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像片的外方位元素解算

像片的外方位元素解算

摘要：摄影测量学有着悠久的历史，是研究利用摄影手段获得被测物体的

图像信息。从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的

一门学科。它从模拟摄影测量开始经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影阶

段。随着现代航天技术和电子计算机技术的飞速发展，摄影测量得到了更广泛的

应用。在数字地球空间数据框架的建立中，摄影测量技术直接或间接的起着重要

的作用。它的几何处理的任务是根据像点的位置确定相应的地面点的空间位置。

用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该物体和像片

之间的数学关系，为此，要首先确定航空瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间

坐标系的位置和姿态，解求外方位元素的过程就是恢复摄影中心和像片在地面坐

标的位置和姿态的几何处理过程。根据共线条件方程、空间后方交会的误差公式

和法方程的数学模型，利用9点法、6点法、4点法求解像片的外方位元素。

通过实例，论述了解算像片外方位元素的理论精度，并进行计算结果的精度分析，

在单位权中误差σ0=0.01mm的情况下，精度可提高10倍。并提出建立新的

空间后方交会的直接解法

关键字：摄影测量外方位元素几何处理摄影中心像点位置空间位置和

姿态空间坐标地面坐标共线方程VC++理论精度

1发展历史

摄影测量学有着悠久的历史，它是研究利用摄影手段获得被测物体的图像信

息，从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的一门学

科。它从模拟摄影测量开始经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影阶段。摄

影测量最初叫图像量测学(根据Iconometry而来，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，法国报导了第一张摄影像片的产生后，

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

术发达之后，摄影测量学被称作航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空

测量发展到了航天测量，再随着遥感技术的迅速发展，1980年，国际摄影测量

学会改称为“国际摄影测量与遥感学会”。摄影测量进入到遥感这个新的历史时

期。

摄影测量从模拟摄影测量开始经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影阶

段。19世纪中叶，摄影测量技术一经问世便用于测量，在模拟摄影测量的漫长

发展过程中摄影测量的发展可以说是基本上围绕着十分昂贵的立体测图仪进行

的，随着模数转换技术的电子计算机与自动控制技术的发展，解析立体测图仪的

使用使摄影测量进入解析摄影阶段。数字化测量的发展源于摄影测量的自动化，

是摄影测量自动化的必然产物，它是基于摄影测量的基本理论，应用计算机技术

从影像提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量技术。

目前，高分辨率的遥感影像、以及其定位参数文件的应用，只要极少量的外

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业控制点，就能迅速生成正射影像图，它已在城市、土地的变迁、规划中得到愈

来愈广泛的应用。航空激光扫描雷达也愈来愈成熟。所有这一切表明，新一代传

感器、定位系统的迅速发展以及数字摄影测量工作站的大规模推广，都对摄影测

量自身的发展起到极大的促进作用。

2国内外研究

2.1国内研究

进入21世纪后，我国的摄影技术也得到了快速发展、高分辨率卫星影像、线

阵与面阵航空数据相机、激光探测和测距（Lidar）、定位与定向系统（Pos）等

新一代传感器系统迅速发展与广泛应用，使得摄影测量又迈上了一个新的台阶。

随着Pos系统的应用，摄影测量的空中三角测量将被代替，激光扫描、Lidar的

出现可以直接获得三维空间，密集的“点云”配合影像可以快速生产正射影像。

机载Pos系统与数字航天相机集成系统形成现代航天遥感系统，用于直接地

理数据获取，设计IMU偏心角、偏心分量解算数据模型。机载Pos系统直接地理

定位利用惯性测量单元IMU与数字航天相机紧密固连，结合差分GPS技术测定航

片的外方位元素，直接反算成像过程实现对地定位。正射影像、数字