王巖威

（佳木斯市勘察測(cè)繪研究院，黑龍江 佳木斯 154000）

1 序言

二十世紀(jì)發(fā)展起來的攝影測(cè)量學(xué)，特別是航空、航天攝影測(cè)量是我國傳統(tǒng)測(cè)繪重要組成部分，在大地、航測(cè)和制圖三大組成部分中，航測(cè)是測(cè)制地形圖的最基本手段。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，攝影測(cè)量正受到史無前例的影響，正在經(jīng)歷一場深刻的變革，本文主要介紹現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的影響，目前發(fā)展方向，以及發(fā)展中存在的問題。

2 計(jì)算機(jī)發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量的影響

2.1 攝影測(cè)量的回顧

航空攝影測(cè)量是傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪的基本手段，通過量測(cè)航空像片計(jì)算地面真實(shí)坐標(biāo)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其在攝影測(cè)量中的應(yīng)用才逐步深入。攝影測(cè)量中的航片與地面關(guān)系公式是攝影測(cè)量中最基本的公式。該公式為：

式中a、b、c為方向余弦，與航向、旁向傾角和旋角、攝影機(jī)焦距、像點(diǎn)坐標(biāo)、攝站投影中心坐標(biāo)有關(guān)。

攝影測(cè)量中的其它許多公式可由此公式推導(dǎo)而成，因此該公式是攝影測(cè)量的基礎(chǔ)，從該公式中可清楚看到計(jì)算關(guān)系的復(fù)雜性。在此介紹該公式的目的是為了說明解算該公式的方法確定了攝影測(cè)量發(fā)展的三個(gè)階段，即模擬、解析和全數(shù)字測(cè)圖。在計(jì)算機(jī)水平發(fā)展還不高時(shí)，測(cè)圖無法用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，只能用機(jī)械模擬的辦法，例如多倍儀和各種精密全能測(cè)圖儀，還有為了降低造價(jià)，利用簡化公式設(shè)計(jì)的模擬儀器。這些儀器由于精度要求極高，因此制造困難，價(jià)格昂貴。這些儀器在測(cè)繪事業(yè)中起到了一定的歷史作用。在60-70年代，由于容量和計(jì)算速度的限制，計(jì)算機(jī)僅用于攝影測(cè)量的加密。到80年代，計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得解析測(cè)圖儀問世，將計(jì)算機(jī)用于測(cè)圖領(lǐng)域，把原來模擬儀器的機(jī)械交會(huì)求解改用計(jì)算機(jī)計(jì)算，從而簡化了儀器結(jié)構(gòu)，降低儀器造價(jià)。測(cè)圖過程與模擬儀器相仿。到90年代，計(jì)算機(jī)有了飛躍發(fā)展，特別是2000年以后，其計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量有了質(zhì)的提高，使數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。

2.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量的影響

2.2.1 測(cè)量儀器的徹底改變

傳統(tǒng)攝影測(cè)量儀器主要分二大類，一類用于測(cè)量像片的坐標(biāo)，用于加密，提供測(cè)圖時(shí)控制點(diǎn)坐標(biāo)。第二類是用于測(cè)圖，通常為機(jī)械模擬方式。如張祖勛院士研發(fā)的VirtuoZo,劉先林院士研發(fā)的Jx4等。而且這些軟件都是以計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算、產(chǎn)品輸出的平臺(tái)。

2.2.2 產(chǎn)品形式的改變

由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，測(cè)繪生產(chǎn)的產(chǎn)品模式發(fā)生了根本變化，由過去的模擬表達(dá)方式改為全數(shù)字形式，即 4D產(chǎn)品 DLG、DEM、DRG、DOM。

而且隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，完整的4D產(chǎn)品檢驗(yàn)合格后進(jìn)入GIS數(shù)據(jù)庫，使產(chǎn)品成為一個(gè)共享一切的可以使用的資源，從而達(dá)到資源最大化的利用目的。

2.2.3 理論、生產(chǎn)方法的改變

在過去，攝影測(cè)量主要著重模型的研究，目的是為了提高測(cè)量精度，而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的水平，對(duì)攝影測(cè)量計(jì)算而言，已根本解決，可以用最嚴(yán)密的公式計(jì)算，解算精度能得到完全保證。攝影測(cè)量幾何模型已不再是研究的重點(diǎn)，而轉(zhuǎn)向影像匹配與信息自動(dòng)提取方面。影像匹配是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的核心，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的效能能否得到充分發(fā)揮在某種程度上取決于影像自動(dòng)匹配的水平。影像匹配不僅在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中占有重要地位，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)視覺目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別的核心，為此影像匹配引起許多學(xué)者的關(guān)注。經(jīng)過多年研究，結(jié)合計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，影像匹配已從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，這是攝影測(cè)量取得的重大進(jìn)展。而且隨著數(shù)字航拍相機(jī)的應(yīng)用，航片的處理軟件和編輯軟件聯(lián)機(jī)模塊的開發(fā)，計(jì)算機(jī)能像工廠流水線作業(yè)一樣，把數(shù)字產(chǎn)品源源不斷的生產(chǎn)出來，其中也包括衛(wèi)星像片的處理。如果在加上網(wǎng)絡(luò)支持的話，那么就具備作業(yè)中即無單幅正射影像、也無核線影像，無需考慮立體模型和圖幅，測(cè)圖時(shí)即可接邊，直接獲得最終成果，同時(shí)彼此看到對(duì)方的成果，具備自動(dòng)匹配無縫DSM，采集無縫正射影像，無縫測(cè)圖等功能。改變傳統(tǒng)的單兵作戰(zhàn)模式，使作業(yè)方式網(wǎng)絡(luò)化、集群化。調(diào)高作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量，節(jié)省作業(yè)過程中的人力、物力和財(cái)力的投入。

2.3 航天遙感的影響

為了應(yīng)用需要，必須對(duì)航天遙感影像進(jìn)行處理和分析，鑒于航天遙感影像具有數(shù)據(jù)量大、分析復(fù)雜等特點(diǎn)，因此對(duì)處理設(shè)備和方法提出了新的要求，對(duì)許多相關(guān)領(lǐng)域引起重要影響。例如存儲(chǔ)設(shè)備，為了解決海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題，美國NASA和 EROS中心研制了專用存儲(chǔ)設(shè)施，存放5000盤磁帶，用機(jī)械手自動(dòng)取帶和存帶。

2.4 航天遙感的特點(diǎn)

2.4.1 航天遙感目前的應(yīng)用方向

利用衛(wèi)星遙感獲取各種信息是目前最有效的方法。在實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球的今天，衛(wèi)星遙感更顯示出它的重要性。數(shù)字地球可以看成是一個(gè)虛擬地球，把地球上的各種信息以數(shù)字形式表達(dá)，實(shí)現(xiàn)多分辨率、三維形式的地球的描述。要把整個(gè)地球上的信息數(shù)字化，進(jìn)入計(jì)算機(jī)管理，其工作量極大，在開始階段，可以從已成圖的資料提取部分信息，但是從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)、從信息更新角度，衛(wèi)星遙感是提供信息源的最有效手段和保證。

2.4.2 應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

目前衛(wèi)星遙感的主要應(yīng)用是根據(jù)衛(wèi)星影像來解釋人們所需要的信息，應(yīng)該屬于二維處理的范圍，盡管利用某些衛(wèi)星遙感圖像可以進(jìn)行高程測(cè)量，但目前尚不是主流,根據(jù)衛(wèi)星影像來解釋出各種所需信息，主要根據(jù)影像的灰度、顏色、紋理、結(jié)構(gòu)、形狀等許多信息來確定，受周圍環(huán)境、大氣衰減等許多因素的影響，使得影像特征與地物間的關(guān)系極為復(fù)雜，同時(shí)由于分辨率的限制，有些地物難以區(qū)分，這對(duì)影像解釋帶來極大困難。不論采用何種方法，衛(wèi)星影像解釋必須與外業(yè)調(diào)查相結(jié)合，否則很難保證解釋質(zhì)量。航空攝影測(cè)量主要測(cè)量地球表面的幾何形態(tài)，其精度主要取決于影像質(zhì)量與測(cè)量儀器，人為因素影響相對(duì)較小。

2.4.3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)解釋中存在的困難

利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行分析光譜特征與地物的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較復(fù)雜，因此分類精度受到一定限制。當(dāng)衛(wèi)星影像分辨率較低時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)理論的分類方法較有成效，隨著分辨率的提高，統(tǒng)計(jì)分類方法將會(huì)失去其作用。要想提高計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類精度，要注意二個(gè)方面的問題，第一是二維特征的分析。第二是多因素的智能分析，鑒于衛(wèi)星影像解釋要依賴很多因素，在自動(dòng)解釋時(shí)，最好把這些影響因素都考慮進(jìn)去，這樣才能保證正確的自動(dòng)識(shí)別。

3 現(xiàn)代科技發(fā)展在測(cè)繪變革中的作用

測(cè)繪技術(shù)由于現(xiàn)代科技的發(fā)展正在經(jīng)歷一場深刻的變革，從該變革中我們可清楚看到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率所起的作用。由于空間技術(shù)的發(fā)展，使得信息獲取手段得到根本改變，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得測(cè)繪生產(chǎn)工具發(fā)生徹底變革，生產(chǎn)工具的改進(jìn)，使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式得到徹底的改變，由于測(cè)繪中引用了這些高科技，使得信息獲取更為方便，生產(chǎn)速度加快，生產(chǎn)成本降低，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕。不僅如此，還為測(cè)繪產(chǎn)品的應(yīng)用提供了廣闊前景。由于測(cè)繪產(chǎn)品為數(shù)字形式，不僅使用方便，經(jīng)過適當(dāng)組合和處理，便可生成形式多樣的產(chǎn)品或其它形式的副產(chǎn)品，例如，從DEM可以生成坡度圖、坡向圖、暈渲圖，利用DEM和專題圖可生成暈渲專題圖。由于是數(shù)字形式，為綜合分析提供了條件，為深層次的應(yīng)用提供了可能。測(cè)繪技術(shù)雖然得到很大發(fā)展，但在發(fā)展進(jìn)程中又面臨著新的問題和困難，例如航天遙感的發(fā)展，可以大量獲取各種信息，如何快速、高效處理這些數(shù)據(jù)，己擺在我們面前。目前計(jì)算機(jī)的水平，對(duì)于數(shù)值計(jì)算和文字處理己能滿足，但是對(duì)于數(shù)字影像的信息提取和影像分析尚不能適應(yīng)，期望新一代計(jì)算機(jī)的研制。我們相信，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，攝影測(cè)量與遙感技術(shù)將會(huì)提高到一個(gè)新的水平。

[1]王之卓.攝影測(cè)量原理（英文版）.武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1990.

[2]李德仁等.地球空間信息學(xué)與數(shù)字地球.見：空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字地球論文集，1999.