型，帮助城市规划和管理，例如城市道路规划、基础设施建设等。森林资源监测无人机可以快速、高效地获取森林资源信息，如森林覆盖率、树木生长状况等，帮助森林管理人员进行森林资源监测和保护。农业生产管理无人机可用于农田病虫害监测、施肥管理、作物生长监测等，提高农业生产效率和效益。灾害应急救援无人机可用于灾害现场勘查、人员搜救、物资运送等，提高灾害应急救援效率。无人机航测系统组成无人机平台无人机平台是系统核心，负责搭载传感器并完成飞行任务。传感器传感器负责收集数据，常见的有相机、激光扫描仪和多光谱传感器。地面控制系统地面控制系统负责规划航线、控制无人机飞行、采集数据和进行数据处理。数据处理软件数据处理软件用于对采集的数据进行处理，生成影像、模型等成果。无人机航测数据处理1数据预处理去除噪声和畸变2影像拼接生成完整影像3几何校正消除几何误差4正射影像生成生成正射影像5三维模型构建构建数字表面模型无人机航测数据处理是一个复杂的过程，需要进行一系列的步骤。首先，需要对原始数据进行预处理，去除噪声和畸变。然后，需要将所有影像拼接在一起，生成完整的影像。接下来，需要进行几何校正，消除几何误差。最后，需要生成正射影像和三维模型。无人机航测应用案例无人机航测在多个领域发挥着重要作用，如城市规划、道路建设、灾害监测、农业管理等。通过无人机拍摄的高清影像数据，可以进行三维模型重建，帮助决策者更直观地了解地形地貌、进行规划设计。无人机航测还可以应用于文物保护、考古调查、森林资源监测等领域，为相关研究提供精确的影像资料和数据分析。摄影测量发展趋势技术融合摄影测量与其他技术不断融合，例如计算机视觉、人工智能、深度学习等。例如，无人机航测技术的快速发展，将摄影测量技术应用于更广泛的领域。智能化自动化和智能化成为摄影测量发展趋势，例如自动目标识别、自动模型构建、自动数据处理等。应用拓展摄影测量应用领域不断拓展，例如三维城市建模、文物保护、自然灾害监测、精准农业等。高精度摄影测量技术精度不断提高，例如更高分辨率的图像获取、更精确的模型构建和更准确的测量结果。摄影测量的优势11.高效性摄影测量能够快速获取大量数据,提高效率。22.精度高摄影测量技术具有高精度,能够精确地测量物体的大小和位置。33.成本低相对于传统测量方法,摄影测量成本更低。44.安全性强在危险或难以到达的区域,摄影测量方法更安全。摄影测量的局限性地形限制山区、森林等复杂地形会影响摄影测量精度，增加数据采集难度。天气影响阴雨天、雾霾等天气会降低图像质量，影响摄影测量结果。遮挡影响建筑物、树木等遮挡物会影响目标物体的观测，导致信息缺失。精度误差摄影测量技术存在一定的精度误差，需要进行严格的误差分析和校正。摄影测量与GIS的融合空间数据融合摄影测量提供高精度几何信息，GIS提供丰富的属性数据，融合可以创建更完整的地图。三维建模将摄影测量获取的三维模型与GIS数据结合，可以创建更逼真的三维场景。城市规划与管理融合后的数据可以用于城市规划、交通管理、基础设施建设等。环境监测与保护用于监测环境变化、灾害评估、自然资源管理等，助力可持续发展。摄影测量与遥感的关系数据来源摄影测量主要利用地面摄影机获取图像，而遥感则通过航空或卫星传感器获取图像。空间分辨率摄影测量图像的空间分辨率通常较高，而遥感图像的空间分辨率相对较低。应用领域摄影测量主要用于地形测绘和城市规划，而遥感则应用于地质勘探、环境监测等领域。技术融合近年来，摄影测量和遥感技术逐渐融合，形成新的应用领域，如三维重建、数字表面模型等。摄影测量技术标准化国际标准化国际标准化组织(ISO)制定了摄影测量和遥感的相关标准，确保数据的互操作性和质量。这些标准涵盖了数据格式、精度要求、质量控制等方面，促进全球范围内的合作和数据共享。国家标准化每个国家也制定了各自的摄影测量技术标准，以适应本地需求和环境特点。这些标准包括数据采集、处理、应用等各个环节，保证国内摄影测量项目的规范性和一致性。摄影测量的应用前景城市三维模型摄影测量可以构建精细的城市三维模型，用于城市规划、管理和灾害评估。地质灾害监测摄影测量可用于监测滑坡、泥石流等地质灾害，并预测潜在风险。考古遗址保护摄影测量可用于记录和保护考古遗址，提供详细的文物信息和三维模型。工程建设摄影测量可用于工程建设的测量、监测和进度管理，提高效率和精度。摄影测量的未来展望人工智能与机器学习人工智能与机器学习将进一步提升摄影测量的效率和精度，实现自动化数据处理和分析。三维模型重建三维模型重建技术将更加成熟，