GB T 12979-1991 近景摄影测量规范.pdf

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1、中华人民共和国国家标准近景摄影测量规范GB/T 1 2 9 7 9 - 91 S萨cifi四，tionsfor clo协rangephot喃田mnetry1 主题内容与适用范围本标准规定了近景摄影测量所需达到的精度要求和规格。提出了阁像数据获取及处理的方法c本标准适用于近景摄影测量技术在建筑物、构筑物形态测量中的应用。其他领域应用时，其原则也可参照。2 引用标准GB 7930 l 500 l 1 000 l 2o地形图航空摄影测量内业规范3总则3. 1 定义近景摄影测最是摄影测量的4个分支，它不以测绘地形图为目的，而是利用对300m以内近距离目标摄影所获取的图像来确定其形态，几何位置和大小的技

2、术。它所摄的目标可以是物体或生物、静态的或动态的;所获取的图像可以是影像的或数字的。它可提供平面图、立体图、剖面图、目标点的二维坐标、三维坐标和包括时间的四维参数，以至工程建设其他参数等多样化成果、数据。3. 2 内容分类近景摄影测量包括古建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量。3. 2. 1 古建筑摄影测量古建筑摄影测量，是指在文物考古中的摄影测量工作。包括文物(历史纪念物)测量、考古测量和古遗址测量。古建筑摄影测量主要内容是古建筑和文物立面图、平面图、等值线图、影像圆的测绘，以放古建筑物主要结构数据测定，资料具有档案价值。3.2.2 五业摄影测量工业摄影测量是指机械、汽年、造船、航空

3、、七木相建筑工程等方面的摄影测量。是通过摄影测量提供目标物的坐标、长度、角度、形状、体积、位移、变形以至轨迹等。常用于产品质量控制，模型设计，交通事故记录，构筑物(如水坝、高层建筑物、桥梁)的变形测最。从近影摄影测量角度分析，可按目标物尺寸分类为大型目标(20300m)一一包括冷却塔的外型测定，船体结合部的匹配测量噜油轮手1油罐容积测定.高层建筑物及大型结构物变形测量等;中型H标(220m)一-包括飞机组装检查，船舶螺旋桨外型测定，大型通讯霄达天线的测试，汽车外壳的质量控制等;小型目标(0.22 m) 一包括工程模理设计，体育运动空间分析，舰船模型测量等二微型目标(0.2m以下)一一包括精密部

4、件及样品测定。国家技术监督局1991-06-06批准1992-03-01实施, GB/T 12979-91 多数情况下官采用解析处理方法，其中包括惯用的脱机或联机的解析摄影测量系统，乃至实时摄影测最系统。3. 2. 3 生物医学摄影测量生物医学摄影测量是通过摄影测量手段，对医疗对象以及各类生物形态和功能进行空间的或时空的分析。例如人体外形或动物躯体测量，牙床模型测定，花粉形态测定等静态目标的测定，以及件种牛牛物体的成长过程或运动轨迹等动态目标的测定。根据生物医学摄影测量的特点，除常规模拟的或解析的处理方法外，还附用非常规摄影测量方法。3.3精度精度要求常以摄影距离的相对中误差表示(m，/y)，

5、一般为，1/10001/50 000，也可用点位中误差表示。3. 3. 1 模拟法精度点位中误差不大于0.5mmX M (M为成图比例尺分母)相对中误差一般为1/10001/5 000。3. 3. 2 解析法精度按用途和被测目标的不同，点位中误差可分为z高精度、中精度、低精度。低精度目标10 mm以内中精度目标5 mm以内高精度目标1 mm以内相对中误差一般为1/5001/50 000 3. 4 近景摄影测量的优化设计近影摄影测量网的侃他设计，一般包括精度优化、可靠性优化、经济性优化和可检验性设计，从而给实际工作提出指导性建议，提高经济效益，满足用户要求.多重摄影测量是近景摄影测量中为提高精度

6、和可靠性指标所采取的重要措施。其广义含意涉及多摄站、多帧幅(同方位情况下的多次摄影)、多次量测(或选用精度高一档的摄影和量测设备多种控制方式以至多功能的程序。各项近景摄影工作，除使用规范规定的方法外，还可采用经过实践验证，能满足本规范精度及用户要求的其他新技术和新方法。用户可以提出本规范未列入的其他技术要求。4 物方控制物方控制包括控制点和相对控制。4. 1 物方控制的精度要求物方控制的精度一般小于总精度要求的1/3囚4.2 坐标系与投影面4.2. 1 坐标系的选择一般采用独立坐标系(图1)，需要时，也可以与其他坐标系联测.1 ! GBjT 12979-91 Z Y dq 巧歹S.X 因i4.

7、2.2 投影面的选择选择投影面要遵循使投影的度最性好、直观性强反作图简便的原则，要减少投影变形和保证数学精度。当建筑物只有一个立面时，应选定一个平行于该立面的坐标系平面作为投影面。当建筑物外表面为曲面或不规则的多立面时，可视为由若干单个立面组成的建筑物，并选择多个相应的投影丽。4. 2. 3 坐标系的变换当所选的坐标系与建筑物的投影面不平行时，必须进行坐标系的变换，即将控制点坐标改化到要测定的建筑物立面的投影面上。4.3 物方控制布设为将所建立的模型纳入统一的物方空间坐标系或加强模型的内在强度，w布设物方控制。4. 3. 1 物方控制布设要求4.3.1.1 模拟法ll!tl图时，在一个像对立体

8、模型范围内，当没有采用相对控制情况时.最少要布设位于被摄目标四周的三个控制点。当目标景深较大时，点位应在前后景深中均匀分布。对复杂立面或建筑物弧度较大的部位，要增设控制点a多个像对时.相邻像对重叠范围内若无明显点，应布设件连结用的标志点。4.3. 1. 2 解析法的物方控制宜根据不同的方法商定，参照6.2. 3条中的要求执行。4.3.2 平面型目标的物方控制可采用相对控制。相对控制包括物方的已知长度、角度等。4.3.3 对小型日标，可用活动控制系统。4.3.4 物方控制点应尽可能采用人工标志，在无法布设人工标志处，可采用明显点作为物方控制点。选用明显点作为控制点时，应在像片上标出点位，在像片反

9、面绘出点位略图和简要文字说明。4.4 控制测量方法4. 4. 1 物方控制点三维坐标测定物方控制理tl最一般是在被测物周围先施测导线点，高程用直接水准联捆L或采用光电测距导线施测，或用间接高程联测，然后在导线点上用前方交会和三角高程方法测定物方控制点的三维坐标。4.4.2 近距离的物方控制测量在精度要求较高的近景摄影测量中，常采用近距离的物h控制测量方法。这种方法足，借助r标准尺GB/T 1297991 (如日内瓦尺、锢钢尺和高度卡尺)建立一假定的二维坐标系，把经纬仪测站纳入到此坐标系内，最后由测站测定各控制点的坐标。a. 将标准尺用K水准器琶半，以标准尺有刻划线的边缘为假定全阐坐标系的X轴.

10、Y轴与X袖在同一水平面上，铅垂线为Z轴:b. 取标准尺七一定数量的刻划线ft为己知平面控制点，一般是在尺子的两端和中臭仔取数个:C. 置两台经纬仪于标准尺侧的适吁部位，也可以按需要在标准尺的两侧各宜两部经纬仪，放置时需要考虑前方交会，后h交会的角度，4 根据标准尺上的选定点位，实施后方交会;或采用前方交会法解已知长度两端点距离.逐渐改变两侧站间距离的方法，测定经纬仪竖袖的平面位置，e. 经纬仪横竖轴交点的高程确定以游标高度卡尺作为丈量工具.用经纬仪水准法测定两个经纬51.间的高差;f. 物方控制点的平面坐标可用前方交会法胜行确定3日.物方控制点的高程采用间接高程方法确定。4.4.3 相对控制测

11、量使用相对控制是改善精度和提高强度的有效作业方法，常用的相对控制是应用被测物本身或摄影范围内含有的已知距离，如测量一系列人工标忐点之间的距离、将标准尺的整数刻划部分贴土人王标志等，或规则儿何罔形，如长方形、立方体等，均可作为相对控制。4.5 人工标志4.5.1 标志的形状人工标志的形状，可根据实际需要进行设计。参见图2、图3、图4、图5.阁2阁3!￥I 1 - - - - - -.- L f|D1i -_.-_._-国5其圆形标志的中心圆直径D可按公式(1)计算=144 式中，D一一中心圆直径，m;y摄影距离，m;GB/T 12979十915 , y D= d. 3- f d 摄影测量仪器的测

12、标直径，mm;f 摄影机主距，mm.( 1 ) 在大角度的交向摄影中，人工标志需做成主体形的，如塑料和j作的球形标志和团柱形标志。在特殊情况下，可采用发光标志。4.5.2 标志的颜色标志影像与其背景色调应有适当的反差，以便于判别和量测。背景为天空时，宜设立红、白两色相间的标志;背景为植被及暗色调的土壤、岩石时，采用自、黄两色相间的标志1以建筑物(灰、黄)为背景时一般采用黑白或蓝白等两色相间的标志。4.5.3 标志的材料标志的材料可采用印像纸，即用摄影方法制作。也可用油漆将标志直接画在摄影目标上。对于J.久性的人工测量标志，宜用金属材料制作。立体形人工标志可用塑料材料制作。特殊需耍时，采用发光材

13、料制作。5 近景图像的获取5. 1 摄影机系统在近景摄影测量中，可以利用量测、半量测、非量测摄影机以及国态摄影机如CCD摄影机)来获取摄影图像。5. 1. 1 量测摄影机5.1. 量测摄影机是专门为摄影测量目的而设计的摄影机，可分为单个量测摄影机和立体量测摄影机两类。5.1. 1. 2 量测摄影机应具有以下基本条件:a 摄影机具有框标，摄影机内方位元素(岛、y，J)已知，有定向与置平装置;b. 物镜崎变差严格控制在允许范围之内(般为微米级)。5.3 在采用模拟法测图或高精度测量时，宜采用量测摄影机。在选择焦距时，应考虑目标的大小和物距远近。对远距离高精度的变形观测，应尽量选用长焦距、大像幅的摄

14、影机，在石窟、洞穴、巷道内近距离摄影时，宜选用短焦距摄影机。5. ,. 1.4 单个量测摄影机的特点:a. 基线值或摄影物距可随意变动pb. 可进行正直摄影、交向摄影、多摄站摄影等。5. .1.5 立体量测摄影机的特点.a. 可用于固定基线的正直立体摄影，接影距离一般较小pb 摄影测量处理较简单，速度较快。5. ,. 2 半量测摄影机5.2.1 半量测摄影机是在玻璃承片框上附有标准格网，以改正底片变形误差的摄影机。5.2.2 半量测摄影机具有以下性能za 摄影机玻璃承片框上刻有格网线pb. 摄影机内方位元素(岛、y，、f)一般未知gC. 没有水准器和定向装置，不能确定曝光瞬间的外方位元素。5.

15、 ,. 3 非量测摄影机GB/T 12979-91 5.1.3.1 非量测摄影机不是专门为摄影测量目的而设计的摄影机，包括各类普通照像机、电影摄影矶和高速摄影机等。5. 1.3. 2 非量测摄影机具有以下特点:a. 摄影机没有框标3b. 摄影机内方位元素(町、YoJ)不稳定，无压半装置，旦畸变差较大; 没有水准器和定向装置，在曝光时不能确定方位，d. 轻便，能随意调焦，有的可连续或同步摄影。5.1. 3. 3 非量测摄影机适用于.3. 中、低精度摄影测量任务sb. 为细部测图提供辅助资料的摄影; 在特殊环境下，可完成不宜用量测摄影机开展的任务。5. 2 摄影机检校摄影机检校是指那些与所建光束形

16、状有关参数的检测，基本参数包括半点坐标和1玉距(.r.， v町、f );物镜崎变差系数(k，、kz.k3、队、户3);不正交系数d和比例尺不一系数ds。对立体摄影机，还需包括某些外方位元素值的检测。5. 2. 1 摄影机检校方法摄影机的检校方法有摄影测量解析法和专用光学机械检校仪法等。其中摄影测量解析法可分为a. 实验室三维控制场法(单片空间后方交会法); b. 解析铅垂线法gC. 各种解析自检校法gd. 直接线性变换解法;e. 结合任务检校。单片空间后方交会检校法和直接线性变换检校法，可参照附录C(参考件)执行。5.2.2 摄影机内方位元素的检定精度要求a. 主距为士o.02土0.04mm。

17、b. 主点为土0.02mmo 5.2.3 物镜前节点偏心值的测定在变形观测及其他高精度测量中，应测定摄影机物镜前节点相对于旋转中心的偏心伯EC。5.2.3.1 对于垂直旋转轴与水平旋转轴交于一点的量测摄影机，投影中心(物镜前节点)S坐标Xs，YZs与旋转中心R坐标XRYR.ZR之间的关系按公式(2)计算:X, = XR + ECsinj(y句，) R ( 16 ) 式中，(1投影差改正数，皿叫fy 纠正点对起始平面的高差，mj:y 起始平面的摄影距离，m;R一图板上纠正点至主点的距离，mm。计算应精确到0.1mm，并在底图上进行改正。e. 在纠正点控制的像，片面积内，当高差符合公式(17)时，

18、用一带纠正，杏则，应进行分带纠正，一般不宜超过三带。用立体测图仪确定分带的边缘曲线，作业要求参照GB7930执行。bJt . = f. 11, / (2x 6x) .l 缸幅=f. 11，阳/(z 6x) p j 式中占4限、且幅一一不平行性的限差值，(勺;8恤像点的位移误差，回丑6x 像点最大位移值，rnm;f一一摄影机焦距，rnrn; X , Z 目标物在像片上的横向、纵向距离，fiUllj 常数，为206265。. ( 19 ) GB/T 12979-91 C. 在变形前拍摄单张像片，称作零像片，记录物体的起始状态。在物体变形后，在同样内、外h位元素情况下再拍摄另一张像片，将前后两张像片

19、组成像对，量测各特征点的视差值，然后按公式(20)计算位移量x.z0 式中，tr, .z一一位移量，m;tr=tr, .y/fl .z二4z，y/jl 缸，、.z，像片上盖测的位移值.p视差值，mm;y 摄影距离，m;f 主距，mffic.( 20 ) d. 摄影前应在物方设立至少三个以t固定点(或控制点)，根据控制点在位移值中加入外方位元素变化的改正。改正值按公式(21)计算。式中:Jx.y一一位移值，mm;a; , b; 变换系数(i二0、1、2), z、y量测的像点坐标，mmox = ao + Q1X +向Yla, = bo + b,x + b,y J . ( 21 ) 6. 2.3.2

20、 多片空间后方交会和空间前方交会解法a. 适用于像片外方位元素未知.而内方位元素已知，且物方空间有足够控制点时解求物方空间未知点坐标。b. 在共线条件方程式的基础上，已知物方控制点坐标X、Y、Z时，可以得到以控制点像点坐标为观预d值，外方位元京Xs，Ys、Zs、骨、1为未知数的误差方程式式中，V一一像点坐标改正数矩阵3B一一系数矩阵gX = Cc:，X、c:，Y、c:，Z、M、4剧、c:，y; L 常数项矩阵。V = BX - L ( 22 ) 在每片有足够的物方控制点时至少3个)，可逐片解出各片的六个外方位元素，然后用两片或多片前方交会，求出各未知点的坐标。这时物方点坐标系未知数的误差方程式

21、为2式中V一一未知点的改正数矩阵;A一系数矩阵gX = Cc:，X、c:，Y、4ZT;L 常数项矩阵。6. 2. 3. 3 共面条件方程式解法V=AX-L ( 23 ) a 适用于近景摄影测量网的加密工作，当每张像片不具备个控制点而整个区域有足够的控制点(至少二个)时，吁以完成未知点的加密计算工作。b. 以共面条件方程式为基础，其解法的主要计算步骤包括相对定肉、计算模型坐标以及模型的绝对定向。相对定向是利用像片对的同名光线共而且对对相交的原理完成。Bx By B ;t. v四1=0( 24 ) , , , u v 吃足3式中:Bx、矶、，一一摄影基线分量，1 :;6 GB/T 12979-91

22、 u、叽町、u、旷、d一-分别为左右像点在摄影视j量坐标系内的坐标。公式(25)需进行线性化，组成误差方程式。AV BX - L ( 25 ) 式中，V一一像点坐标改正数矩阵sX一一相对定向元素矶、B，、旷1的改正数矩阵gA、B一一系数矩阵，L常数项短阵。采用迭代法逐渐解求相对定向元素。模型点的摄影测量坐标Xr，Y，、Zr是用摄影测量空间前方交会法按公式(26)计算。Xp ru rx, Y，I=N，I它1=N，且I y , Z, w -1 式中xp.,. Yp , Zp 以左摄站为原点的摄影测量坐标，u，V、田和町、y，、一I左像片上像点的摄测坐标和像空间坐标:且1左像片在摄测坐标系内的旋转矩

23、阵，N , 投影系数。最后用绝对定向公式计算物方空间坐标X、Y、Z，按公式(27)计算.X Xr XG YJR!Y，!+!Y Z 式中:Xp，Yp、Zp一任意点的模型坐标gXG、YG、ZG坐标原点平移值5).-一缩放系数;Zp ZG R 摄测坐标系与物方空间坐标系间的旋转矩阵。6. 2. 3. 4 光线束解法a. 适于控制点为人工标志点，高精度的摄影测量处理。( 26 ) ( 27 ) b. 以共线条件方程式为基础，依据少量控制点为已知值，又以控制点和大量未知点的像点坐标为观测值，以单张像片为处理单元，其误差方程式是:控制点，V，A，t-L，1 未知点，v， A,t + BX - L,J 式中

24、:t像片外方位元素改正数矩阵5X未知数的物方空间坐标改正数矩阵gA、B一-相应的误差方程式系数矩阵;L，、L，一一常数项矩阵gV一像点坐标改正数矩阵。( 28 ) 组成法方程式.经过约化和回代求出坐标改正数矩阵Xo法方程式的约化和回代可逐点进行。 单模型也可用光线束解法。6. 2. 3. 5 直接线性变换解法a. 直接线性变换解法适用于非量测摄影机所摄像片。b 在解算非量测摄影机所摄像片时，以布设812个控制点为宜，最少不少于6个物方控制点。c 算法的基本公式见公式(29)rV， 1 (XYZIO 000 - xX - xY - xZ - .:rr. T _l.(X 、V)= - A lo o

25、ooXYZl - yX - yY - yZ - yr2) A y) . ( 29 ) 式中:VXVy一改正数gA=I，X十110Y十lHZ十1L= (11 ,12,f11 , hl yz r = C心_X ,) + (y - y , )2 )l; 此一一物镜径向畸变差系数。 解算的主要步骤GB/T 12979-91 取分布合理的6个点的12个线性方程求解11个系数L的近似值;由汁算的L，系数i十算A的初始值;将新A值代入方程，再计算新的L，系数，依次逐步迭代到满足限差为止。迭代的完成，以内方位元素町、y，/值的计算为判据，即相邻两次迭代循环的内为位元素应满足公式(30)。l.X + L，Y十L

26、3)/(L，X+ LBY + 1) I (31 ) y = (L，X十L5Y+ L6)/(L,X + L，Y十1)J式中:L,(i=! ,2.8) 投影系数。b. 至少有4个物方控制点。6. 2.3.7 还可采用其他公认的解析处理方法(如角锥体空间后交前交方法)。7 成果精度评定方法成果完成后，需对精度于以评定。其评定方法应根据实际作业情况选择下列方法中至少种进行。7. 1 依据已知坐标之坐标精度评定m, = J (.= 电Ih，tgl工C/C2tg= (2 ( C15 1 求出所有像片的11个J系数后，利用这些l函数进行多片空间前方交会，以求出各物方点的坐标值cC2.2 基本功能a. 1以完成多张像片从像点坐标到物方点坐标的解算工作。b. 能够提供各残差，以检查粗差和进行其他分析。附加说明.本标准由国家测绘局提出。本标准由国家测绘局测绘标准化研究所、煤田航测遥感公司、陕西省第五测绘大队负责起草。 G.)