攝影測量與遙感技術(shù)在現(xiàn)代科技影響下的發(fā)展前景

王巖威

（佳木斯市勘察測繪研究院，黑龍江 佳木斯 154000）

1 序言

二十世紀發(fā)展起來的攝影測量學，特別是航空、航天攝影測量是我國傳統(tǒng)測繪重要組成部分，在大地、航測和制圖三大組成部分中，航測是測制地形圖的最基本手段。由于科學技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計算機的飛速發(fā)展，攝影測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)展對攝影測量與遙感技術(shù)的影響，目前發(fā)展方向，以及發(fā)展中存在的問題。

2 計算機發(fā)展對攝影測量的影響

2.1 攝影測量的回顧

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

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

攝影測量中的其它許多公式可由此公式推導而成，因此該公式是攝影測量的基礎，從該公式中可清楚看到計算關(guān)系的復雜性。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量發(fā)展的三個階段，即模擬、解析和全數(shù)字測圖。在計算機水平發(fā)展還不高時，測圖無法用計算機來實現(xiàn)，只能用機械模擬的辦法，例如多倍儀和各種精密全能測圖儀，還有為了降低造價，利用簡化公式設計的模擬儀器。這些儀器由于精度要求極高，因此制造困難，價格昂貴。這些儀器在測繪事業(yè)中起到了一定的歷史作用。在60-70年代，由于容量和計算速度的限制，計算機僅用于攝影測量的加密。到80年代，計算機的發(fā)展，使得解析測圖儀問世，將計算機用于測圖領域，把原來模擬儀器的機械交會求解改用計算機計算，從而簡化了儀器結(jié)構(gòu)，降低儀器造價。測圖過程與模擬儀器相仿。到90年代，計算機有了飛躍發(fā)展，特別是2000年以后，其計算速度和存儲容量有了質(zhì)的提高，使數(shù)字攝影測量成為現(xiàn)實。

2.2 計算機發(fā)展對攝影測量的影響

2.2.1 測量儀器的徹底改變

傳統(tǒng)攝影測量儀器主要分二大類，一類用于測量像片的坐標，用于加密，提供測圖時控制點坐標。第二類是用于測圖，通常為機械模擬方式。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算機作為運算、產(chǎn)品輸出的平臺。

2.2.2 產(chǎn)品形式的改變

由于計算機的發(fā)展，測繪生產(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)絡的飛速發(fā)展，完整的4D產(chǎn)品檢驗合格后進入GIS數(shù)據(jù)庫，使產(chǎn)品成為一個共享一切的可以使用的資源，從而達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，攝影測量主要著重模型的研究，目的是為了提高測量精度，而現(xiàn)在計算機的水平，對攝影測量計算而言，已根本解決，可以用最嚴密的公式計算，解算精度能得到完全保證。攝影測量幾何模型已不再是研究的重點，而轉(zhuǎn)向影像匹配與信息自動提取方面。影像匹配是數(shù)字攝影測量的核心，數(shù)字攝影測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匹配的水平。影像匹配不僅在數(shù)字攝影測量中占有重要地位，同時也是計算機視覺目標自動識別的核心，為此影像匹配引起許多學者的關(guān)注。經(jīng)過多年研究，結(jié)合計算機發(fā)展水平，影像匹配已從理論研究走向?qū)嶋H應用，這是攝影測量取得的重大進展。而且隨著數(shù)字航拍相機的應用，航片的處理軟件和編輯軟件聯(lián)機模塊的開發(fā)，計算機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，測圖時即可接邊，直接獲得最終成果，同時彼此看到對方的成果，具備自動匹配無縫DSM，采集無縫正射影像，無縫測圖等功能。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、物力和財力的投入。

2.3 航天遙感的影響

為了應用需要，必須對航天遙感影像進行處理和分析，鑒于航天遙感影像具有數(shù)據(jù)量大、分析復雜等特點，因此對處理設備和方法提出了新的要求，對許多相關(guān)領域引起重要影響。例如存儲設備，為了解決海量數(shù)據(jù)存儲問題，美國NASA和 EROS中心研制了專用存儲設施，存放5000盤磁帶，用機械手自動取帶和存帶。

2.4 航天遙感的特點

2.4.1 航天遙感目前的應用方向

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虛擬地球，把地球上的各種信息以數(shù)字形式表達，實現(xiàn)多分辨率、三維形式的地球的描述。要把整個地球上的信息數(shù)字化，進入計算機管理，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，但是從長遠觀點、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 應用中應注意的問題

目前衛(wèi)星遙感的主要應用是根據(jù)衛(wèi)星影像來解釋人們所需要的信息，應該屬于二維處理的范圍，盡管利用某些衛(wèi)星遙感圖像可以進行高程測量，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)系極為復雜，同時由于分辨率的限制，有些地物難以區(qū)分，這對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。航空攝影測量主要測量地球表面的幾何形態(tài)，其精度主要取決于影像質(zhì)量與測量儀器，人為因素影響相對較小。

2.4.3 計算機自動解釋中存在的困難

利用計算機來進行分析光譜特征與地物的對應關(guān)系比較復雜，因此分類精度受到一定限制。當衛(wèi)星影像分辨率較低時，基于統(tǒng)計理論的分類方法較有成效，隨著分辨率的提高，統(tǒng)計分類方法將會失去其作用。要想提高計算機自動分類精度，要注意二個方面的問題，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，在自動解釋時，最好把這些影響因素都考慮進去，這樣才能保證正確的自動識別。

3 現(xiàn)代科技發(fā)展在測繪變革中的作用

測繪技術(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技術(shù)的發(fā)展對提高勞動生產(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，由于計算機的發(fā)展，使得測繪生產(chǎn)工具發(fā)生徹底變革，生產(chǎn)工具的改進，使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式得到徹底的改變，由于測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，勞動強度減輕。不僅如此，還為測繪產(chǎn)品的應用提供了廣闊前景。由于測繪產(chǎn)品為數(shù)字形式，不僅使用方便，經(jīng)過適當組合和處理，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，為深層次的應用提供了可能。測繪技術(shù)雖然得到很大發(fā)展，但在發(fā)展進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。目前計算機的水平，對于數(shù)值計算和文字處理己能滿足，但是對于數(shù)字影像的信息提取和影像分析尚不能適應，期望新一代計算機的研制。我們相信，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，攝影測量與遙感技術(shù)將會提高到一個新的水平。

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

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