测绘数字化研究

李玉香 陈彩红

摘 要：近几年来随着经济与科技的发展，测绘环境已步入数值化的领域，各项公共建设不断地进行着，且各个工程规划及施政决策都极需大量完整的空间信息，再加上地理信息系统的应用业已日益普及化，大量精确地理信息的提供也越显重要；而传统航测作业必须完全依赖及使用特别设计的仪器，如立体测绘仪。如今，计算机科技的快速发展，测绘系统已逐渐发展成为全数字化的技术，无论在容量或速度上均有能力来处理大量的影像数据，这显示我们可以发展特殊的计算机软件取代传统昂贵的机械电子式航测仪器，所以本文开发一套架构于AutoCAD系统上的立体测绘系统，使绘制地图形操作程序更加简便。

关键词：精确测绘 数字系统 研究

中图分类号：F293 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0079-02

为了将测绘系统自动化，近年来，测绘也逐渐由模拟像片的型态转为数值影像的方式来测绘。而就数字测绘而言，其对影像点位坐标测绘为主要工作之一，像点的辨认及坐标的测绘，一直是测绘中最基础且重要的工作，测绘精度的好坏，将会影响计算结果的品质。因此将航测照片数化后的影像做测绘，仍然以传统的解析观念作为解算的依据。

本研究采用解析计算法，基本构架为应用HelavaTypeAP的承片形态，像片坐标以x'，y'（左片）；x"，y"（右片）方式读取，并引用imagespaceplotter以像空间坐标为主的解析计算观念，作为计算的基础。

1 系统架構

数化阶段可由影像扫描仪（Scanner）将航空照片扫描后，制成图像文件储存于光盘上，以供测绘之用。测绘阶段主要有观察的硬件设计以及程式撰写的软件开发，此阶段于AutoCAD系统上观察与测绘，并建立方位元素即转换参数的参数模块文件，以供使用。图形显示与编辑阶段于AutoCAD系统上做立体测绘再经由所建立的参数模块文件计算物空间坐标，然后显示图形并做修图工作。最后成图输出阶段就借由绘图机（或印表机）直接处理。

1.1 立体影像观察的设计

本系统立体影像观察镜的设计，仍然采用传统航测光学立体镜的形式，将原本直立式的反光立体镜，转90°成水平于计算机屏幕前观察影像，以达到左眼看左片，右眼看右片的目的。

立体镜的研发概念，配合作业过程的要求，以组合式完成，设计说明如下。

（1）反光立体镜。一般若使用简易立体镜做观察，将重叠影像依航线方向作成立体像对进行立体观察时，二张影像在共轭区会形成影像本身重叠的现象，必须交互翻转左右影像方可观察到被遮蔽部分的立体影像，在观测时会造成相当的困难。为了能够观察到重叠区内的全部立体影像，使用反光立体镜，反光立体镜组合反光立体镜内含一对反射棱镜（或反射镜）m及m'以及一对翼镜M及M'，每一面镜子与像平面的交角为45°。反光立体镜最大的好处在做航摄像片的立体观察时，二张影像可完全分开，以便观察重叠区内的全部影像，可避免遮蔽的缺点。

（2）脚螺旋。进行立体观察时，除了要左眼看左像，右眼看右像之外，尚须确保相对应的视线能在空间交会，即相应像点间无纵视差（Y-Parallax），因此设计三个角螺旋来调整水平状态，使得眼基线能与航线方向平行，消除Y视差。

（3）反光立体镜基座。反光立体镜若只架于三个脚螺旋上，高度还是无法达到能够观测到屏幕上的影像，于是将三脚架的架首取其一部分当反光立体镜基座，以提高观察时的高度。

本研究作业时计算机屏幕为19寸，且反光立体镜整体高度设计成恰好能够观测屏幕中央。反光立体镜安置于计算机屏幕前，调整三个脚螺旋使眼基线与航线方向平行，以消除Y视差，观察左右影像以达到立体的效果。

1.2 系统软件构成

本研究的软件以VisualBasic6.0、AutoCAD内的AutoLISP与VBA程序语言撰写而成，最后将所有过程中会使用到的功能新增于AutoCAD的系统上，取名为“立体测绘系统”，在AutoCAD菜单上多了一项“立体测绘系统”的菜单，而各项功能说明如下。

（1）平移。将所选取的对象，以键盘W（上）X（下）A（左）D（右）控制移动方向，应用于将两影像飞行方向成一水平线与移动浮测标时。

（2）旋转。将所选取的对象，选择一点为旋转中心，再以键盘A（逆时钟）D（顺时钟）控制旋转方向，应用于将两影像飞行方向成一水平线时。

（3）浮测标。对于浮测标的设计，传统的模拟和解析制图仪，浮测标是不动的，移动的是承影盘，但考虑现有的接口设备，采取影像不动，移动浮测标的方式，其效果是一样的，应用于图形测绘时。

（4）测绘影像坐标。测绘影像坐标，应用于测绘影像框标坐标以做坐标转换，测绘方位点坐标以做相对方位计算。

（5）参数模块文件。参数模块文件PMF（ParameterModelFile），以窗口功能的方式开启，并由交谈式的提示操作，极为简便。

PMF主菜单说明如下。

（1）档案：档案编辑与打印。

（2）测绘系统：建立参数模块文件。

（3）地面坐标：计算测绘像面坐标档的地面坐标。

（4）说明：读取档案方式说明。

（5）结束：离开主程序。

测绘系统功能说明如下。

（1）坐标转换：将左右率定框标坐标与测绘框标坐标做坐标转换。

（2）改正参数：选择参数（透镜畸变差、大气折光差与地球曲率差）与输入焦距。

（3）方位元素：做相对方位计算，得，by，bz，ω，Φ，。

（4）模型坐标：计算得到光学模型坐标。

（5）七参数转换：做绝对方位计算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。

（6）参数模块文件：建立影像像对的参数模块文件。

2 系统操作

2.1 操作系统概述

操作系统的设计主要分成参数模块文件建立与图形测绘两部分。

参数模块文件包括如下。

（1）模型编号。

（2）坐标转换参数。

（3）透镜畸变差、大气折光差与地球曲率差（0表示不修正，1则修正）与修正量。

（4）摄影机焦距。

（5）共面式相對方位元素。

（6）绝对方位转换七参数。

操作说明如下。

（1）测绘影像坐标。

开启AutoCAD系统：①加载立体像对的图像文件（左片与右片），应用新增的“立体测绘系统/平移与旋转”功能使两影像飞行基线成一直线，并存文件，等参数模块文件建立完成后，进行图形测绘时，不必非得一次就完全绘制完成，不管何时只要加载所储存*.DWG檔，即可呼叫出立体像对的图像文件，再配合此立体像对的参数模型文件就可测绘图形，极为方便。②执行“立体测绘系统/影像坐标”功能，测绘左右像框标点以做坐标转换与测绘左右像方位点坐标来进行相对方位计算。

（2）参数模块文件建立。

开启PMF系统：①执行“内方位建立＼坐标转换”：输入左右像框标点率定坐标，可由档案读取。输入测绘框标点坐标档，进行坐标转换，将计算所得的左右像转换参数存于“Tran模型编号.txt”档中。②执行“内方位建立＼改正参数”：选择改正参数（透镜畸变差、大气折光差与地球曲率差）及输入焦距，并将其改正参数模式与改正量存于“Redu模型编号.txt”档中。

2.2 相对方位计算

（1）执行“相对方位计算＼方位元素”。①输入左右影像方位点坐标文件，读取“Tran模型编号.txt”档，经过转换参数可得方位点的像面坐标，再读取“Redu模型编号.txt”文件进行改正参数修正系统误差即可得到改正后的左右方位点像面坐标，最后储存于“Coor模型编号.txt”档中。②输入相对方位计算初值、精度和循环数，并令bx=90与读取“Coor模型编号.txt”档进行相对方位计算，计算得，by，bz，ω，Φ，，并存于“Five模型编号.txt”档中。

（2）执行“相对方位计算＼模型坐标”。输入模型编号计算模型坐标，读取“Coor模型编号.txt“档与“Five模型编号.txt”计算模型坐标并储存于“ModelCoor模型编号.txt”档中。

2.3 绝对方位计算

（1）执行“绝对方位计算＼七参数转换”。

输入控制点地面坐标档、精度与回圈数，读取“ModelCoor模型编号.txt”档进行绝对方位计算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。存于“Seven模型编号.txt”档中。

（2）执行“绝对方位计算＼参数模块文件”。

输入模型编号建立参数模块文件，读取“Tran模型编号.txt”档、“Redu模型编号.txt”档、“Five模型编号.txt”档与“Seven模型编号.txt”文件，储存于“Parameter模型编号.txt”档中。

（3）图形测绘。

于AutoCAD系统进行图形测绘，经由反光立体镜观察影像并配合浮测标的设计以测绘左右像的影像坐标，再借由所完成的参数模组档的转换参数即可得到实际的地面坐标，绘制成图，立即显示于AutoCAD系统上，最后再做整体的图形编修与标示。

3 结语

AutoCAD坐标系转为像面坐标系的平面坐标转换采用六参数转换，且只选择4个框标点计算转换参数，而现在一些航照图框边增加了十字标点，可测绘更多标点，并可配合多考虑一些参数进行转换，参数转换或十六参数转换，以求得更精准的像面坐标。在进行图形测绘时，采用反光立体镜进行绘图，仅一套观测系统。因此可朝向开发互补色/液晶立体镜代替反光立体镜，亦可适用于本系统。

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