航空攝影測量的基礎知識

發布日期：2018-03-22 00:00 瀏覽量：24507

　　一、航空攝影

　　定義：空中攝影是利用飛機或其它飛行器（如氣球、人造衛星和宇宙飛船等），在其上裝載專門的攝影機對地面進行攝影而獲得像片，其中用飛機進行空中攝影的叫航空攝影。航空攝影具有以下優點：
　　（1）可以居高臨下地觀察；
　?。?）航片能把觀察到的各種地面特征在同一時間里客觀地記錄下來；
　?。?）記錄動態現象；
　　（4）航片是現狀的永久性記錄，且有充裕時間來仔細研究，可將外業現場搬至室內探討；
　?。?）提高空間分辨率。

　　1、攝影方式

　　按攝影機鏡頭主光軸的方位不同，攝影方式分為垂直攝影和傾斜攝影兩種。鏡頭主光軸處于鉛垂位置的攝影稱為垂直攝影，實際上，很難控制攝影機主光軸的鉛垂，常含有微小的傾斜角，只要傾角小于2度都稱之為垂直攝影。鏡頭主光軸偏離鉛垂直位置的傾斜角大于2度時就稱之為傾斜攝影。

　　2、對航空像片的要求

　　（1）影像呈像清晰、色調一致、反差適中。
　　（2）一條航線上相鄰兩張像片應有一定的重疊影像，一般要求55%-65%的重疊度。相鄰航線之間的影像重疊，稱為旁向重疊，要求有30%左右的重疊度。
　?。?）航攝像片傾斜角應越小越好，一般不應大于2度，個別最大傾斜角不應超過3度。
　?。?）航線彎曲最大偏離值與航線全長之比不大于3%。
　　3、像片比例尺
　　像片上某兩點間的距離與地面上相應兩點的水平距離之比，叫像片比例尺。通常用表示：
　　

攝影鏡頭的焦距； *

鏡頭中心相對于地面的高度，稱為相對航高。
　　由于各種因素的綜合影響，蛇形時飛機不可能始終保持同樣的高度，地面也總有起伏，航高并不一致，因而像片上各部分的比例尺亦是不一致的。

　　二、航空攝影的投影方式

　　1、中心投影：空間任意一點M 與一固定點S的連線（或其延長線）被一給定的平面P所截時，則此直線與平面的交點m，就叫做M點的中心投影。M 點稱物點，S點稱投影中心，m點為點M的像。MS為投影光線，P為投影面。按中心投影定義知：物點M、像點m和投影中心S這三點是共線的。位置關系如圖：

　　m點位于M點和S點之間 M點位于m點和S點之間 S點位于M點和m點之間。
　　前兩種情況得到的影像叫陽位像，第三種情況叫陰位像。攝影時物鏡中心就是投影中心；攝影底片就是投影面，攝影影像就是被攝地面的中心投影。
　　2、中心投影成像規律

　　三、航空像片上的特征點和線

　　P為傾斜像面，S為鏡頭中心，P0為過S的水平面，P0與P所夾的二面角α是像片傾斜角。
　　像主點（o）：航空攝影機主光軸SO與像面的交點，稱為像主點。
　　像底點（n）：通過鏡頭中心S的地面鉛垂線（主垂線）與像面的交點，稱為像底點。
　　等角點（c）：主光軸與主垂線的夾角是像片傾斜角α，像片傾角的平分線與像面的交點稱為等角點。當地面平坦時，只有以等角點為頂點的方向角，才是地面與像片上對應相等的角度。
　　主縱線與主橫線：包括主垂線與主光軸的平面稱為主垂面，主垂面與像面的交線VV稱為主縱線，它在像片上是通過像主點和像底點的直線。與主縱線垂直且通過像主點的h0h0稱為主橫線。主縱線與主橫線構成像片上的直角坐標軸。
　　等比線：通過等角點且垂直于主縱線的直線hch0稱為等比線。在等比線上比例尺不變。在水平像片上，像主點、像底點和等角點重合，主橫線和等比線重合于交點o上。

　　四、像片傾斜引起的像點位移

　　若航空攝影時，像面未能保持水平，將因投影面傾斜，而使像的位置發生變化，這就是因像片傾斜引起的像點位移。當傾斜角很小時，這種誤差是不易觀察出來的。
　　P0與P為同一攝影站的水平像片和傾斜像片，地面上任意點A在水平像片和傾斜像片的像點分別為a0和a，c為等角點，hchc為等比線。為研究像點a的位移，假設將像面P0以等比線為軸旋轉α角，使之與P重合，便可看出a與a0不重合，設αa0=δa，ca=rc，因像片傾斜所產生的像點位移δα，可用下式表示：

　　式中：rc（向徑）為傾斜像片上像點到等角點的距離，φ為等比線與像點向徑之間夾角；α為像片傾斜角；f為航攝機焦距。
　　根據上述，可得出傾斜誤差的幾點規律：
　　(1)斜誤差的方向是在像點與等角點的連線上。
　　(2)傾斜誤差與像點距等角點距離的平方成正比。
　　(3)當φ=0°或φ=180°，δα=0，即在等比線上的像點不因像片傾斜而產生位移。
　　(4)當φ=90°或φ=270°時，｜sinφ｜=1，即在主縱線上像點傾斜誤差最大。
　　(5)當φ角在0—180°之間，像點向著等角方向移動；當φ角在180—360°之間，像點背著等角點方向外移動。因此，水平像片上的矩形圖形，在傾斜像片上則變為梯形。它以等比線為界，包含像主點部分，圖形變小；包含像底點部分，圖形變大。

　　五、地面起伏引起的像點位移

　　高于地面的煙囪、水塔、電桿等豎直物體，在地形圖上的位置為一點，但在航片上的影像則往往不是一點，而是一條小線段。同理，當地面點高于或低于基準面時，在像片上，其影像雖是一點，但與其在基準面上垂直投影的點的影像相比，卻產生了一段直線位移,這種像點為一稱為投影誤差。通常以測區地面的平均高稱為航高起算面，也即基準面。投影誤差分為因地形起伏引起的像點位移稱為像片投影差核對應在地面部分為地面投影差。
　　地形起伏引起的像點位移的規律：
　　(1)地面起伏所產生的投影誤差在像點與像底點的連線上；
　　(2)投影誤差與像點到像底點的距離成正比；
　　(3)像底點不產生投影誤差；
　　(4)地面高低起伏愈大，投影誤差愈大；
　　(5)航高愈大，投影誤差愈小。