[科普中国]-立体观测

基本概念

两个像机从相距一定距离的两点对同一目标进行摄影，产生的重叠图像，称立体像对，成为立体像对的 必要条件是像片的重叠度大于53%。将成为像对的两张遥感影像并排排列，如果左眼看左边的图像，右眼看右边的图像，就可以产生 目标物的立体视觉效果，这称为立体观测。

立体像对简称像对。从摄影基线两端点上摄取的具有重迭影像的一对像片。用肉眼或立体镜使左右眼分别观察左右像片，在眼基线平行于摄影基线的条件下，就能在重迭影像部分内看出具有与实物凹凸和远近上相同的光学立体模型。应用立体像对在立体测图仪上建立立体模型后，可以对所摄地区进行观测和绘制地形图。在立体观测下，立体像对有助于各种判读和提高同名点的辨认和转刺精度。

设备地面立体量测仪地面立体摄影测量中内业成图的仪器之一。摄影像对在仪器上定向后，可进行立体观测，通过传动机械在绘图桌上自动描绘地物和等高线。这类仪器只能处理正直摄影和等偏摄影像对。若配备“倾斜计算器”，还可处理等倾斜摄影像对。

立体坐标量测仪航空摄影测量中测量立体像对像点的相片平面坐标的仪器。由基座、相片盘、观测系统和照明系统等构成。使用时，像对安置在左右两相片盘上，定向操作后进行立体观测，即可测量出像点在左相片上的平面坐标和视差，经简单换算又可得出同名点在右相片上的平面坐标，用于计算像对相对定向元素，研究对象的变形观测，应用最多的是为解析空中三角测量室内加密测图控制点提供原始的观测数据。有普通型和精密型两类，普通型的测量精度一般为0.01mm，精密型的测量精度多为1～2μm。精密的立体坐标量测仪一般都可与坐标自动记录装置联用。

云立体观测模式
在卫星上对云进行立体观测，相机可采用单星观测模式和双星联合观测模式，而单星观测模式又可以进一步分为单星单相机画幅式观测模式、单星单相机三线阵探测器观测模式、单星多相机观测模式。

单星单相机画幅式观测模式相机沿着卫星飞行的方向，在满足测绘要求的重叠率的条件下，进行步进式画幅成像，相机两次曝光之间的时间为拍摄间隔，拍摄间隔决定了相邻图像的重叠率，测绘要求相邻图像的重叠率要达到60 %。在短的拍摄间隔内，相机对目标区域进行步进式拍摄，从而可获取重叠影像，相重叠的图像可构成立体像对，通过图像预处理与特征匹配，根据摄影测量学原理最终反演出云顶高度和垂直结构信息。

单星单相机三线阵探测器观测模式三线阵探测器观测目前主要应用于摄影测量，对地面等进行三维建模.将它用来探测云顶高，方法较为简单，并且减少了一些卫星参数带来的误差，所以用三线阵探测器观测模式探测云顶高是立体观测法探测云顶高中重要的一种方法。

该模式选取面阵器件中间的一行作为正视影像，边缘的两行作为前视影像以及后视影像，这样可使三条线阵成像时具备相同的镜头参数与一组具备刚性几何关系的内方位元素，同时大幅度的降低了系统的研制难度与整机重量，但是由于成像器件大小的限制，前视与后视光轴的夹角不会很大，限制了相机的基高比。

线性阵列在像平面上的位置、像元的间隔以及摄影机标定值己知，可以利用影像匹配的方法得到地面点在3条航线影像上的同名像点及其坐标，最后通过共线方程式，按照摄影测量前方交会公式计算得到相应地面点的坐标，从而可得到的高程信息。

单星多相机观测模式该模式通过单颗卫星互成一定夹角的两台或三台相机分别在轨道不同位置获取云顶目标的影像，其成像原理与三线阵探测器观测模式相同。其与单星单相机相比可以提高相机的基高比，但是技术复杂，工艺要求高，相机的数量要成倍的增加，需要的卫星资源也要成倍的增加。

双星联合观测模式该模式采用两颗卫星对云目标进行成像，获取立体像对。由两颗不同位置的气象卫星同时扫描得到目标的立体观测资料，由于视角的差异导致相同目标在不同卫星观测资料中出现视差偏移，利用这种视差偏移以及飞行器的位置可以得到与目标物理特征几乎无关的几何高度。Fujita利用立体观测中相同目标物的几何视角偏差计算云顶高度，王洪庆、吕胜辉等利用卫星—真云—投影云共线的事实以及卫星—投影云—真云之间的几何关系提出了一种新的云顶高度计算方法。Hasler、Seize、 Fujita以及王洪庆等针对上述不同的双星测高方法对测高误差进行了具体分析。

由于双星联合观测时间上的不同步（时间间隔可能较长），及不同卫星的各种参数的不同（观测精度、分辨率等的不统一），给云的观测带来许多问题，具体实现较为困难。1

地震立体观测系统地震立体观测系统是指由卫星、陆地、海洋和井下观测设备组成的综合观测系统，观测手段包括地震、电磁、形变等多种学科的常规观测手段，也包括近几年开发的新型观测设备。

以卫星为载体的空间对地观测可以克服地面观测站点覆盖不均、环境影响等缺点，可以实时或准实时获取大范围、连续的地球物理场信息，有望成为突破地震预报瓶颈的重要途径。

海洋探测对地震动力机理和孕震环境研究具有极其重要的意义。由于自然条件、海域归属权、军事政治等因素，全球海基地震观测方面都非常薄弱。尽管许多国家开发了海洋观测设备，也建立了一些测点，但与海洋在地球物理研究中的位置相比还远远不够，海洋地球物理探测以及海基观测技术开发仍处理大力发展中。

陆基观测是目前发展最成熟的一个环节。许多国家特别的发达国家建立了功能很强的观测网。经过几个五年计划的发展，我国建立了颇具规模的监测网络。基于现代信息技术、材料和加工技术，新型观测原理开发新型探测设备和技术将是未来陆基观测的主要发展内容。

井下观测是躲开地面各种干扰源，提高观测数据质量的有效途径，也是得到地下温度、应变等参量的直接手段。井下综合观测将利用一口井实现多种观测手段的综合观测。从20世纪70年代开始，日本广泛采用井下观测技术，开展井下测震以及钻孔应变、深井流体温度、气体、孔隙压等综合前兆观测。此外深井观测技术也是美国EARTHSCOPE计划的重要组成部分。我国早在上世纪80年代已经开展以井下测震为主题的井下地震观测。深井的综合观测、特定地区深井密集观测等方面是井下观测技术的发展方向。

我国的地震立体观测系统建设由于地震立体观测系统的复杂性，建立一套完整的系统在技术、资金等方面都存在一定的困难。目前只能各个突破，时机成熟时组网，形成立体观测系统。陆基观测除了现有观测网络外，新开发了精密可控人工震源系统、地震短临跟踪综合观测组网系统。具有动态组网观测能力的地震短临跟踪观测示范系统包括了流动压力观测仪、流动应力波观测仪、跨断层仪以及感应磁力仪，该系统为新特征的地震观测，传感器网络、虚拟台网等新的观测模式的发展提供了重要技术途径。以发射地震电磁卫星为标志的我国空间对地观测系统的建立已经进人了实质阶段，预计在不久的将来将会实施发射。在国家科技支撑计划课题的支持下，开发的井下综合观测包括多分量应变仪、倾斜仪、温度仪、地磁仪和宽频带地震仪。该系统的建立为探测近震源地下介质的物性、应力等，对于研究区域构造动力环境变化具有重要意义。2