攝影測(cè)量實(shí)習(xí)報(bào)告

1、.攝影測(cè)量實(shí)習(xí)報(bào)告 單張影像空間后方交會(huì)程序設(shè)計(jì) 實(shí)習(xí)時(shí)間 2013.5.20-2013.5.24 學(xué)生班級(jí) 測(cè)繪10-2班 學(xué)生姓名 劉 航 學(xué)生學(xué)號(hào) 1072143212 所在院系 礦業(yè)工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 張會(huì)戰(zhàn) 邵亞琴 1、 實(shí)習(xí)目的1 深入理解單片空間后方交會(huì)的原理，體會(huì)在有多余觀測(cè)情況下，用最小二乘平差方法編程實(shí)現(xiàn)解求影像外方位元素的過(guò)程。2 掌握空間后方交會(huì)的定義和實(shí)現(xiàn)算法(1) 定義：空間后方交會(huì)是以單幅影像為基礎(chǔ)，從該影像所覆蓋地面范圍內(nèi)若干控制點(diǎn)的已知地面坐標(biāo)和相應(yīng)點(diǎn)的像坐標(biāo)量測(cè)值出發(fā)，根據(jù)共線條件方程，解求該影像在航空攝影時(shí)刻的外方位元素Xs，Ys，Zs，。(2) 算法：由

2、于每一對(duì)像方和物方共軛點(diǎn)可列出2個(gè)方程，因此若有3個(gè)已知地面坐標(biāo)的控制點(diǎn)，則可列出6個(gè)方程，解求6個(gè)外方位元素的改正數(shù)Xs，Ys，Zs，。實(shí)際應(yīng)用中為了提高解算精度，常有多余觀測(cè)方程，通常是在影像的四個(gè)角上選取4個(gè)或均勻地選擇更多的地面控制點(diǎn)，因而要用最小二乘平差方法進(jìn)行計(jì)算。3. 利用Visual C+或者M(jìn)atlab（或其他熟悉的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言）編寫(xiě)一個(gè)完整的單片空間后方交會(huì)程序，通過(guò)對(duì)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，輸出像片的外方位元素并進(jìn)行評(píng)定精度。4通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)單張影像空間后方交會(huì)計(jì)算，掌握非線性方程線性化的過(guò)程、相應(yīng)數(shù)據(jù)讀入與存儲(chǔ)的方法以及迭代計(jì)算的特點(diǎn)，鞏固各類基礎(chǔ)課程及計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)

3、內(nèi)容，培養(yǎng)上機(jī)調(diào)試程序的動(dòng)手能力，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，增強(qiáng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決專業(yè)實(shí)際問(wèn)題的能力。二、實(shí)習(xí)環(huán)境1硬件環(huán)境：Window操作系統(tǒng)2軟件環(huán)境：VC+或Matlab或其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言三、實(shí)習(xí)內(nèi)容利用一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)，根據(jù)共線條件方程求解像片外方位元素并進(jìn)行精度評(píng)定。4、 實(shí)習(xí)原理以單幅影像為基礎(chǔ)，從該影像所覆蓋地面范圍內(nèi)若干控制點(diǎn)的已知地面坐標(biāo)和相應(yīng)點(diǎn)的像坐標(biāo)量測(cè)值出發(fā)，根據(jù)共線條件方程，求解該影象在航空攝影時(shí)刻的像片外方位元素 Xs，Ys，Zs，。共線條件方程如下：其中：x,y為像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)；x0,y0,f為影像的外方位元素；Xs,Ys,Zs為攝站點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)；X,Y,

4、Z為物方點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)；2精度評(píng)定 其中輸入原始數(shù)據(jù)歸算像點(diǎn)坐標(biāo)x,y計(jì)算和確定初值Xs0, Ys0, Zs0, 0,0,0組成旋轉(zhuǎn)矩陣R計(jì)算（x），（y）和lx，ly逐點(diǎn)組成誤差方程并法化所有點(diǎn)完否？解法方程，求未知數(shù)改正數(shù)計(jì)算改正后外方位元素未知數(shù)改正數(shù)<限差否？整理并輸出計(jì)算結(jié)果正常輸出 迭代次數(shù)小于限差否？輸出中間結(jié)果和出錯(cuò)信息非正常結(jié)束程序框圖五、實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)1點(diǎn)位略圖3 9 5 81 76 12 5 84 102模擬像片一對(duì)：左片號(hào)233像片比例尺： 1/300004航攝機(jī)主距：f=150mm5每張像片有4個(gè)控制點(diǎn) 6各片像點(diǎn)坐標(biāo)及其地面坐標(biāo)片號(hào)點(diǎn)號(hào) 像點(diǎn)坐標(biāo)（mm） 地面坐標(biāo)

5、（m） x y X Y Z23 1 -91.596 -74.859100000.00137500.0011.00 3 -94.230 81.446100000.00142500.0036.00 7 95.207 -75.521106000.00137500.0042.00 9 96.797 83.077106000.00142500.0056.0024 4-102.695 -79.618103000.00137500.0090.00 6 -99.904 81.754103000.00142500.0031.0010 86.890 -77.540109000.00137500.00 7.0012

6、 88.904 76.257109000.00142500.00 5.00六、驗(yàn)證數(shù)據(jù)1已知航攝儀內(nèi)方位元素f153.24mm，XoYo0。2已知4對(duì)點(diǎn)的影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo) 影像坐標(biāo)地面坐標(biāo)x（mm）y（mm）X(m)Y（m）Z(m)1-86.15-68.9936589.4125273.322195.172-53.4082.2137631.0831324.51728.693-14.78-76.6339100.9724934.982386.50410.4664.4340426.5430319.81757.31 3解算結(jié)果 4.數(shù)據(jù)分析 選取第六張像片進(jìn)行計(jì)算，迭代次數(shù)為2次。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，計(jì)算出

7、的6個(gè)外方位元素與所給參考值相比，相差很小，計(jì)算結(jié)果符合要求：線元素誤差小于0.5米；角元素誤差30秒。計(jì)算其精度，可以通過(guò)法方程式中未知數(shù)的系數(shù)矩陣的逆陣A-1來(lái)求解，此時(shí)，視像點(diǎn)坐標(biāo)為等精度不相關(guān)觀測(cè)值。線元素精度mx等，高于0.05米；角元素精度高于0.00003弧度。計(jì)算結(jié)果都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在此次計(jì)算中，我運(yùn)用了所給的全部控制點(diǎn)，而空間后方交會(huì)所運(yùn)用的控制點(diǎn)，應(yīng)該避免位于一個(gè)圓柱面上，否則會(huì)出現(xiàn)解不唯一的情況。選點(diǎn)時(shí)，還需要避免選擇的點(diǎn)過(guò)于聚集在一起，或位于一條直線上，所選控制點(diǎn)最好分布在像片的四角和中央。并且數(shù)量充足，這樣有利于提高解算精度。迭代時(shí)，所選擇控制條件不同，迭代次數(shù)略有不同，

8、所以最后結(jié)果也會(huì)略有不同。一般設(shè)置為線元素改正數(shù)小于0.01m，角元素改正數(shù)小于0.1´。 所提供X Y Z為地面測(cè)量坐標(biāo)，帶入共線方程時(shí)，需要轉(zhuǎn)換為地面攝影測(cè)量坐標(biāo)，最簡(jiǎn)單的方法為互換XY的數(shù)值，即可達(dá)到轉(zhuǎn)換坐標(biāo)目的。并且其單位為米，而像點(diǎn)坐標(biāo)的單位為厘米，需要統(tǒng)一坐標(biāo)單位。七、程序輸入文件形式如下：C+源程序如下：#include <iostream>#include <fstream>#include <cmath>#include <string>#include <iomanip>using namespace s

9、td;const int n=6;void inverse (double cnn);template<typename T1,typename T2>void transpose (T1*mat1,T2*mat2,int a,int b);template<typename T1,typename T2>void multi(T1*mat1,T2 * mat2,T2 * result,int a,int b,int c);template<typename T>void input (T*mat,int a,int b);template<typen

10、ame T>void output(T*mat,char*s,int a,int b);int main()ofstream outFile;cout.precision(5);double x0=0.0, y0=0.0; double fk=0.15324; /內(nèi)方位元素double m=39689; /估算比例尺 double B45=0.0,R33,XG61,AT68,ATA66,ATL61;input (B,4,5); /從文件中讀取控制點(diǎn)的影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)，存入數(shù)組Bdouble Xs=0.0, Ys=0.0, Zs=0.0,Q=0.0,W=0.0,K=0.0; double

11、 X,Y,Z,L81,A86; /確定未知數(shù)的出始值for(int i=0;i<4;i+)Xs=Xs+Bi2; Ys=Ys+Bi3; Zs=Zs+Bi4;Xs=Xs/4; Ys=Ys/4; Zs=Zs/4+m*fk;int f=0;do/迭代計(jì)算f+;/組成旋轉(zhuǎn)矩陣 R00=cos(Q)*cos(K)-sin(Q)*sin(W)*sin(K); R01=-cos(Q)*sin(K)-sin(Q)*sin(W)*cos(K); R02=-sin(Q)*cos(W); R10=cos(W)*sin(K); R11=cos(W)*cos(K); R12=-sin(W); R20=sin(Q)*

12、cos(K)+cos(Q)*sin(W)*sin(K); R21=-sin(Q)*sin(K)+cos(Q)*sin(W)*cos(K); R22=cos(Q)*cos(W); /計(jì)算系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng) for(int i=0,k=0,j=0;i<=3;i+,k+,j+) X=R00*(Bi2-Xs)+R10*(Bi3-Ys)+R20*(Bi4-Zs);Y=R01*(Bi2-Xs)+R11*(Bi3-Ys)+R21*(Bi4-Zs);Z=R02*(Bi2-Xs)+R12*(Bi3-Ys)+R22*(Bi4-Zs); Lj0=Bi0-(x0-fk*X/Z);Lj+10=Bi1-(y0-fk*Y

13、/Z);j+;Ak0=(R00*fk+R02*(Bi0-x0)/Z;Ak1=(R10*fk+R12*(Bi0-x0)/Z;Ak2=(R20*fk+R22*(Bi0-x0)/Z;Ak3=(Bi1-y0)*sin(W)-(Bi0-x0)*(Bi0-x0)*cos(K)-(Bi1-y0)*sin(K)/fk+fk*cos(K)*cos(W);Ak4=-fk*sin(K)-(Bi0-x0)*(Bi0-x0)*sin(K)+(Bi1-y0)*cos(K)/fk;Ak5=Bi1-y0;Ak+10=(R01*fk+R02*(Bi1-y0)/Z;Ak+11=(R11*fk+R12*(Bi1-y0)/Z;Ak+

14、12=(R21*fk+R22*(Bi1-y0)/Z;Ak+13=-(Bi0-x0)*sin(W)-(Bi1-y0)*(Bi0-x0)*cos(K)-(Bi1-y0)*sin(K)/fk-fk*sin(K)*cos(W);Ak+14=-fk*cos(K)-(Bi1-y0)*(Bi0-x0)*sin(K)+(Bi1-y0)*cos(K)/fk;Ak+15=-(Bi0-x0);k+;transpose(A,AT,6,8);multi(AT,A,ATA,6,8,6);inverse(ATA);multi(AT,L,ATL,6,8,1);multi(ATA,ATL,XG,6,6,1);Xs=Xs+XG0

15、0; Ys=Ys+XG10; Zs=Zs+XG20;Q=Q+XG30; W=W+XG40; K=K+XG50;while(XG30>=6.0/206265.0|XG40>=6.0/206265.0|XG50>=6.0/206265.0);cout<<"迭代次數(shù)為："<<f<<endl;/精度評(píng)定double AXG81,V81,VT18,VTV11,m0,D66;multi(A,XG,AXG,8,6,1); for( i=0;i<8;i+) /計(jì)算改正數(shù)Vi0=AXGi0-Li0; transpose (V,VT,

16、1,8); multi(VT,V,VTV,1,8,1); m0=VTV00/2;for(i=0;i<6;i+)for(int j=0;j<6;j+)Dij=m0*ATAij;/屏幕輸出誤差方程系數(shù)陣、常數(shù)項(xiàng)、改正數(shù)output(A,"誤差方程系數(shù)陣A為：",8,6);output(L,"常數(shù)項(xiàng)L為：",8,1);output(XG,"改正數(shù)為：",6,1);outFile.open("aim.txt",ios:app); /打開(kāi)并添加aim.txt文件 outFile.precision(10);/以文

17、件的形式輸出像片外方位元素、旋轉(zhuǎn)矩陣、方差陣outFile<<"一、像片的外方位元素為："<<endl<<endl;outFile<<setw(10)<<"Xs="<<Xs<<setw(10)<<"Ys="<<Ys<<setw(10)<<"Zs="<<Zs<<endl;outFile<<setw(20)<<"航向傾角為：&quo

18、t;<<Q<<setw(10)<<"旁向傾角為："<<W<<setw(10)<<"像片旋角為："<<K<<endl;outFile<<endl<<"二、旋轉(zhuǎn)矩陣R為:"<<endl<<endl;for( i=0;i<3;i+)for(int j=0;j<3;j+)outFile<<setw(25)<<Rij<<setw(25);outFile&l

19、t;<endl;outFile<<endl;outFile<<setw(0)<<"三、精度評(píng)定結(jié)果為："<<endl;outFile.precision(5);for(i=0;i<6;i+)for(int j=0;j<6;j+)outFile<<setw(14)<<Dij<<setw(14);outFile<<endl;outFile.close();return 0;template<typename T1,typename T2>void tra

20、nspose(T1*mat1,T2*mat2,int a,int b) int i,j; for(i=0;i<b;i+) for(j=0;j<a;j+)mat2ji=mat1ij;return;template<typename T1,typename T2>void multi(T1*mat1,T2 * mat2,T2 * result,int a,int b,int c) int i,j,k;for(i=0;i<a;i+)for(j=0;j<c;j+)resultij=0;for(k=0;k<b;k+)resultij+=mat1ik*mat2kj

21、;return;template <typename T>void input (T*mat,int a,int b) ifstream inFile;inFile.open("控制點(diǎn)坐標(biāo).txt");while(!inFile.eof()for (int i=0;i<a;i+) for(int j=0;j<b;j+)inFile>>matij;inFile.close();return;template<typename T>void output(T*mat,char*s,int a,int b) cout<<

22、setw(15)<<s<<endl;for(int i=0;i<a;i+)for(int j=0;j<b;j+) cout<<setw(13)<<matij;cout<<endl;return;void inverse(double cnn) int i,j,h,k; double p; double qn12; for(i=0;i<n;i+)/構(gòu)造高斯矩陣 for(j=0;j<n;j+) qij=cij; for(i=0;i<n;i+) for(j=n;j<12;j+) if(i+6=j) qij=1; else qij=0; for(h=k=0;k<n-1;k+,h+)/消去對(duì)角線以下的數(shù)據(jù) for(i=k+1;i<n;i+) if(q