1、东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室1第五章第五章 近景摄影测量的控制近景摄影测量的控制东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室25.1 近景控制的一般概念近景控制的一般概念n一、近景摄影测量中实施控制的目的一、近景摄影测量中实施控制的目的 1）是把所构建的近景摄影测量网纳入到给定的物方空间坐标系里。 2）是通过多余的控制(包括控制点或相对控制)加强摄影测量网的强度。 3）是通过多余的控制点或相对控制检查摄影测量的精度和可靠性。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室3二、控制点与相对控制
2、二、控制点与相对控制n 控制点控制点与相对控制相对控制是近景摄影测量使用的两类控制。n 控制点控制点通常是在被测目标上或其周围测定的己知坐标的标志点。控制点有三维控制点(X，Y，Z)、二维控制点(如X，Y)和一维控制点(如X)之分。控制点是近景摄影测量中最常用的控制手段。n 相对控制相对控制是指摄影测量处理中一些未知点间某种己知的几何关系。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室4 三、物方空间坐标系的定义方法三、物方空间坐标系的定义方法n将近景摄影测量网纳入到给定物方空间坐标系有不同方法。之所以存在多种方法，原因是近景摄影测量所测成果一般仅用于描述目标的形状
3、大小，而不注意它的“绝对位置”。q1、按控制点定义的物方空间坐标系q2、按物方距离定义的物方空间坐标系q3、按摄站到物方点距离定义的物方空间坐标系东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室5东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室6四、控制点的测定精度要求四、控制点的测定精度要求n设待定点的坐标中误差m由控制点坐标中误差m控和摄影测量中误差m摄两部分组成，即： m2= m控2+m摄2n为了使控制点坐标中误差m控对待定点坐标中误差m不构成影响，常取m控1/3 m摄的原则，来规定控制点的测定精度要求。面对某项任务，近景摄影测量中误差
4、m摄可预先得到估算，所以控制点的测定精度也能得以预先设计。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室75.2 控制点的一般测量方法与精度分析控制点的一般测量方法与精度分析n近景摄影测量实测中所得控制点的坐标近景摄影测量实测中所得控制点的坐标(X,Y,Z)。常常使用普通测量的方法测算。常常使用普通测量的方法测算。n作业步骤是：作业步骤是：q (1)以普通测量的前方交会解算其平面坐标(X，Y)；q (2)按“间接高程”的方法再解求其高程(Z)。n 需要指出，这里讨论的测量方法、适用于要求亚毫米精度的大多数近景摄影测量目标。那些精度要求较低者，可参照这里叙述的测量方法
5、以及常规测量方法稍加变通地实施。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室8一、测量原理一、测量原理东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室9 自测站自测站A和和B前方交会前方交会解求解求P点平点平面坐标为：面坐标为：BAXXAYBYYBAYYAXBXXBABAPBABAPcotcotcotcotcotcotcotcot 东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室10 若取物方空间坐标系原点与若取物方空间坐标系原点与A重合重合(XA=YA=0),且取且取Y轴与轴与AB的水平投影重合的水平投影重合(
6、YB=S,XB=0),则有则有:BASYBAASXPPcotcotcotcotcot 东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室11P点的高程点的高程:)tantan(21)(21BABAPabZZZ 东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室12二、精度分析二、精度分析1、平面精度分析)825()()(sin222222222 SbmSambamMBAp 注:m内角A或B的测角中误差； mA、mB测站点A与B的点位中误差。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室13)925()()cos(tan
7、22222 mSmmsh注：上式未考虑仪器高i和目标高v的影响。2、高程精度分析东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室14三、作业方法1、作业方法、作业方法 (1)近似量取两测站(A、B)间的距离S，读至cm就可以满足要求； (2)在物方空间适宜部位布置已知长度的距离MN，如3M长一级因瓦水准标尺、1m长的日内瓦尺，并且使MN处于水平状态； (3)自测站A与B按前述普通测量前方交会法，测定M、N以及各控制点的平面坐标(X，Y)； 东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室15 (4)求解比例尺归化系数： 此时还可以计算两测站A
8、与B间水平投影的实长S：22)()(/NMNMYYXXMN )1025( SS东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室16 (5)按下式计算各控制点的平面坐标： （6）按间接高程方法解求各控制点的高程。)1125( YYXXPP东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室175.4 室内三维控制场室内三维控制场 室内控制场，又称室内试验场，是室内建立的三维控制系统，系统内按一定规律布设有一群己知空间坐标的控制标志。 控制标志既可当控制点使用，多个控制标志之间又可设定为某种相对控制。 室内控制场是近景摄影测量工作的一项基本建设，对科
9、研与教学工作均很重要。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室18一、建立室内三维控制场的目的一、建立室内三维控制场的目的 1）用于近景摄影测量的有关研究，包括对新理论、新仪器和新方法的检验、摄影(摄像)方式的优化设计以及检验控制点数量、质量和分布对精度的影响等。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室19 (2)实测目标形状以及其运动状态 将被测静态目标置放于控制场内，可以使用普通测量的前方交会法或近景摄影测量法测定其大小与外形。 动态运动目标(或模型)的运动状态，可借助摄像头或高速摄影机予以测定。东南大学交通学院东南大学交
10、通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室20(3)检定摄影机及摄像机 摄影机或摄像机内方位元素及光学畸变的检定是近景摄影测量的一个重要工作方面，因为它们涉及到摄影瞬间光束形状的恢复。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室21二、室内三维控制场的布设二、室内三维控制场的布设n1、两种室内三维控制场东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室22东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室23n2三维室内控制场的一般布设原则 布设三维室内控制场至少应满足以下条件： (1)应布设足够数量(一般有数
11、十个或更多)的三维控制点标志； (2)控制点一般是均匀分布的，并且在三个坐标方向的分布上，均有足够的延伸 (3)为摄影机留有足够的拍摄活动空间； (4)最好安置两个(或以上)稳定的测墩、以测定并定期复查控制点坐标。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室24东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室25东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室265.5 活动控制系统活动控制系统 均匀分布有一定数量的二维或三维控制均匀分布有一定数量的二维或三维控制标志的可携带的轻型金属构架，称之为活动标志的可携带
12、的轻型金属构架，称之为活动控制系统。控制系统。 当同时对目标物及此活动控制系统摄影后，被测物自然即纳入它的坐标系内。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室27活动控制系统，常用于下列场合： (1)被测目标较小，为数众多、且目标处在不同位置； (2)不宜使用常规测量方法在现场施测控制； (3)用于长途运输后摄影机的检校。 活动控制系统自身，应具有坚固、不变形、携带方便等特点。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室28二、活动控制系统控制标志的三维测量方法 活动控制系统上各控制标志的三维坐标测量方法，一般有下列三种： (1)使
13、用室内控制系统的测墩，以普通工程测量的前方交会法测定。 (2)使用三维坐标量测仪，用接触法的触针测定。在一些大型企业(如大型汽车制造厂)，有不同种类的三维坐标量测仪可以使用。 (3)使用“景深法”测定（见教材）。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室29东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室30东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室31东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室325.7 相对控制的应用相对控制的应用n相对控制的定义：相对控制的定义： 摄影
14、测量处理中未知点间的已知几何关系。摄影测量处理中未知点间的已知几何关系。n有别于航空摄影测量，近景摄影测量可更方便地布置或选用相对控制。相对控制的引用，使控制手段多样化，对简化和减少控制工作和提高近景摄影测量工作质量有明显的作用。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室33n相对控制的两种方式：相对控制的两种方式：q把相对控制认作观测值 此时将相对控制所建立的误差方程式误差方程式，与像点坐标误差方程式一并解算，从而引进控制并加强所建模型的内部强度。q把相对控制认作真值 当把相对控制认作真值时，则提供了某种制约条件，并按带有制约条件制约条件的间接观测平差处理，从
15、而引进控制并加强所建模型的内部强度。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室34一、距离相对控制一、距离相对控制0)()()(2222, SrSiSrSiSrSiiriZZYYXXLF)675( LLLLtAV1、已知两摄站点间的距离 将L作为观测值，存在条件方程式：经线性化后列出误差方程： 将上式与像点坐标误差方程式联立进行整体平差,此处将实地测定的长度作为观测值参加整体平差,属于第一种相对控制第一种相对控制。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室35若将L作为真值，则可建立一条件方程式条件方程式：SSdSSdririri
16、GtC：FFLF 61610.2,矩矩阵阵形形式式为为 将上式作为制约条件,与像点坐标误差方程式一起,按附有制约条件的间接观测平差模型进行处理,相当于以第二种方式第二种方式使用此距离相对控制。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室36二、平面相对控制二、平面相对控制1、竖直平面相对控制 因竖直面VP的方程与Z值无关，则有：)1575(0)()(2112 YYXXYYXXiiii东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室37将（5-7-15）式按泰勒级数展开)1875()1675(01116611122112200 PPVVii
17、iiGXC：XXFXXFXXFYYFYYFYYFFF：FFF其矩阵形式为其矩阵形式为即即 将(5-7-18)作为制约条件与像点坐标误差方程式一并求解。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室382、水平平面相对控制 位于同一水平平面上的一群点的高程总是相等的，故有条件方程式：)2175()2075()()1975(011122101011 pphhiiiGXC：ZZZZZZ有矩阵形式有矩阵形式 将(5-7-21)作为制约条件与像点坐标误差方程式一并求解。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室393、任意平面相对控制)2475
18、()2375(0)()()()()()()()()(1111211131313121212111 ppiiiGXC：ZZYYXXZZYYXXZZYYXX矩阵形式为矩阵形式为 将(5-7-24)作为制约条件与像点坐标误差方程式一并求解。东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室40三、直线相对控制位于一直线上的一群未知点可用作直线相对控制。1、铅垂线相对控制 TiiVVViiYYXXXC：GXC：YYXX：lll111111000011)2675()2575(00121442 其中其中矩阵形式为矩阵形式为条件方程式为条件方程式为东南大学交通学院东南大学交通学院 摄
19、影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室412、任意方向直线相对控制)2875()2775(0)()(0)()(121992121121121121121121121 GXC：XXZZZZXXXXYYYYXX：ZZZZYYYYXXXX：iiiiiii仿前述的线性化过程有仿前述的线性化过程有即即条件式为条件式为东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室423、水平直线相对控制)3075()2975(0)()(01219921211211 llhhiiiGXC：XXYYYYXXZZ：线性化后有线性化后有条件方程式为条件方程式为东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量
20、与遥感教研室摄影测量与遥感教研室43四、角度相对控制)3375()3275()()()()()()()()()()3175(0cos2111991112322322322232312312312132212212212121312213212223 LXBV：，ZZYYXXLZZYYXXLZZYYXXL：LLLLL：，有有视作观测值视作观测值线性化并将角度线性化并将角度其中其中根据余弦定律有条件式根据余弦定律有条件式如图如图东南大学交通学院东南大学交通学院 摄影测量与遥感教研室摄影测量与遥感教研室44说明：说明：n 引用相对控制的方法，可以分作两种类型。n 一类是将具体量测数据(如距离、角度)看作观测值，这时首先要建立条件方程式，然后把它们转化为误差方程式（必要时需线性化)，使此误差方程式中所含的未知数仅包括外方位元素改正数t及目标点的物空间坐标改正值X，从而形成与像点坐标误差方程式相似的形式。相对控制所形成的误差方程式中的未知数，就是像点坐标误差方程式中的未知数，故未知数的数量并未增加。n 另外一类，则仅是建立制约条件，按附有制约条件的间接平差法计算。
