地面攝影測量

1851年,法國的洛斯達(A.Laussedat)最早用地面攝影測量方法編制地形圖。當時的作法是先在地面選設攝影站點，攝影時使攝影機光軸保持水平，像片面則處於鉛垂位置,至少從兩個攝站分別攝取同一地段的像片,攝站位置和攝影機方位用普通測量方法測定。在室內利用像片測點時，是根據單張像片上的像點座標，求出從攝站到各地面點方向與光軸之間的水平角及豎直角；然後，利用求得的水平角在繪圖板上展繪出各攝站到各相應點的諸方向線，類似於平板儀的圖解交會，得到各點的平面位置，再利用豎直角和量取的距離計算出各點的高程。這種方法稱為平板儀攝影測量或交會攝影測量。1901年，德國的普爾弗裏希(C.Pulfrich)創制了立體座標量測儀，地面攝影測量遂發展為地面立體攝影測量，即用地面拍攝的立體像對，在地面立體測圖儀上建立模型，然後再進行地形測繪的技術。它適用於險阻高山區、小範圍山區和丘陵地區的測圖，可用於地質、冶金、採礦、水利、鐵道等多方面的勘察工作 ^[1]  。1966～1968年，中國曾用此方法測繪了珠穆朗瑪峯地區比例尺為1:25000和1:50000的地形圖。

地面攝影測量分為外業工作和內業工作。外業工作包括攝影和測量。攝影是在基線兩端點、用攝影經緯儀或其他攝影機按一定方式分別攝影，以獲取目標的立體像對。地形測量作業中常用正直攝影、等偏攝影兩種方式進行攝影 ^[2]  。測量工作，先選攝影基線，後用普通測量方法測定基線長度、基線端點和檢查點的座標和高程，為內業像片處理提供起始數據。內業成圖方法分為圖解法、模擬法和解析法。圖解法是根據立體座標量測儀量測出像點座標和左右視差值，按相似三角形關係設計一種圖板，用圖解法求出地面點的平面位置和高程。模擬法是利用地面立體測圖儀進行測圖的方法。解析法是按一定的數學公式求出地面點在其地面輔助座標系中的空間座標，再轉換為地面座標。解析法適應性強、精度高，是常用的方法。

地面立體攝影測量的內業成圖方法可分為解析法、圖解法和利用地 面立體測圖儀的測繪方法。內業成圖的解析法是在立體座標量測儀上量測出某地面點M在左像片m1上的橫座標x1和縱座標z1，以及左右視差p(p=x1-x2)，按下列各式計算地面點在以左攝站S1為座標原點，基線方向為X軸,長度為B,左方光軸方向為Y 軸的空間直角座標系中的座標XM、YM、ZM。對於正直攝影為：

式中f為攝影機主距；B為攝影基線的水平長度。對於等偏攝影為：

式中嗘為等偏角度，向右偏時嗘為正值，左偏時嗘為負值。x2為右像片上的橫座標。內業成圖的圖解法是根據立體座標量測儀上量測出的x1、z1和p 值,按相似三角形關係設計一種 圖板，圖解地求出地面點的平面位置和高程。這種方法在地面攝影測量的發展過程中曾發揮過作用。利用地面立體測圖儀的測繪方法是在生產實踐中使用的主要方法。

1911年德國製造出由奧地利的奧雷爾(E.von Orel)設計的比較完善的地面立體測圖儀。這種測圖儀主要是由一台立體座標量測儀以及平面的和高程的交會杆所組成。其結構原理是將兩張像片P1，P2所形成的空間投影射線分解成兩部分：一部分投影到物方空間直角座標系的XY平面上。當立體觀測像片座標為x1、z1和x2的某地面點時,通過左方像片投影中心S1的方向杆L1和過右方投影中心S2的視差杆L2間接地實現前方交會，確定地面點的平面位置。此時S1S2=B，B是以成圖比例尺表示的基線值。另一部分投影到物方的YZ平面上，用高程杆H1來體現。因平面交會已經確定了所測點的Y座標,故只需採用左方高程杆H1就能確定點的高程。現代出產的各種型號的地面立體測圖儀，結構原理基本上與奧雷爾當初所創制的相同，但作了某些改進。例如增加了右方高程杆，得以在觀測過程中自動消除上下視差；有的還配備有傾斜計算器，用以處理等傾攝影像對等。有些主要為航測用的立體測圖儀，也可直接用於處理地面攝影的像片對。

當代的解析法地面攝影測量，是從解析攝影測量的基礎理論出發，依據地面控制點以及儘可能精確的攝影外方位元素進行綜合平差運算，從而取得地面攝影測量較高的測點精度。這一方法可用於觀測結構物的變形，如測求大壩變形和地面滑動等數據。