浅谈摄影测量技术的发展历程及未来趋势

张彦会

（中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199）

摄影测量技术是借助航空飞行器和辅助测量设备对被测目标进行摄影获取被测目标的影像数据，基于数据处理软件和平台对影像数据进行处理，获取被测目标形状、大小、空间位置、纹理信息等地理信息属性的一种测绘技术[1-2]。随着科学技术的快速发展，我国测绘技术也在不断进步，尤其是摄影测量技术的应用与革新发展，在实际测绘地理信息行业中展现了巨大优势，成为我国国民经济建设和现代数字化、智能化城市建设的最主要测绘手段[1-2]。然而，随着科技的不断进步，现代国民经济建设、数字化城市向智能化城市发展，以及智能化测绘体系构建对摄影测量技术提出了更高的应用和发展要求，即技术手段的智能化、地理信息数据的高效率和高质量、地理信息数据的多样性等[3]。摄影测量技术如何在现代化科技引领下，在智能化测绘体系构建契机下，在技术装备、智能化领域、测绘技术方法、地理信息数据获取和资源共享等方面逐渐进行革新和发展，成为摄影测量技术应用与发展亟待解决的问题。

1 摄影测量技术的发展历程

20 世纪初，北洋大学利用摄影经纬仪进行建筑摄影测量试验，1931 年浙江省水利局首次开展航空摄影，至现在无人机航测、高精度遥感技术的应用，我国航空摄影测量技术经历了一个漫长的发展过程。至20 世纪中期，计算机的出现，以及计算机技术与自动化技术的高速发展和广泛应用，摄影测量技术也迎来了快速发展和技术提升转变的契机。而进入20 世纪末期，基于全数字自动测图软件的生成和应用，摄影测量逐步进入数字摄影测量阶段，而随着先进科技、计算机科学与摄影测量的不断交叉，数字摄影测量在信息提取、影像识别、数据分析、资源共享等方面均得到了质的飞跃，已然成为测绘地理信息产业发展的重要技术方法。

根据摄影测量技术手段的不同，摄影测量技术经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量3 个阶段。模拟摄影测量是利用光学或机械方法模拟摄影过程，即根据摄影位置、姿态和相互关系构建几何模型，基于此对被测对象进行量测；解析摄影测量是基于计算机技术对摄影测量复杂的几何模型构建进行解算和数值计算；数字摄影测量是基于计算机技术和自动化技术，根据摄影测量和遥感获取数据中的采集数字化影像信息，通过计算机技术对采集的信息进行处理、分析，进而对被测对象的几何、纹理特性等属性进行解析，从而获取数字产品以及实现被测对象的可视化呈现等。

对于摄影测量技术来说，摄影测量技术设备的科技提升也是摄影测量技术能够广泛应用于现代测绘地理信息多领域的关键，尤其是遥感技术、无人机摄影测量技术的发展。遥感技术可以成为广义的摄影测量技术，是基于搭载在卫星、飞机或者其他飞行器上的遥感器收集地物目标的电磁辐射信息，从而对目标进行探测和识别的技术。无人机摄影测量技术是目前常规测绘地理信息领域应用最广泛的测绘技术，结合了无线电遥控设备或机载计算机远程控制飞行等系统及全自动化摄影测量、GPS 自动定位等先进技术，实现航测遥感数据的快速获取与同步处理，灵活性高，效率和精度较常规摄影测量都有很大提升，作业成本也极大降低，适用领域和地域较多，数据生成和地理信息获取的时间周期短[4]。尤其是无人机倾斜摄影测量的出现，一台无人机上搭载多台传感器，可以从不同角度对被测对象进行影像信息采集，配合定位定姿系统（Position and Orientation System，POS） 高精度定位技术，可以获取被测对象任何位置的地理信息三维数据，可以对影像任何位置进行三维量测，获取高精度的三维地理信息数据，并通过计算机技术和相关软件自动生成三维地理信息模型，广泛应用于城市地图构建、土石方量计算、地质环境勘探、三维可视化管理平台建设等多方面，极大拓宽了测绘地理信息技术应用领域[5]。

2 当前摄影测量技术存在的问题

摄影测量技术是基于影像对被测目标进行解译分析，从而获取相关属性信息的测绘技术，虽然现有摄影测量技术已经成为测绘地理信息领域的主要技术方法，但因数据处理技术、智能化水平、设备设施等的不足，仍旧存在一定问题。

1） 免像控问题。共线方程是摄影测量技术最为关键的数学模型，如何构建被测目标和相机之间在规定坐标系统中的共线方程、如何构建几何计算机的投影方程是摄影测量技术的关键，这就需要将像控点作为计算桥梁。虽然免像控技术作为近年来新出现的一种测量作业模式，在摄影测量技术中可以整体提高作业效率，但在实际应用中，免像控摄影测量技术无法达到地籍或地形测量的精度标准。

2） 平台、载体、软件集成度低。摄影测量设备可以分为相机、搭载平台、数据处理软件等，虽然目前市场上摄影测量产业链较为饱和，但摄影测量整体产业的集成度较低，往往一套摄影测量设备中，相机、飞行平台、数据处理软件等都有可能出自不同的厂商，导致系统整体的运行效率、客户体验等不高，且在数据处理过程中可能存在因集成问题而导致的数据处理系统混乱、影像信息获取不准确且效率较低等现象。

3） 信息的提取和数据的处理不够精确。无人机倾斜摄影测量技术颠覆了以往正射投影摄影测量技术只能从垂直角度拍摄的局限，可以对被测目标进行多角度的影像采集，不仅能够真实反映被测目标的情况，高精度的获取纹理信息还可以通过定位、融合、建模等技术，生成较为真实的三维模型。但生成的三维模型是以平面投影为基础，当地面是个坡面时，模型相对真实目标就会发生变形，从而无法对目标进行有效测量。

4） 摄影测量技术应用场景单一，无法兼顾。目前，最普遍的摄影测量技术应用的载荷是单相机；而为了满足倾斜摄影测量需要，还需要配备五镜头的倾斜摄影相机，但本质上都是单相机的集成。但在实际应用中，单相机只能用来做二维正射，多镜头相机用来做三维倾斜摄影测量。在野外实际测量中，为了不同的测量需要，必须对相机进行更换，两者应用场景独立单一，性价比低。

3 摄影测量技术的发展趋势

基于现有摄影测量技术存在的问题，以及国民经济建设发展需求、现代数字化和智能化城市建设对摄影测量技术的数据获取、处理、存储、共享等方面在时间上、空间上、数据质量上提出的更高要求，摄影测量技术应当把握智能化测绘体系构建的契机，从技术装备、智能化领域、创新技术方法、数据处理系统和资源共享等多方面进行全面的提升与发展。

1） 技术方法的有效提升。首先，最为直接的是免像控功能的进一步实现和发展，虽然现有技术能够支持免像控作业，但是这只是个别厂商，且精度标准无法满足用户精度要求，因此应当进一步提升摄影测量技术水平，真正实现免像控且逐渐完全普及。其次，提高摄影测量的灵活性和作业效率，主要体现在如何将在保证精度的前提下提升飞行速度、扩大单张影像的拍摄面积、增加有效的作业时长进行有效融合。

2） 摄影测量设备的发展和提升。首先是提高平台、相机、数据处理系统之间的集成度，提高摄影测量技术外业测量的灵活度、质量和效率，提高影像的数据处理和信息提取准确度、精确度和效率，提升摄影测量流程的整体性和质量。其次是单相机和多镜头倾斜摄影相机在应用场景上的兼容性，有效提升相机的性价比和应用广度，提升搭载平台在恶劣环境下的适应能力和稳定性，降低由于外界条件对设备设施的干扰而产生的影像结果精度影响。

3） 智能化摄影测量技术的实现。随着云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术革命的不断发展，智能化摄影测量技术的构建和实现成为未来摄影测量发展的一大热门趋势[6]。通过人工智能研发的测量机器人、高分辨率的传感器设备、导航系统、智能化操作系统等，可以实现摄影测量技术的自主定位导航和智能化作业。通过大数据、云计算、人工智能等科技为摄影测量技术获取的海量影像数据进行高效率、高准确率的智能化信息提取、分析、判译和管理。人工智能具备人类的某些意识、思维和行为过程等，在大数据和云计算支撑下，通过一定的数学方式和学习方式可以显著提高地理信息数据的计算、识别、提取、判断、解译、分析等方面的能力和效率，并且能够有效避免人为因素产生的误差[3]。

4） 贴近摄影测量的实现。贴近摄影测量是张祖勋院士团队提出的全新摄影测量技术，是摄影测量技术基于国民经济建设需求、精细化测量管理理念、现代化摄影测量技术向融合发展的必然产物，是继垂直摄影、倾斜摄影后的第三种摄影方式，垂直摄影可以认为是对被测目标三维地理信息的获取，倾斜摄影是对其纹理信息的获取，而贴近摄影是以物体的“面”为摄影对象，通过贴近摄影获取超高分辨率影像，从而实现精益化地理信息提取，可以有效弥补现有倾斜摄影测量构建的三维模型存在坡面变形的缺陷，可以有效应用于边坡检测、滑坡预警等领域[7]。

4 结束语

随着测绘科技的不断发展，摄影测量技术将成为地理信息数据快速获取的最主要方式。摄影测量经历了模拟法、解析法时代，目前已经进入数字摄影测量时代。但随着先进科技、计算机科学与摄影测量的不断交叉，在国民经济建设需求和信息化测绘时代驱使下，摄影测量技术迎来了新的发展机遇，但同时面临着巨大挑战。必须正视现存不足，把握发展契机，基于科技创新和技术革新不断提升摄影测量技术水平，以便不断满足国民经济建设发展需求、智能化城市建设对摄影测量技术的数据获取、处理、存储、共享等方面在时间上、空间上、数据质量上提出的更高要求。