測繪數字化研究

李玉香 陳彩紅

摘 要：近幾年來隨著經濟與科技的發展，測繪環境已步入數值化的領域，各項公共建設不斷地進行著，且各個工程規劃及施政決策都極需大量完整的空間信息，再加上地理信息系統的應用業已日益普及化，大量精確地理信息的提供也越顯重要；而傳統航測作業必須完全依賴及使用特別設計的儀器，如立體測繪儀。如今，計算機科技的快速發展，測繪系統已逐漸發展成為全數字化的技術，無論在容量或速度上均有能力來處理大量的影像數據，這顯示我們可以發展特殊的計算機軟件取代傳統昂貴的機械電子式航測儀器，所以本文開發一套架構于AutoCAD系統上的立體測繪系統，使繪制地圖形操作程序更加簡便。

關鍵詞：精確測繪 數字系統 研究

中圖分類號：F293 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0079-02

為了將測繪系統自動化，近年來，測繪也逐漸由模擬像片的型態轉為數值影像的方式來測繪。而就數字測繪而言，其對影像點位坐標測繪為主要工作之一，像點的辨認及坐標的測繪，一直是測繪中最基礎且重要的工作，測繪精度的好壞，將會影響計算結果的品質。因此將航測照片數化后的影像做測繪，仍然以傳統的解析觀念作為解算的依據。

本研究采用解析計算法，基本構架為應用HelavaTypeAP的承片形態，像片坐標以x'，y'（左片）；x"，y"（右片）方式讀取，并引用imagespaceplotter以像空間坐標為主的解析計算觀念，作為計算的基礎。

1 系統架構

數化階段可由影像掃描儀（Scanner）將航空照片掃描后，制成圖像文件儲存于光盤上，以供測繪之用。測繪階段主要有觀察的硬件設計以及程式撰寫的軟件開發，此階段于AutoCAD系統上觀察與測繪，并建立方位元素即轉換參數的參數模塊文件，以供使用。圖形顯示與編輯階段于AutoCAD系統上做立體測繪再經由所建立的參數模塊文件計算物空間坐標，然后顯示圖形并做修圖工作。最后成圖輸出階段就借由繪圖機（或印表機）直接處理。

1.1 立體影像觀察的設計

本系統立體影像觀察鏡的設計，仍然采用傳統航測光學立體鏡的形式，將原本直立式的反光立體鏡，轉90°成水平于計算機屏幕前觀察影像，以達到左眼看左片，右眼看右片的目的。

立體鏡的研發概念，配合作業過程的要求，以組合式完成，設計說明如下。

（1）反光立體鏡。一般若使用簡易立體鏡做觀察，將重疊影像依航線方向作成立體像對進行立體觀察時，二張影像在共軛區會形成影像本身重疊的現象，必須交互翻轉左右影像方可觀察到被遮蔽部分的立體影像，在觀測時會造成相當的困難。為了能夠觀察到重疊區內的全部立體影像，使用反光立體鏡，反光立體鏡組合反光立體鏡內含一對反射棱鏡（或反射鏡）m及m'以及一對翼鏡M及M'，每一面鏡子與像平面的交角為45°。反光立體鏡最大的好處在做航攝像片的立體觀察時，二張影像可完全分開，以便觀察重疊區內的全部影像，可避免遮蔽的缺點。

（2）腳螺旋。進行立體觀察時，除了要左眼看左像，右眼看右像之外，尚須確保相對應的視線能在空間交會，即相應像點間無縱視差（Y-Parallax），因此設計三個角螺旋來調整水平狀態，使得眼基線能與航線方向平行，消除Y視差。

（3）反光立體鏡基座。反光立體鏡若只架于三個腳螺旋上，高度還是無法達到能夠觀測到屏幕上的影像，于是將三腳架的架首取其一部分當反光立體鏡基座，以提高觀察時的高度。

本研究作業時計算機屏幕為19寸，且反光立體鏡整體高度設計成恰好能夠觀測屏幕中央。反光立體鏡安置于計算機屏幕前，調整三個腳螺旋使眼基線與航線方向平行，以消除Y視差，觀察左右影像以達到立體的效果。

1.2 系統軟件構成

本研究的軟件以VisualBasic6.0、AutoCAD內的AutoLISP與VBA程序語言撰寫而成，最后將所有過程中會使用到的功能新增于AutoCAD的系統上，取名為“立體測繪系統”，在AutoCAD菜單上多了一項“立體測繪系統”的菜單，而各項功能說明如下。

（1）平移。將所選取的對象，以鍵盤W（上）X（下）A（左）D（右）控制移動方向，應用于將兩影像飛行方向成一水平線與移動浮測標時。

（2）旋轉。將所選取的對象，選擇一點為旋轉中心，再以鍵盤A（逆時鐘）D（順時鐘）控制旋轉方向，應用于將兩影像飛行方向成一水平線時。

（3）浮測標。對于浮測標的設計，傳統的模擬和解析制圖儀，浮測標是不動的，移動的是承影盤，但考慮現有的接口設備，采取影像不動，移動浮測標的方式，其效果是一樣的，應用于圖形測繪時。

（4）測繪影像坐標。測繪影像坐標，應用于測繪影像框標坐標以做坐標轉換，測繪方位點坐標以做相對方位計算。

（5）參數模塊文件。參數模塊文件PMF（ParameterModelFile），以窗口功能的方式開啟，并由交談式的提示操作，極為簡便。

PMF主菜單說明如下。

（1）檔案：檔案編輯與打印。

（2）測繪系統：建立參數模塊文件。

（3）地面坐標：計算測繪像面坐標檔的地面坐標。

（4）說明：讀取檔案方式說明。

（5）結束：離開主程序。

測繪系統功能說明如下。

（1）坐標轉換：將左右率定框標坐標與測繪框標坐標做坐標轉換。

（2）改正參數：選擇參數（透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差）與輸入焦距。

（3）方位元素：做相對方位計算，得，by，bz，ω，Φ，。

（4）模型坐標：計算得到光學模型坐標。

（5）七參數轉換：做絕對方位計算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。

（6）參數模塊文件：建立影像像對的參數模塊文件。

2 系統操作

2.1 操作系統概述

操作系統的設計主要分成參數模塊文件建立與圖形測繪兩部分。

參數模塊文件包括如下。

（1）模型編號。

（2）坐標轉換參數。

（3）透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差（0表示不修正，1則修正）與修正量。

（4）攝影機焦距。

（5）共面式相對方位元素。

（6）絕對方位轉換七參數。

操作說明如下。

（1）測繪影像坐標。

開啟AutoCAD系統：①加載立體像對的圖像文件（左片與右片），應用新增的“立體測繪系統/平移與旋轉”功能使兩影像飛行基線成一直線，并存文件，等參數模塊文件建立完成后，進行圖形測繪時，不必非得一次就完全繪制完成，不管何時只要加載所儲存*.DWG檔，即可呼叫出立體像對的圖像文件，再配合此立體像對的參數模型文件就可測繪圖形，極為方便。②執行“立體測繪系統/影像坐標”功能，測繪左右像框標點以做坐標轉換與測繪左右像方位點坐標來進行相對方位計算。

（2）參數模塊文件建立。

開啟PMF系統：①執行“內方位建立＼坐標轉換”：輸入左右像框標點率定坐標，可由檔案讀取。輸入測繪框標點坐標檔，進行坐標轉換，將計算所得的左右像轉換參數存于“Tran模型編號.txt”檔中。②執行“內方位建立＼改正參數”：選擇改正參數（透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差）及輸入焦距，并將其改正參數模式與改正量存于“Redu模型編號.txt”檔中。

2.2 相對方位計算

（1）執行“相對方位計算＼方位元素”。①輸入左右影像方位點坐標文件，讀取“Tran模型編號.txt”檔，經過轉換參數可得方位點的像面坐標，再讀取“Redu模型編號.txt”文件進行改正參數修正系統誤差即可得到改正后的左右方位點像面坐標，最后儲存于“Coor模型編號.txt”檔中。②輸入相對方位計算初值、精度和循環數，并令bx=90與讀取“Coor模型編號.txt”檔進行相對方位計算，計算得，by，bz，ω，Φ，，并存于“Five模型編號.txt”檔中。

（2）執行“相對方位計算＼模型坐標”。輸入模型編號計算模型坐標，讀取“Coor模型編號.txt“檔與“Five模型編號.txt”計算模型坐標并儲存于“ModelCoor模型編號.txt”檔中。

2.3 絕對方位計算

（1）執行“絕對方位計算＼七參數轉換”。

輸入控制點地面坐標檔、精度與回圈數，讀取“ModelCoor模型編號.txt”檔進行絕對方位計算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。存于“Seven模型編號.txt”檔中。

（2）執行“絕對方位計算＼參數模塊文件”。

輸入模型編號建立參數模塊文件，讀取“Tran模型編號.txt”檔、“Redu模型編號.txt”檔、“Five模型編號.txt”檔與“Seven模型編號.txt”文件，儲存于“Parameter模型編號.txt”檔中。

（3）圖形測繪。

于AutoCAD系統進行圖形測繪，經由反光立體鏡觀察影像并配合浮測標的設計以測繪左右像的影像坐標，再借由所完成的參數模組檔的轉換參數即可得到實際的地面坐標，繪制成圖，立即顯示于AutoCAD系統上，最后再做整體的圖形編修與標示。

3 結語

AutoCAD坐標系轉為像面坐標系的平面坐標轉換采用六參數轉換，且只選擇4個框標點計算轉換參數，而現在一些航照圖框邊增加了十字標點，可測繪更多標點，并可配合多考慮一些參數進行轉換，參數轉換或十六參數轉換，以求得更精準的像面坐標。在進行圖形測繪時，采用反光立體鏡進行繪圖，僅一套觀測系統。因此可朝向開發互補色/液晶立體鏡代替反光立體鏡，亦可適用于本系統。

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