[科普中国]-工程摄影测量

定义

工程摄影测量是指用于现代建筑、水利、铁路、公路、桥梁、隧道等工程建设的摄影测量。

工程摄影测量的研究范围随着科学技术与生产发展的需要，电子计算机的普遍应用，国外已经在许多学科领域应用非地形摄影测量来解决某些特定的问题。近年来，国内已有一些单位对这方面的研究也取得了可喜的成果。

在科学研究与生产实践中，有时需要知道所研究的对象或某物体的变化规律或其变化的轨迹，除需要知道其平面位置的变化外，有时还要研究其三维、四维空间的变化。对此，摄影测量就显出是一种迅速、精确、甚至是其它方法所无法替代的一种测量方法1。

非地形摄影测量已应用在建筑、考古、生物、医学、采矿、冶全、制造等方面，还有如海洋测绘、粒子运动以及航天技术也得到了应用1。

在工程与工业中的应用则有：建筑施工过程(现代大型予制构件的施工)利用地面立体摄影测旦方法检查建筑物的装配精度；以解析法的精密地面立体摄影测量测定工程建筑物与构筑物的变形；为提供某些设计参数，利用近景摄影测量方法在实验室内可以对各种模型试验进行测量；在船舶制造方面，应用地面摄影测量方法进行超级油轮的船体安装，大型断面维度与形状的检核、工艺过程的监视，船内管道布置的模型测量及螺旋桨的量测等；在汽车制造方面，车身模型尺寸的量测以及汽车与障碍物碰撞后的特性测定，轮胎变形测定等同样可以用摄影测量方法来解决；还有，在研究动态目标时，高速摄影加已成为研究高速流逝过程的一种重要测量手段。如应用在机械零件的火花加工，电工技术中的电弧焊接，飞机风洞试验，爆炸过程的监视以及冲击波特性的测试、传播速度的研究等1。

工程摄影测量的特点工程摄影测量的主要特点表现在：

1)象片信息丰富、容量大，显示能力客观、影象逼真，适用于不规则物体的外形测量。具有同步装置还可用于动态目标的测量1。

2)在工程摄影测量中，所涉及到的目标大小、摄影距离、精度要求、静态或动态等各方面不同，但只要合理地选择摄影仪器、摄影方法与布设控制点，就可以解决科研与生产工作中的若干复杂问题。

3)在许多工程、工业测量中，尤其是安全监视测量，往往希望能同时测定许多的点，以利于对问题的分析，而摄影测量的一个重要特点，就是能在瞬间摄取无数个点，这样就可在量测仪器上量测业计算出所需的大量的物点的空间坐标，这是传统的大地测量方法所不能做到的1。

4)摄影象片可长期保存，便于日后对成果的查核、比较和分析。

5)与传统的大地测量方法相比，可减少外业工作量，减轻劳动强度，提高经济效益1。

工程摄影测量的发展趋势根据目前国外的情况看，工程摄影测量的发展趋向大体表现在：

1)各种最测摄影机的发展和非量测摄影机的应用

对于设有框标、内方位元素为已知业且具有定向设备的量测摄影机是专为摄影测量而制造的，此类相机一般象幅较大，很适合于精密的地面立体摄影测量。为适应某些距离较远，同时精度要求又高的工程建筑物变形观测的需要，应采用较长焦距的量测摄影机。为此目地，国外有些厂家设计生产了一些长焦距的摄影机，如较早一点的有Wild厂的BC一4型弹道摄影机，近年来Zeiss 7ena厂设计生产的UMK20 (30) /1318全能摄影机。为适应动态摄影的需要，近年来不少厂家生产了各种类型的具有同步装置的立体摄影机1。

非量摄测影机，就是指不是专门为测量目的而设计制造的摄影机，如各种型号的普通照相机、电影摄影机及高速摄影机等。近年来，西德已应用带有格网板的“部分量测摄影机”Rolleiflex SLX1。

由于非量测摄影机具有价格低廉，市场上易于购买，并且容易适应各种摄影条件，灵活性较大，对精度要求较低、摄影距离较近的目标的摄影测量，非量测摄影机具有很大的发展潜力1。

2)应用数字电子计算机进行摄影测量的解析处理

使用数字电子计算机的解析法乃是工程摄影测量解算成果的主要方法，这是因为解析法解算成果的精度高，而且工程摄影测量所需要的成果常常只是若干不连续点的位置，而不是线划图。另一方面，采用多站交向摄影，尤其是应用非量测摄影机时，物镜畸变差大，只有应用解析法解算成果，才能获得满意的结果1。

3)解析测图仪的应用

解析测图仪是一种兼有模拟法与解析法的多功能测图仪。有关文献指出：“解析测图仪拥有立体坐标仪的所有优点，业且可以直接获得数字与图解输出，因此应视为首要的近景象片的处理方法。这种仪器的多功能性，可使摄影站的选择与图形更加自由，从而减轻了外业工作。如果能得到这种仪器，则可解决比较复杂的问题。”目前，国内已有引进的解析测图仪若干台，这为今后开展这方面的研究工作创造了很有利的条件。但在工程摄影测量方面如何发挥解析测图仪的作用，是一个值得研究与探讨的问题1。

4)多样的信息获得系统

关于信息的获得系统，除上述常规的以外，还可采用非常规成象系统。国际摄影测量与遥感协会((ISPRS)于1980年在西德汉堡召开的第十四届会议期问，第v委员会建议成立专门工作组来研究发展对非常规摄影测量极有前途的光学计量与扫描技术。非常规摄影测量包括：波纹摄影，X光摄影，电子微片摄影与扫描，全息摄影等。关于上述非常规成象系统的原理与应用在有关著作及国际摄影测量与遥感协会第十四届大会的论文集中均有详细论述1。

国标《工程摄影测量规范》简介该规范共分一七章三十三节，十一个附录。它们分别是：

第一章 总则 主要规定了规范制定的目的、用途和适用范围，强调内、外业仪器必须进行检校，以保证光、机、电性能漏足要求；同时规定了作业前、作业中及作业后应加强工序质量检查，编写好技术报告；其作业除按本规范执行外，未规定部分可按国家现行有关规范执行2。

第二章 控制测量 控制测量是航测内、外业的基础，针对工程摄影测量的特点，除测制大比例尺地形图外，还应用于建筑、工程和工业摄影侧量以及特种精密工程测量中，为反映出这种面广、多用途、多目的、多种精度指标的要求，规范作了相应的规定2。

第三章 航空摄影测量 在“工测规范”摄影测量的基础上，增加了航摄资料的验收、摄影处理、联机空中三角测量、正射影像图的制作、解析侧图仪侧图、数字化侧图及数控绘图、资料的提交与检查验收等内容。

为测制1：500一1：5000大比例尺地形图，规范除规定了一定量的像图比外，对航摄资料—飞行质量、摄影质量也作了规定。像片调绘，根据其作业地区的不同，规范规定了三种作业方法可供选择，同时规定：调绘建筑物应以建筑物影像为准，必要时才按要求改正房檐。

航测成图的方法，规范规定了可采用模拟测图仪测图、解析测图仪侧图、数字化测图；平地可采用像片平面图测图；像片图测图中，规范规定了建筑物比较稀少的平坦地区宜采用一带纠正成固定比例尺像片图的方法，而丘陵地以上高差较大的地区，宜用制作正射影像图的方法。

解析空中三角测量的联机空三作业，是规范拓宽了的内容，对于软件包、立体坐标量测仪联机空三作业、解析侧图仪空三加密作业，规范作出了相应规定2。

第四章 地面摄影测 地面摄影测量在原“工测规范”中只有一节，现在扩充至五节。在摄影站及像控点的布设中，对于摄影纵距的最大值、最小值以及基线长度的关系，摄影站及摄影基线的要求、像控点的布设与测定，规范作了相应的规定2。

第五章 数字地面模型 这是新制订的内容，规范就其一般的要求、数据获取、数据编辑、数据处理等作了相应规定。

数字地面模型的采样间隔或网格间隔，规范根据地形类别和比例尺的不同作了相应规定。在数模中还就1：10000和1： 50000两种比例尺间隔提出了要求，虽然它们已超越1： 500 ~1 ： 5000比例尺的范围，但出于对工程方案的辅助设计，以及进行可行性研究等，因此还是纳人到规范，具有实际意义。

规范还就“数模”的应用技术要求，如绘制等高线、纵横断面、不同比例尺的地形透视图等，提出了一些具体规定。

第六章 非地形摄影测量 非地形摄影测量纳入规范，在国内属首创。规范纳入了物方控制、摄影机检校、参数的测定、数据获取与数据处理、特殊摄影测量等内容2。

规范就非地形摄影测量的绝对精度和相对精度要求、仪器设备的要求，作出了较详细的规定。对于非地形摄影测量的摄影纵距（Y）当目标景深不大时，要求Ymax =3B(B为摄影基线)为宜，在任何情况下，

摄影纵距与基线长的关系应大于(1/2)ctg(β/2) (β为像场角)，目的在于建立一定的立体重叠。当交向摄影时，即基线和纵距不变、摄影比例尺不变时，规定出最佳交会角应近似于900，当采用多站交会时，规定出交会角宜在60。一90。之间。

在该章中，对摄影材料、摄影精度的预估如何调整或施工人员应作何施工。

应当指出，放样工具与测量工具有共同点，也有不同之处，目前有的国家研制的装有伺服电机的(由电脑控制)、可以自动寻找目标的仪器不久将投放市场，这可能使放样设备与测量设备在概念上发生分离2。

2。按放样工具对机助放样进行分类

传统的放样工具主要是皮尺、花杆、经纬仪、水准仪、激光指向仪等。用这些工具放样，其操作不能直接受计算机控制，其工作和偏离量的计算都必须借助干人工，由计算机控制人，通过人借助这些工具找出待标定的点位或线位；或对某一点，由人去测定其位置，并通知计算机，再由计算机告诉人应作何调整。从这里我们可以看到，用传统工具放样，计算机的控制作用只能到人，我们将这种放样称为第一类机助放样方法2。

另一类放样工具是各种电子测量设备，如电子经纬仪、电子水准仪、电子陀螺仪、全站仪等等。这些设备与放样控制计算机接通，可以根据测量反馈信息与标准信息比较，手动将仪器置于正确位置。这里数据采集和比较都是自动的，而调整仪器则必须通过人工手动，这种设备可以迅速获得偏差值并及时自动控制立镜人或施上者作出相应调整。我们将这种放样称为第二类机助放样方法2。

第三类放样工具是“受控全站仪”或 “测量机器人”一类设备。这类设备一旦输入点位数据，可以由计算机控制的伺服电机自动将仪器光轴安置在正确的方向上，并在测距仪上自动安置应有的斜距，然后自动用某种信号将持镜人引向正确的位置；或者，对于机器人类仪器，将直接自动向正确位置走去。例如由人或其它工具运载的C PS定位仪就可以通过不断显示偏差将人或运载装置引向给定的位置。用这类高度自动化的标定设备进行工作我们称之为第三类机助放样方法。

另外，任意点设站极坐标放样将成为今后放样工作的主要方法。本问题将在专门的文章中详细讨论2。

基本方法工程摄影是借助象片来记录、存贮信息，通常象片的处理方法可分为模拟法，解析法和模拟解析法3。

1模拟方法模拟方法即立体绘图方法，可以采用航空摄影测量的全能型仪器，如Wild厂的A10、AMU型，Zeiss厂的Topocart型及西德Zeiss厂PlanimatD2型等。亦可以采用专为地面摄影测量而设计的仪器，如Wi1dA40， Jena Zeiss Technacart及Zeiss Terragraph等。模拟方法可以绘制各种等值线图，但由于仪器本身的限制(如焦距、偏角、倾角等)，往往不能直接处理交向摄影和非量测相机摄影的象片。如果采用解析测图仪(如西德PlanicompC100 )，则不受上述条件的约束，但该仪器价格昂贵，难以普遍使用。

随着电子计算机的发展和普及，象片信息的处理除绘制线划图外，更多的是经过解析处理，获得高精度的、大量物方点的空间坐标。然后贮存入库，根据需要再随时调用3。

2解析方法解析方法即通过数学运算(通常是使用电子计算机)获得象片任意点的空间坐标，由于数据处理、资料应用和贮存愈来愈方便，且精度高，日趋自动化，故解析法是工程摄影中的主要方法。它包含两个内容：一是怎样解决同名象点光线相交建立无扭曲模型；其次是解决模型与地面系统联系问题。而解决的方法通常是应用共线方程或者共面方程，也有其他形式，如“时间基线视差测量(伪视差法)方法”。解析法用于工程摄影中大都讨论两个摄影站(即一个象对)或三个摄影站，但有时特殊情况下亦有多站摄影(如四站摄影，将四个摄影站作为一个整体考虑)的问题3。

3模拟解析法该法实际上是将前两种方法结合起来，为解决某些工程(如建筑模型)上的需要3。