航空摄影测量的基础知识

质检猿

一、航空摄影

    定义：空中摄影是利用飞机或其它飞行器（如气球、人造卫星和宇宙飞船等），在其上装载专门的摄影机对地面进行摄影而获得像片，其中用飞机进行空中摄影的叫航空摄影。航空摄影具有以下优点：
    （1）可以居高临下地观察；
    （2）航片能把观察到的各种地面特征在同一时间里客观地记录下来；
    （3）记录动态现象；
    （4）航片是现状的永久性记录，且有充裕时间来仔细研究，可将外业现场搬至室内探讨；
    （5）提高空间分辨率。
    1、摄影方式
    按摄影机镜头主光轴的方位不同，摄影方式分为垂直摄影和倾斜摄影两种。镜头主光轴处于铅垂位置的摄影称为垂直摄影，实际上，很难控制摄影机主光轴的铅垂，常含有微小的倾斜角，只要倾角小于2度都称之为垂直摄影。镜头主光轴偏离铅垂直位置的倾斜角大于2度时就称之为倾斜摄影。
    2、对航空像片的要求
    （1）影像呈像清晰、色调一致、反差适中。
    （2）一条航线上相邻两张像片应有一定的重叠影像，一般要求55%-65%的重叠度。相邻航线之间的影像重叠，称为旁向重叠，要求有30%左右的重叠度。
    （3）航摄像片倾斜角应越小越好，一般不应大于2度，个别最大倾斜角不应超过3度。
    （4）航线弯曲最大偏离值与航线全长之比不大于3%。
    3、像片比例尺
    像片上某两点间的距离与地面上相应两点的水平距离之比，叫像片比例尺。通常用表示：       
    ——摄影镜头的焦距； ——镜头中心相对于地面的高度，称为相对航高。
    由于各种因素的综合影响，蛇形时飞机不可能始终保持同样的高度，地面也总有起伏，航高并不一致，因而像片上各部分的比例尺亦是不一致的。

二、航空摄影的投影方式

1、中心投影：空间任意一点M 与一固定点S的连线（或其延长线）被一给定的平面P所截时，则此直线与平面的交点m，就叫做M点的中心投影。M 点称物点，S点称投影中心，m点为点M的像。MS为投影光线，P为投影面。按中心投影定义知：物点M、像点m和投影中心S这三点是共线的。位置关系如图：

m点位于M点和S点之间          M点位于m点和S点之间          S点位于M点和m点之间。
    前两种情况得到的影像叫阳位像，第三种情况叫阴位像。摄影时物镜中心就是投影中心；摄影底片就是投影面，摄影影像就是被摄地面的中心投影。
2、中心投影成像规律
         

三、航空像片上的特征点和线
               
    P为倾斜像面，S为镜头中心，P0为过S的水平面，P0与P所夹的二面角α是像片倾斜角。
    像主点（o）：航空摄影机主光轴SO与像面的交点，称为像主点。
    像底点（n）：通过镜头中心S的地面铅垂线（主垂线）与像面的交点，称为像底点。
    等角点（c）：主光轴与主垂线的夹角是像片倾斜角α，像片倾角的平分线与像面的交点称为等角点。当地面平坦时，只有以等角点为顶点的方向角，才是地面与像片上对应相等的角度。
    主纵线与主横线：包括主垂线与主光轴的平面称为主垂面，主垂面与像面的交线VV称为主纵线，它在像片上是通过像主点和像底点的直线。与主纵线垂直且通过像主点的h0h0称为主横线。主纵线与主横线构成像片上的直角坐标轴。
    等比线：通过等角点且垂直于主纵线的直线hch0称为等比线。在等比线上比例尺不变。在水平像片上，像主点、像底点和等角点重合，主横线和等比线重合于交点o上。

四、像片倾斜引起的像点位移

   若航空摄影时，像面未能保持水平，将因投影面倾斜，而使像的位置发生变化，这就是因像片倾斜引起的像点位移。当倾斜角很小时，这种误差是不易观察出来的。
    P0与P为同一摄影站的水平像片和倾斜像片，地面上任意点A在水平像片和倾斜像片的像点分别为a0和a，c为等角点，hchc为等比线。为研究像点a的位移，假设将像面P0以等比线为轴旋转α角，使之与P重合，便可看出a与a0不重合，设αa0=δa，ca=rc，因像片倾斜所产生的像点位移δα，可用下式表示：
                  
    式中：rc（向径）为倾斜像片上像点到等角点的距离，φ为等比线与像点向径之间夹角；α为像片倾斜角；f为航摄机焦距。
    根据上述，可得出倾斜误差的几点规律：
    (1)斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。
    (2)倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比。
    (3)当φ=0°或φ=180°，δα=0，即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移。
    (4)当φ=90°或φ=270°时，｜sinφ｜=1，即在主纵线上像点倾斜误差最大。
    (5)当φ角在0—180°之间，像点向着等角方向移动；当φ角在180—360°之间，像点背着等角点方向外移动。因此，水平像片上的矩形图形，在倾斜像片上则变为梯形。它以等比线为界，包含像主点部分，图形变小；包含像底点部分，图形变大。

五、地面起伏引起的像点位移

高于地面的烟囱、水塔、电杆等竖直物体，在地形图上的位置为一点，但在航片上的影像则往往不是一点，而是一条小线段。同理，当地面点高于或低于基准面时，在像片上，其影像虽是一点，但与其在基准面上垂直投影的点的影像相比，却产生了一段直线位移,这种像点为一称为投影误差。通常以测区地面的平均高称为航高起算面，也即基准面。投影误差分为因地形起伏引起的像点位移称为像片投影差核对应在地面部分为地面投影差。
地形起伏引起的像点位移的规律：
    (1)地面起伏所产生的投影误差在像点与像底点的连线上；
    (2)投影误差与像点到像底点的距离成正比；
    (3)像底点不产生投影误差；
    (4)地面高低起伏愈大，投影误差愈大；
    (5)航高愈大，投影误差愈小。