工程攝影測量

工程攝影測量(13張)

工程攝影測量是指用於現代建築、水利、鐵路、公路、橋樑、隧道等工程建設的攝影測量。

隨着科學技術與生產發展的需要，電子計算機的普遍應用，國外已經在許多學科領域應用非地形攝影測量來解決某些特定的問題。近年來，國內已有一些單位對這方面的研究也取得了可喜的成果。

在科學研究與生產實踐中，有時需要知道所研究的對象或某物體的變化規律或其變化的軌跡，除需要知道其平面位置的變化外，有時還要研究其三維、四維空間的變化。對此，攝影測量就顯出是一種迅速、精確、甚至是其它方法所無法替代的一種測量方法 ^[1]  。

非地形攝影測量已應用在建築、考古、生物、醫學、採礦、冶全、製造等方面，還有如海洋測繪、粒子運動以及航天技術也得到了應用 ^[1]  。

在工程與工業中的應用則有：建築施工過程(現代大型予制構件的施工)利用地面立體攝影測旦方法檢查建築物的裝配精度；以解析法的精密地面立體攝影測量測定工程建築物與構築物的變形；為提供某些設計參數，利用近景攝影測量方法在實驗室內可以對各種模型試驗進行測量；在船舶製造方面，應用地面攝影測量方法進行超級油輪的船體安裝，大型斷面維度與形狀的檢核、工藝過程的監視，船內管道佈置的模型測量及螺旋槳的量測等；在汽車製造方面，車身模型尺寸的量測以及汽車與障礙物碰撞後的特性測定，輪胎變形測定等同樣可以用攝影測量方法來解決；還有，在研究動態目標時，高速攝影加已成為研究高速流逝過程的一種重要測量手段。如應用在機械零件的火花加工，電工技術中的電弧焊接，飛機風洞試驗，爆炸過程的監視以及衝擊波特性的測試、傳播速度的研究等 ^[1]  。

工程攝影測量的主要特點表現在：

1)象片信息豐富、容量大，顯示能力客觀、影象逼真，適用於不規則物體的外形測量。具有同步裝置還可用於動態目標的測量 ^[1]  。

2)在工程攝影測量中，所涉及到的目標大小、攝影距離、精度要求、靜態或動態等各方面不同，但只要合理地選擇攝影儀器、攝影方法與佈設控制點，就可以解決科研與生產工作中的若干複雜問題。

3)在許多工程、工業測量中，尤其是安全監視測量，往往希望能同時測定許多的點，以利於對問題的分析，而攝影測量的一個重要特點，就是能在瞬間攝取無數個點，這樣就可在量測儀器上量測業計算出所需的大量的物點的空間座標，這是傳統的大地測量方法所不能做到的 ^[1]  。

4)攝影象片可長期保存，便於日後對成果的查核、比較和分析。

5)與傳統的大地測量方法相比，可減少外業工作量，減輕勞動強度，提高經濟效益 ^[1]  。

根據目前國外的情況看，工程攝影測量的發展趨向大體表現在：

1)各種最測攝影機的發展和非量測攝影機的應用

對於設有框標、內方位元素為已知業且具有定向設備的量測攝影機是專為攝影測量而製造的，此類相機一般象幅較大，很適合於精密的地面立體攝影測量。為適應某些距離較遠，同時精度要求又高的工程建築物變形觀測的需要，應採用較長焦距的量測攝影機。為此目地，國外有些廠家設計生產了一些長焦距的攝影機，如較早一點的有Wild廠的BC一4型彈道攝影機，近年來Zeiss 7ena廠設計生產的UMK20 (30) /1318全能攝影機。為適應動態攝影的需要，近年來不少廠家生產了各種類型的具有同步裝置的立體攝影機 ^[1]  。

非量攝測影機，就是指不是專門為測量目的而設計製造的攝影機，如各種型號的普通照相機、電影攝影機及高速攝影機等。近年來，西德已應用帶有格網板的“部分量測攝影機”Rolleiflex SLX ^[1]  。

由於非量測攝影機具有價格低廉，市場上易於購買，並且容易適應各種攝影條件，靈活性較大，對精度要求較低、攝影距離較近的目標的攝影測量，非量測攝影機具有很大的發展潛力 ^[1]  。

2)應用數字電子計算機進行攝影測量的解析處理

使用數字電子計算機的解析法乃是工程攝影測量解算成果的主要方法，這是因為解析法解算成果的精度高，而且工程攝影測量所需要的成果常常只是若干不連續點的位置，而不是線劃圖。另一方面，採用多站交向攝影，尤其是應用非量測攝影機時，物鏡畸變差大，只有應用解析法解算成果，才能獲得滿意的結果 ^[1]  。

3)解析測圖儀的應用

解析測圖儀是一種兼有模擬法與解析法的多功能測圖儀。有關文獻指出：“解析測圖儀擁有立體座標儀的所有優點，業且可以直接獲得數字與圖解輸出，因此應視為首要的近景象片的處理方法。這種儀器的多功能性，可使攝影站的選擇與圖形更加自由，從而減輕了外業工作。如果能得到這種儀器，則可解決比較複雜的問題。”目前，國內已有引進的解析測圖儀若干台，這為今後開展這方面的研究工作創造了很有利的條件。但在工程攝影測量方面如何發揮解析測圖儀的作用，是一個值得研究與探討的問題 ^[1]  。

4)多樣的信息獲得系統

關於信息的獲得系統，除上述常規的以外，還可採用非常規成象系統。國際攝影測量與遙感協會((ISPRS)於1980年在西德漢堡召開的第十四屆會議期問，第v委員會建議成立專門工作組來研究發展對非常規攝影測量極有前途的光學計量與掃描技術。非常規攝影測量包括：波紋攝影，X光攝影，電子微片攝影與掃描，全息攝影等。關於上述非常規成象系統的原理與應用在有關著作及國際攝影測量與遙感協會第十四屆大會的論文集中均有詳細論述 ^[1]  。

該規範共分一七章三十三節，十一個附錄。它們分別是：

第一章 總則 主要規定了規範制定的目的、用途和適用範圍，強調內、外業儀器必須進行檢校，以保證光、機、電性能漏足要求；同時規定了作業前、作業中及作業後應加強工序質量檢查，編寫好技術報告；其作業除按本規範執行外，未規定部分可按國家現行有關規範執行 ^[2]  。

第二章 控制測量 控制測量是航測內、外業的基礎，針對工程攝影測量的特點，除測制大比例尺地形圖外，還應用於建築、工程和工業攝影側量以及特種精密工程測量中，為反映出這種面廣、多用途、多目的、多種精度指標的要求，規範作了相應的規定 ^[2]  。

第三章 航空攝影測量 在“工測規範”攝影測量的基礎上，增加了航攝資料的驗收、攝影處理、聯機空中三角測量、正射影像圖的製作、解析側圖儀側圖、數字化側圖及數控繪圖、資料的提交與檢查驗收等內容。

為測制1：500一1：5000大比例尺地形圖，規範除規定了一定量的像圖比外，對航攝資料—飛行質量、攝影質量也作了規定。像片調繪，根據其作業地區的不同，規範規定了三種作業方法可供選擇，同時規定：調繪建築物應以建築物影像為準，必要時才按要求改正房檐。

航測成圖的方法，規範規定了可採用模擬測圖儀測圖、解析測圖儀側圖、數字化測圖；平地可採用像片平面圖測圖；像片圖測圖中，規範規定了建築物比較稀少的平坦地區宜採用一帶糾正成固定比例尺像片圖的方法，而丘陵地以上高差較大的地區，宜用製作正射影像圖的方法。

解析空中三角測量的聯機空三作業，是規範拓寬了的內容，對於軟件包、立體座標量測儀聯機空三作業、解析側圖儀空三加密作業，規範作出了相應規定 ^[2]  。

第四章 地面攝影測 地面攝影測量在原“工測規範”中只有一節，現在擴充至五節。在攝影站及像控點的佈設中，對於攝影縱距的最大值、最小值以及基線長度的關係，攝影站及攝影基線的要求、像控點的佈設與測定，規範作了相應的規定 ^[2]  。

第五章 數字地面模型 這是新制訂的內容，規範就其一般的要求、數據獲取、數據編輯、數據處理等作了相應規定。

數字地面模型的採樣間隔或網格間隔，規範根據地形類別和比例尺的不同作了相應規定。在數模中還就1：10000和1： 50000兩種比例尺間隔提出了要求，雖然它們已超越1： 500 ~1 ： 5000比例尺的範圍，但出於對工程方案的輔助設計，以及進行可行性研究等，因此還是納人到規範，具有實際意義。

規範還就“數模”的應用技術要求，如繪製等高線、縱橫斷面、不同比例尺的地形透視圖等，提出了一些具體規定。

第六章 非地形攝影測量 非地形攝影測量納入規範，在國內屬首創。規範納入了物方控制、攝影機檢校、參數的測定、數據獲取與數據處理、特殊攝影測量等內容 ^[2]  。

規範就非地形攝影測量的絕對精度和相對精度要求、儀器設備的要求，作出了較詳細的規定。對於非地形攝影測量的攝影縱距（Y）當目標景深不大時，要求Ymax =3B(B為攝影基線)為宜，在任何情況下，

攝影縱距與基線長的關係應大於(1/2)ctg(β/2) (β為像場角)，目的在於建立一定的立體重疊。當交向攝影時，即基線和縱距不變、攝影比例尺不變時，規定出最佳交會角應近似於900，當採用多站交會時，規定出交會角宜在60^。一90^。之間。

在該章中，對攝影材料、攝影精度的預估如何調整或施工人員應作何施工。

應當指出，放樣工具與測量工具有共同點，也有不同之處，目前有的國家研製的裝有伺服電機的(由電腦控制)、可以自動尋找目標的儀器不久將投放市場，這可能使放樣設備與測量設備在概念上發生分離 ^[2]  。

2。按放樣工具對機助放樣進行分類

傳統的放樣工具主要是皮尺、花杆、經緯儀、水準儀、激光指向儀等。用這些工具放樣，其操作不能直接受計算機控制，其工作和偏離量的計算都必須藉助幹人工，由計算機控制人，通過人藉助這些工具找出待標定的點位或線位；或對某一點，由人去測定其位置，並通知計算機，再由計算機告訴人應作何調整。從這裏我們可以看到，用傳統工具放樣，計算機的控制作用只能到人，我們將這種放樣稱為第一類機助放樣方法 ^[2]  。

另一類放樣工具是各種電子測量設備，如電子經緯儀、電子水準儀、電子陀螺儀、全站儀等等。這些設備與放樣控制計算機接通，可以根據測量反饋信息與標準信息比較，手動將儀器置於正確位置。這裏數據採集和比較都是自動的，而調整儀器則必須通過人工手動，這種設備可以迅速獲得偏差值並及時自動控制立鏡人或施上者作出相應調整。我們將這種放樣稱為第二類機助放樣方法 ^[2]  。

第三類放樣工具是“受控全站儀”或 “測量機器人”一類設備。這類設備一旦輸入點位數據，可以由計算機控制的伺服電機自動將儀器光軸安置在正確的方向上，並在測距儀上自動安置應有的斜距，然後自動用某種信號將持鏡人引向正確的位置；或者，對於機器人類儀器，將直接自動向正確位置走去。例如由人或其它工具運載的C PS定位儀就可以通過不斷顯示偏差將人或運載裝置引向給定的位置。用這類高度自動化的標定設備進行工作我們稱之為第三類機助放樣方法。

另外，任意點設站極座標放樣將成為今後放樣工作的主要方法。本問題將在專門的文章中詳細討論 ^[2]  。

工程攝影是藉助象片來記錄、存貯信息，通常象片的處理方法可分為模擬法，解析法和模擬解析法 ^[3]  。

模擬方法即立體繪圖方法，可以採用航空攝影測量的全能型儀器，如Wild廠的A₁₀、AMU型，Zeiss廠的Topocart型及西德Zeiss廠PlanimatD₂型等。亦可以採用專為地面攝影測量而設計的儀器，如Wi1dA₄₀， Jena Zeiss Technacart及Zeiss Terragraph等。模擬方法可以繪製各種等值線圖，但由於儀器本身的限制(如焦距、偏角、傾角等)，往往不能直接處理交向攝影和非量測相機攝影的象片。如果採用解析測圖儀(如西德PlanicompC₁₀₀ )，則不受上述條件的約束，但該儀器價格昂貴，難以普遍使用。

隨着電子計算機的發展和普及，相片信息的處理除繪製線劃圖外，更多的是經過解析處理，獲得高精度的、大量物方點的空間座標。然後貯存入庫，根據需要再隨時調用 ^[3]  。

解析方法即通過數學運算(通常是使用電子計算機)獲得象片任意點的空間座標，由於數據處理、資料應用和貯存愈來愈方便，且精度高，日趨自動化，故解析法是工程攝影中的主要方法。它包含兩個內容：一是怎樣解決同名象點光線相交建立無扭曲模型；其次是解決模型與地面系統聯繫問題。而解決的方法通常是應用共線方程或者共面方程，也有其他形式，如“時間基線視差測量(偽視差法)方法”。解析法用於工程攝影中大都討論兩個攝影站(即一個象對)或三個攝影站，但有時特殊情況下亦有多站攝影(如四站攝影，將四個攝影站作為一個整體考慮)的問題 ^[3]  。

該法實際上是將前兩種方法結合起來，為解決某些工程(如建築模型)上的需要 ^[3]  。