[摄影测量技术与测量机器人技术的各自优缺点.doc

摄影测量技术的工作原理 以变形监测为例 说明摄影测量技术与测量机器人技术的各自优缺点 探讨其协同工作的原理和方法 摄影测量技术与测量机器人技术的探讨比较 龚伟 周君豫 唐致发 范旭烊 陈嘉瑞 刘邦燚 李燚 赖亮 摄影测量技术的工作原理 摄影测量学有二百多年的历史了。最初叫图形量学（或译作量影术）。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础——透视几何理论。1839年，法国报到了摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达以后，摄影测量学被称为航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天摄影测量。 通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。 随着航天技术、通信技术和信息技术的飞速发展, 人们将可以从各种航天、近空间、航空和地面平台上用紫外、可见光、红外、微波、合成孔径雷达、激光雷达、太赫兹等多种传感器获取多种比例尺的目标影像, 大大提高其空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率, 形成天地一体化摄影测量与遥感的数据获取方法, 为人们提供愈来愈多的影像和非影像数据。随着新一代全球卫星导航定位系统( GNSS)的发展, 定位系统将以更高的精度自动测定各类传感器的空间位置和姿态, 从而实现无地面控制的高精度、实时摄影测量与遥感。 （一）关于摄影测量 1.摄影测量学的定义和任务 摄影测量指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统摄影测量学定义：是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。影像解译就是确定影像对应地物的性质。 2.摄影测量的特点 在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快、效率高；产品形式多样，可以生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正摄影像等。 （二）摄影测量的发展阶段 起初，为了避免“繁琐的计算”，人们只好利用光学器械“模拟”装置，实现了复杂的摄影测量计算。这就是所谓的“模拟摄影测量”阶段；后来，随着摸数转换技术、计算机技术与自动控制技术的发展，人们利用计算机实时地进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置，实现了“数字投影代替物理投影”的梦想，迈进了“解析摄影测量”阶段；到了现代，随着计算机技术的进步及其应用的发展以及数字图像处理、模式识别、人工智能、计算机视觉等学科的不断发展，摄影测量技术与理论的各个环节都“数字化”了，尤其是数字影像（如SPOT影像）或数字化图像更多地代替了（航空）像片；计算机视觉代替了人眼的立体观测；计算机及其外设代替了昂贵的立体摄影测量仪器—人类跨进了数字摄影测量时代，而且数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围，成为摄影测量学与计算机科学的交叉科学。从以上的分析中，我们不难体会到高新技术对传统学科的推动作用。 测量机器人技术 测量机器人又称自动全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。 它的技术组成包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等八大部分。坐标系统为球面坐标系统, 望远镜能绕仪器的纵轴和横轴旋转, 在水平面360°、竖面180°范围内寻找目标；操纵器的作用是控制机器人的转动；换能器可将电能转化为机械能以驱动步进马达运动；计算机和控制器的功能是从设计开始到终止操纵系统、存储观测数据并与其他系