摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310293882.0

申请日:

2013.07.03

公开号:

CN103353300A

公开日:

2013.10.16

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01C 11/00申请公布日:20131016|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 11/00申请日:20130703|||公开

IPC分类号:

G01C11/00

主分类号:

G01C11/00

申请人:

罗建刚; 罗雨丹

发明人:

罗建刚; 罗雨丹

地址:

620010 四川省眉山市新区彭寿街69附28号滨湖花园一期(建设局大门对面小区)

优先权:

2013.01.06 CN 201310019565.X

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

一种摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法,是利用连环三角条件,采用连环正弦定理或余弦定理及迭代法首先解测摄影中心与三个控制点之间的距离,再利用连环三角条件和迭代法解测摄影中心位置或像姿态,并专门设计以迭代法解测摄影中心位置或像姿态的运算设备的程序编写法,并设计有含有该编写法的运算设备。

权利要求书

权利要求书
1.  一种摄影中心位置或像姿态的测量方法,操作步骤如下:在摄影测量及空间后方交会测量上可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备:在地面上布置三个不在同一直线上的控制点,测量作业拍摄后,在像上量测得诸线段的长度分别为:ε1、ε2、ε3、ω1、ω2、ω3,ε4等于已知像主距,据已知的地面三个控制点的坐标反算它们之间的平距分别为:a、b、d,再根据三个地面控制点间的平距和高程差算出它们之间的斜距分别为:A、B、D,摄影中心到三个控制点的距离设为:m=X、n、ι,简单运算:I1=arctanϵ1ϵ4,]]>I2=arctanϵ2ϵ4,]]>I3=arctanϵ3ϵ4,]]>由余弦定理得Z1=arccosω42+ω52-ω122ω4×ω5,]]>Z2=arccosω26+ω25-ω222ω6ω5,]]>Z3=]]>arccosω24+ω26-ω232ω4ω6,]]>其特征在于:技术方案的首步是求测X(即m)、n、ι,将
代入或代入D2=ι2+X2-2·ι·X·cosZ3,得到一个X为自变量的一元方程,将其作为迭代方程,进行迭代运算,逐次输入不同自变量,直到解算到符合限差的自变量X即m的值,依解得的m的值,再求得n和ι;第二步求摄影中心坐标和高程,当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间,则用
为 迭代方程迭代运算解测值,如落在三个控制点外,则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下
或或中其中一个和摄影中心铅垂方向投影与三个控制点铅垂投影具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,迭代运算解测的值,在Q水平面上以摄影中心的铅垂投影点为顶角,以三个控制点铅垂投影点的相互连线为底边的三个三角形中任选一个三角形,将这三个方程式中其中的两个方程式,求到φ、和ψ这三个线段其中两个线段的值,通过以余弦定理组建关系式,通过求反三角函数,求出该三角形任一个底角,用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影的距离和该三角形底边的方位角,求到摄影中心铅垂投影的坐标,即摄影中心的坐标,求到后,就是摄影中心的高程;第三步,解测摄影中心到主光轴控制面点的距离V,当摄影所成像的像主点是在三个控制点的像以内时,用


作为迭代方程,迭代运算,解测摄影中心到主光轴控制面点的距离,当摄影所成像的像主点是在三个控制点的像以外时,用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1,]]>或用
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1,]]>或用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2,]]>即用以上三个方程中其中一个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,迭代运算解测摄影中心到主光轴控制面点间的距 离V;第四步,找到这样的关系:包含主光轴控制面点与其中一个控制点的直线(称其为主动交直线),与另两个控制点间的控制线相交,可求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的被相交的控制线上的一个控制点之间的距离,用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、高程求到相交点的坐标、高程,主光轴控制面点和一已知控制点以及已求得坐标、高程的该相交点在同一主动交直线上,可求到主光轴控制面点与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离,再用该距离和该相交点的坐标、高程和主动交直线上该控制点的坐标、高程求出主光轴控制面点的坐标;可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位角;第一至第三步骤的迭代方程可以移项后再迭代运算。

2.  根据权利要求1所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法,其特征是:可以用摄影中心与主光轴控制面点之间的平距除以该两者之间的斜距V的商的反正弦函数求到主光轴的倾斜角;设主垂面与其中一条不与主垂面平行的控制线或控制线的延长线相交于主垂面控制线交点,可以用控制线上的两控制点的坐标反算控制线方位角,用主垂面的方位角、控制线方位角及控制线上一已知坐标和主垂面上一已知坐标用前方交会原理或其它方法求到主垂面控制线交点的坐标,用主垂面控制线交点的坐标和控制线上的两控制点的坐标、高程可解测主垂面控制线交点与控制线上的斜距量算控制点间的斜距(该斜距命名为交点分割斜距),该主垂面控制线交点、该斜距量算控制点、摄影中心三者相互连线组成的三角形中,可用余弦定理和正弦定理求到摄影中心分别到该主垂面控制线交点、该斜距量算控制点两个方向的夹角,摄影中心、主垂面控制线交 点理论成像点、斜距量算控制点的成像点三者连线组成的三角形中:摄影中心到斜距量算控制点的成像点的距离、交点分割斜距的理论成像线与摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线之间的夹角、摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线与摄影中心到主垂面控制线交点理论成像点的连线之间的夹角,它们两角夹一边,都可求到,那么就可求到交点分割斜距的理论成像线的长度,那么在像片中量得主垂面控制线交点理论成像点位置,将像主点与主垂面控制线交点理论成像点连线,该连线所在直线称为主纵线,就找到了主纵线在像平面上的位置。

3.  根据权利要求2所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法,其特征是:在迭代运算时可以将式(1)运算了再代入式(2),也可将式(2)运算了再代入式(4)或再代入式(6),迭代运算时也可仅将式(2)先运算了再代入式(4)或再代入式(6);Q水平面的高程值Q可以是大于摄影中心高程的数;当采用的控制点个数超过三个,锥体侧边也超过三个,根据锥体各个侧边长度、摄影中心到Q水平面的距离、该锥体侧边上的控制点的高程、Q水平面的高程、该侧边在Q水平面投影线的长度,它们之间内在的联系,可用以摄影中心到Q水平面的距离作为未知数的算式来分别表示锥体各侧边在Q水平面投影线的长度,可分别在各个投影拼角三角形中,由余弦定理构建边角关式等式,并作移项后用反三角函数求投影拼角,可将摄影中心和各控制点在Q水平面的铅垂投影点按相互位置关系展绘在一个平面上,在该平面上,可按投影拼角的相互间拼的关系情况建立以摄影中心到Q水平面的距离为自变量的一元方程,可用该一元方程作为迭代方程;可由迭代方程构建迭代对比算式或归零算式;也可以将迭代方程的迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在任 意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式(或该归零算式)。

4.  一种由运算设备迭代运算的编程法,有如下步骤:第一步,(用条件转移指令或子程序选择指令)选择由迭代方程式移项或未经过移项构建的一对迭代对比算式(或一个归零算式),输入迭代对比算式(或归零算式)的已知数据;第二步,(估计和确定自变量的区间范围),此时可输入一个自变量区间的最大取值,此时可输入自变量区间内最小的值的作为自变量的第一次值,输入首轮逐改值(注:可以用符合下式的数:(T大于3),作为首轮逐改值),给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差的数或大于10亿的数;第三步,以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式,并分别判断其每个是否合格,如果任一个不合格,用条件转移命令让程序运行立即转到第六步,如果合格则继续,以确定了的自变量,分别运算每个迭代对比算式(或运算归零算式);第四步,将迭代对比算式运算的结果进行互差比较运算,再比较本次计算的互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差,如果不是,不作改变,如果是,分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差;第五步,判断记录的最佳互差是否符合限差,如果是,则进入七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序,如果不是,继续;判断当次自变量是否大于或等于当前自变量区间的最大值,如果不是,当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量,回到第三步骤,如果是则继续;第六步,记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前逐改值后的 差作为下一轮计算的自变量的新的起点值,自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为下一轮运算的自变量区间的最大值,当前逐改值乘以小于0.5的正数的积作为下一轮运算的逐改值,回到第三步骤;第七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序;其特征在于:采用或选择的迭代对比算式(或归零算式)是由前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建。

5.  根据权利要求4所述的由运算设备迭代运算的编程法,其特征是:第二步中,首轮逐改值可以是等于的数,第二步中的其余内容不作改动,第六步中,按如下方式改变逐改值:当前逐改值乘以0.1的积作为新的逐改值,第六步的其余内容不作改动。

6.  根据权利要求5所述的由运算设备迭代运算的编程法,其特征是:可以将迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在任意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式(或该归零算式),同理,可以先将迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在一个程序行中先行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺该部分的该迭代对比算式(或该归零算式)。

7.  一种运算设备,应具备含有保存程序、运算程序的硬件,具有输入、运算处理、保存或记忆或存储、输出显示、供电的硬件,具有运算算式、记忆和运算三角函数、反三角函数、加、减、乘、除、平方、开方、分数、角度计量的常用运算规则的运算模块或硬件,运算设备使用前还具有:记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置或像姿态的测量 方法的技术方案的迭代运算编程方法的一至七步骤的程序的硬件,其特征在于:具备保存有前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程的或由该方案任一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件或模块。

说明书

说明书摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法
所属技术领域
本发明涉及摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法,属于测绘领域,属于摄影测绘,涉及单像空间后方交会求测摄影中心位置以及角锥三个侧边长度的测量方法,和部分其它外方位元素之测量方法,也涉及操作该测量方法需运用的运算设备及运算设备的编程序的方法。
背景技术
摄影中心位置可以靠卫星导航定位设施来完成,像姿态的问题可以靠导航仪或陀螺仪或其它设备来完成,但有时无需或不便使用上述设备或上述设备之一,空间后方交会测量中解测摄影中心的位置、解测角锥三个侧边长度是测绘领域重要的技术问题,一直是摄影测量工作者所探求的技术问题。与本发明最为相近的是角锥空间后方交会的距离方程式解测法,其需要18次三角函数来解各光束的方向角,并需要组建和解一个6阶方程,过程复杂,解测工作量大,低专业文化人员不易掌握。一些改进解测法也存在需要运用罗德里格矩阵或对称矩阵和反对称矩阵等,且解测摄影中心到地面距离也用距离方程式解法。另外的直接线性变换法需要至少6个地面控制点,诸控制点需布置在一个平面上,需两部以上照相设备,涉及矩阵知识;另共线方程解法需接近竖直角度拍摄,控制点要求布置于一个水平面,影响布控制点效率,在用两张像片对该两像重合区域目标进行前方交会测量时,因都水平,两像重合区相对于有倾角拍摄而照的两幅像之间成像重合区面积小,影响单幅像使用效率,且共线方程解法需运用到矩阵、偏导等较高学历的知识。以上背景技术均是在互联网上所查到。 综上所述,现有的诸背景技术有不同特点、局限、缺陷,其还有共同的缺陷就是求解步骤多且复杂,它们没有简便地首先破解锥体的三个侧边长度和摄影中心位置,以致后续工作和整个过程繁杂,现况下大量测绘技术人员掌握和操作不易,影响空间后方交会测量工作的继续开展,影响摄影测量在测绘单位及测绘工作人员中的广泛推广运用,强行推广需大量培训人员,且解测工作量大,需要档次相对较高的运算设备或运算模块,这方面缺陷相当于成本和效率的缺陷。现如今,广大测绘单位迫需应用摄影测量技术以应对大量大面积的地形图测量的需要,三角函数是测量工作人员的必修课程,大量的测绘作业技术是靠三角函数知识来解答,凡是技术人员都懂三角函数,却相对较小比例的测绘技术人员懂偏导知识、矩阵知识,并且矩阵运算也较三角函数运算繁琐。因此,解测空间后方交会关于锥体三侧边长度、摄影中心位置的技术问题和部分其它像姿态问题,寻求到运用三角函数知识来解测且操作步骤简化的测量方法尤为关键,并且设计一种专用于该测量方法的含有专门的运算程序的运算设备,以及专门运算程序的编写方法也十分重要。
发明内容
为了克服现有技术的各种各自局限或缺陷,以及它们解测步骤复杂,解测工作量大,需要档次相对较高的运算设备或运算模块,需要运用到较高学历所学的知识,不能适应于现今广大测绘单位的测绘人员技术条件及状况的需要,推广成本高、速度慢,影响摄影测量的迅速广泛推广运用的共同缺陷,本发明提供摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法,通过其能解测空间后方交会中锥体三侧边长度、摄影中心位置的技术问题和寻求到其它部分像姿态的测量方法,其只需运用到三角函数、三角条件、加、减、乘、除、平方、开二次方知识,解测步骤少而简单,求解工作量小,几乎只运用两个或三个单 纯的迭代过程解测实现,可靠运算设备实现全自动电算化,可不需要中间过程抄写中间数据,中间过程可完全消除人工抄写错误,运算工作效率高,且可不需要档次相对较高的运算设备或运算模块,许多测绘单位的一些小型运算设备即可按该编程法编程序解算,广大测绘工作人员能灵活使用,可适用于有倾角的拍摄,可以较好、较快、较简捷或较单纯或更高效率或自动电算化地解测锥体三侧边长和摄影中心位置或部分其它像姿态项目,可使空间后方交会测量工作能更好地继续开展,可使摄影测量在广大大、中、小型测绘单位及测绘工作人员中的推广运用有了人员技术、运算设备条件的保障或便利,可用本法间接地解测到与摄影中心坐标(或高程)相同的物体的坐标(或高程),也可用本法求测到的摄影中心坐标(或高程)去印证或校对其它方法求测到的摄影中心位置,起到复核或验证的作用,在解得锥体三侧边长度和摄影中心位置和主光轴控制面点坐标后,可再用共线条件方程或解析几何、立体几何、三角函数的解算方法、常用测绘方法或其它方法更为容易求解到空间后方交会的其它外方位元素,也可借助于仪器来解决关于像姿态剩下的问题,也可按实施例继续开展关于像姿态的其余求测工作,也可继续用两张像片去求得两个摄影中心分别到同一待测物的方位角,用该两摄影中心坐标和该两方位角前方交会求得待测物坐标。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在摄影测量及空间后方交会测量上可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备:在地面上布置三个不在同一直线上的控制点(三个控制点高程不限可因地形而设,三个控制点尽量相互拉开距离并落入摄影像中,落入的像区最好是成像差较小的区域,成像差是指地面点的实际成像位置与理论位置的偏差。),三个控制点的坐标、高程为已知,三个控制点可以依序编为:M、N、L,测量作业拍摄后,它们在像上的位置 可分别对应地依序编为:F、G、E,摄影中心为S(或称其为投影中心),R为像主点(即摄影设备主光轴与像平面的交点),H为摄影中心在摄影中心下方的高程为Q(Q为任意值)的一水平面的铅垂方向投影(该水平面称为Q水平面),K为摄影仪主光轴与含M、N、L的平面的交点(称为主光轴控制面点),R是K的像,在一张空中府摄像上(该像可以是底片、像尺寸和实际成像一致的电子文件或其它介质的像,)量测得FR、GR、ER、FG、GE、FE诸线段的长度:FR即ε1、GR即ε2、ER即ε3、FG即ω1、GE即ω2、FE即ω3,RS长度即ε4等于已知像主距或像距,据已知的地面控制点M、N、L的坐标反算它们之间的平距分别为:M到N平距为a,N到L平距为b,L到M平距为d,再根据三个地面控制点间的平距和高程差算出它们之间的斜距:线段MN=A,线段NL=B,线段LM=D,设包含摄影中心铅垂线和摄影设备主光轴的平面命名为主垂面,它与含M、N、L的控制点平面的交线命名为摄影方向线,它与像平面的交线命名为主纵线,主纵线与MNL控制点平面上的摄影方向线在像平面上的理论成像线重合,两控制点间的线段命名为控制线,摄影中心到三个控制点的距离设为:MS=m=X、NS=n、LS=ι,设·为乘号,简单运算:I1=∠MSK=∠FSR=arctanRFRS=arctanϵ1ϵ4,]]>I2=∠NSK=∠]]>GSR=arctanGRRS=arctanϵ2ϵ4,]]>I3=∠LSK=∠ESR=arctanERRS=arctanϵ3ϵ4,]]>FS2=FR2+RS2,GS2=GR2+RS2,ES2=ER2+RS2,令FS、GS、ES三个线段的长度为:FS为ω4、GS为ω5、ES为ω6,由余弦定理得Z1=∠MSN=∠FSG=arccosFS2+GS2-GF22FS×GS=]]>arccosω42+ω52-ω122ω4×ω5,]]>Z2=∠NSL=∠ESG=arccosES2+GS2-GE22ES×GS=]]>arccosω26+ω25-ω222ω6ω5,]]>Z3=∠LSM=∠FSE=arccosFS2+ES2-EF22FS×ES=]]>arccosω24+ω26-ω232ω4ω6,]]>技术方案的首步(该步是开启方案大门的关键、重要的一 步)是求测X(即MS或m)、n(即NS)、ι(即LS),将
代入或代入D2=ι2+X2-2·ι·X·cosZ3,得到一个X为自变量的一元方程,将其作为迭代方程,可将该方程等号两边的项作为相互迭代对比的项(将迭代方程等号两边的项作为相互迭代对比的项具体地说即是构建迭代对比算式或归零算式:将迭代方程等号两边的算式分别作为相互迭代对比的迭代对比算式,(它们是一对,一但采用则共同存在),或构建归零算式即将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零,迭代方程等号另一边的算式命名为归零算式,自变量是真值时归零算式的理论为零,实际上是将迭代方程移项后让迭代方程等号一边为零其等号另一边为归零算式,把归零算式和零两者作为相互迭代对比的项,引入迭代对比算式和归零算式两个概念是为了更清楚说明相互迭代对比的项),进行迭代运算时,逐次输入不同自变量,直到解算到等号两边的迭代对比算式相互间的差值符合限差时,该次输入的自变量X即为MS的值,或解算到归零算式的值符合限差(该限差是与零相比较的限差)时该次输入的自变量X即为MS的值,即解得m的值,依解得的MS(即m)的值,再在ΔMNS中求得NS(即n),在ΔNLS或ΔMLS中求得LS(即ι);第二步求摄影中心坐标和高程,当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间(即当摄影中心铅垂方向投影位于:三个控制点分别铅垂方向投影在Q水平面上的三个投影点相互连线组成的三角形之内),则用
为迭代方程式迭代运算解测值,如落在三个控制点外(即落在三个控制点的投影点相互连线组成的三角形外),则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下或或中其中一个和摄影中心铅垂方向投影与三个控制点铅垂投影M′、N′、L′具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,迭代运算解测的值,(注:当摄影中心在Q水平面铅垂投影点落在三个控制点在Q水平面铅垂投影点相互连线组成的三角形的②区或⑤区时用式(9)作为迭代方程,当落在该三角形的④区或⑦区时用式(10)作为迭代方程,当落在该三角形的③区或⑥区时用式(11)作为迭代方程。),(可将代入这三个方程式中的任意一个方程式,可求到HL′即φ、HM′即和HN′即ψ这三个线段中任意一个线段的值,摄影中心、三个控制点在Q水平面上的铅垂投影点(即点H、L′、M′和N′)四者相互连线的任一线段长都可求到,以这些连线为边构成的所有三角形的任意边长和任意内角都可求到,三控制点间方位角或三控制点在Q水平面上的投影点间的方位角可用它们的坐标反算求到),在Q水平面上以摄影中心的铅垂投影点H为顶角,以三个控制点铅垂投影点的相互连线M′N′、N′L′、L′M′为底边 的三个三角形中任选一个三角形,将代入这三个方程式中其中的两个方程式(比如和求到HL′即φ、HM′即和HN′即ψ这三个线段其中两个线段的值,通过以余弦定理组建关系式,通过求反三角函数,求出该三角形任一个底角,用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影H的距离和该三角形底边(比如M′N′)的方位角,求到摄影中心铅垂投影H的坐标,即摄影中心S的坐标,求到后,就是摄影中心的高程。第三步,解测摄影中心S到主光轴控制面点K的距离V,当摄影所成像的像主点是在三个控制点M、N、L的像以内时(即像主点在三个控制点的像相互连线组成的三角形以内时),用


作为迭代方程,进行迭代运算,解测摄影中心S到主光轴控制面点的距离,当摄影所成像的像主点是在三个控制点的像以外时(即像主点在三个控制点的像相互连线组成的三角形以外时),用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1,]]>或用
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1,]]>或用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2,]]>即用以上三个方程中其中一个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,(注:当主光轴控制面点K落在①区时用式(13)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在②区或⑤区时用式(15)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在④区或⑦区时用式(14)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在③区或⑥区时用式(16)作为迭代方程),迭代运算解测摄影中心S到主光轴控制面点K间的距离V;第四步,(可将求到的V代入ι2+V2-2V·ι·cosI3=δ2,或可代入n2+V2-2V·n·cosl2=μ2,或可代入m2+V2-2V·m·cosI1=ζ2,可求到δ2、μ2、ζ2的算术平方根,即可求到KL的长度δ或KN的长度μ或KM的长度ζ,至此,K、M、N、L相互的任一连线的长度都已可以求到,它们连线之间的任一个夹角也可据余弦定理组建关系式后用反三角函数求到,)主光轴控制面点K落在ΔMNL内或落在ΔMNL外也都能找到这样的关系:包含K与其中一个控制点的直线(称其为主动交直线),与另两个控制点间的线段(称其为控制线)相交,(并且因为若将主光轴控制面点及M、N、L三个控制点间两两相互连线,以这些连线为边组成的三角形的任意内角和边长都可求到),可求到相交点与同其相交的包含两个 已知控制点的线段(即被相交的控制线)上的一个控制点之间的距离,用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、高程求到相交点的坐标、高程,K和一已知控制点以及已求得坐标、高程的该相交点在同一主动交直线上,可求到K与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离,再用该距离和该相交点的坐标、高程和主动交直线上该控制点的坐标、高程求出主光轴控制面点K的坐标;至此解测了投影中心的坐标和高程、主光轴控制面点K坐标、摄影设备主光轴从摄影中心到主光轴控制面点之间的线段长度,这几个要素就决定了摄影设备的位置、倾角、方向,可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位角,这两个方位角之一决定了像片的方向,像片的旋角是相对于像边框而言的,其实三个控制点在像片中的成像位置也已决定了像片的旋角,也还可以用在实施例中利用主垂面方位角与控制点(或控制线)的关系采用普通的数学和测绘方法求到决定像片旋角的主纵线在像片上的位置。用以运算本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中迭代运算的运算设备的编程法:第一步,(用条件转移指令或子程序选择指令)选择由迭代方程式移项或未经过移项构建的一对迭代对比算式(或一个归零算式),[注:一个运算设备中可只采用或只存在一对迭代对比算式(或一个归零算式),其它的迭代方程由另外一个或另外多个运算设备运算,构建迭代对比算式是指将迭代方程式等号左右两边算式作为相互迭代对比的两算式,构建归零算式是指将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零,等号另一边的算式确定为归零算式;另,选择迭代对比算式(或归零算式)可不在本步骤中选择,可在计算迭代对比算式(或归零算式)之前选择;在选择迭代对比算式(或归零算式)时,迭代对比算式(或归零算式)对应的计算超限判断算式同时被选择(即对应的计算超限判断算式和迭代对比算式(或归零算式)位于同一程序运行路 径),注:计算超限判断算式是用以判断是否将出现计算超限的算式,其包括迭代对比算式(或归零算式)中的:含有自变量的作为分母的算式(根据一确定的自变量如果其值为零则是不合格)、含有自变量作为被开方数的算式(根据一确定的自变量如果其值为负数则是不合格)、用以求反三角函数的最终算式(即不再参加其它计算,真接用其来求反三角函数的算式,根据一确定的自变量如果其值的绝对值大于1则是不合格),],输入迭代对比算式(或归零算式)的已知数据;第二步,(估计和确定自变量的区间范围),此时可输入一个自变量区间的最大取值(作为自变量不能超过的值),此时可输入自变量区间内最小的值的作为自变量的第一次值,(注:以自变量估计区间的最小值作为首个自变量,以后,每选一次自变量都采用上一次自变量值加上一个正数逐改值作为当次选的自变量。),输入首轮逐改值[注:可以用符合下式的数:(T大于3),作为首轮逐改值,这个分数不一定写入程序,只说明逐改值的取值范围。],给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差(即区间内任意自变量产生的限差)的数或大于10亿的数,[即在估计的自变量区间内采用任意一个自变量,迭代对比算式计算的互差(或归零算式的计算值)都比给记录最佳互差的该代数人工输入的数小,其作用是让程序在首次进入第四步时能记录下采用首个自变量计算出的互差作为第一个最佳互差,并记录该次的自变量作为首个最佳自变量,操作中可以将区间内最大自变量和最小自变量分别代入迭代对比算式(或归零算式),分别计算出用大、小自变量时迭代对比算式(或归零算式)的互差,给记录最佳互差的代数人工输入的数值要大于该两互差中最大一个互差,如果不能正常运行,则加大数值输入,为了简便可直接人工输一个大于10亿的数,如果不能正常运行,再加大数值输入,如此反复,也可在首轮使用小数值逐改值,首轮逐改值小时,首轮选用的自变量多,算到的互差 中最小的互差更接近限差的可能大,而给记录最佳互差的代数人工输入的数值不一定满足记录下首个自变量产生的互差(来作为最佳互差)和该首个自变量(来作为最佳自变量),只要在第一轮运算中能自动记录一个自变量产生的互差(来作为最佳互差)和该个自变量(来作为最佳自变量),即可。];第三步,以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式,并分别判断其每个是否合格(采用的迭代对比算式(或归零算式)中可出现计算超限的部位的计算超限判断算式都要分别被判断是否合格),如果任一个不合格,用条件转移命令让程序运行立即转到第六步,(注:有时迭代方程自变量的取值稍偏离真值,可能造成迭代对比算式(或归零算式)其中的反正弦函数等计算超限,但这种情况出现的不多;如将出现计算超限,可让程序转到第六步,以致修改自变量的起点值、修改自变量区间最大值、修改逐改值后进行下一轮的迭代运算过程,在更接近真值的自变量范围内继续算),如果合格则继续,以确定了的自变量,分别运算每个迭代对比算式(或运算归零算式);第四步,将迭代对比算式运算的结果进行互差比较运算(可以用一对迭代对比算式中的两个迭代对比算式的结果相除,或相减,或相减后取差的绝对值,其商或差或差的绝对值称为互差,用以和限差比较,如果采用的是归零算式,不需互差比较运算,用归零算式的值直接和限差比较,它本身可看作为与零相减的差,该限差是能比较是否接近零的限差,为了语言统一,下文中归零算式计算出的值也称作为互差),再比较本次计算的互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差,如果不是,不作改变,如果是,分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差,(程序的使用过程中,如果是第一次运算,该记录最佳自变量的代数还没有输入数值,运算设备可能会提问该代数的值,那么,给记录最佳自变量的代数输入任意数值。);第五步,判断记录的最佳互差是否符合限差,如果是,则进入七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序,如果不是,继续;判断当次自变量是否大于或等于当前自变量区间的最大值,如果不是,当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量,回到第三步骤,如果是则继续;第六步,记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前逐改值后的差作为下一轮计算的自变量的新的起点值,自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为下一轮运算的自变量区间的最大值(即从自变量新的起点值至自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和这个区间作为下一轮运算自变量的取值范围区间),当前逐改值乘以小于0.5的正数的积作为下一轮运算的逐改值,回到第三步骤(注:此时改变自变量区间的最大值和自变量的起点值及逐改值后回到第三步骤即进行下一轮运算开始);第七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序;本编法的一至七步骤其实主要采用的是很简单的断判或选择,是普通软件技术员可随意编写的,重要的一点是:采用或选择的迭代对比算式(或归零算式)是由前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建(即:采用或选择的一对迭代对比算式中两个迭代对比算式相互用等号连接起来是本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代方程,亦或,采用或选择的归零算式与零之间用等号连接起来是本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代方程。)。运算设备应具备含有保存程序、运算程序的硬件,具有输入、运算处理、保存或记忆或存储、输出显示、供电的硬件,具有运算算式、记忆和运算三角函数、反三角函数、加、减、乘、除、平方、开方、分数、角度计量等等常用运算规则的运算模块或硬件,(前述具备硬件条件,比如卡西欧fx-4500PA函数计算器的硬件条件或功能即可实 现,但卡西欧fx-4500PA函数计算器内存较小,可能不能被输入或包含全部迭代方程,当容量有限时,超容量不能输入的迭代方程可由另外一个或另外多个计算器来完成,该另外的计算器在使用之前也应输入类同前述一至七步骤编程法的程序,因此,可以使用多个运算设备来共同完成,一个运算设备可以只采用或只存在一对迭代对比算式(或一个归零算式),同时,卡西欧fx-4500PA函数计算器每一个程序行也有容量限制,当一个程序行容纳不下一个迭代对比算式(或归零算式)及其它相配程序时,可以先将迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在一个程序行中先行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺该部分的该迭代对比算式(或该归零算式)。),运算设备使用前还具有:记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案的迭代运算编程方法的一至七步骤的程序的硬件,重要的是:具备保存有前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程的或由该方案任一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件或模块(即应具备这样的硬件或模块,该硬件或模块中保存有本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程,或者是该硬件或模块中保存有由本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式。判断是否由该迭代方程所构建:一对迭代对比算式的两算式之间用等号连接起来是该迭代方程或是该迭代方程移项后的变形,则该对迭代对比算式是由该迭代方程所构建,归零算式与零之间用等号连接起来是该迭代方程移项后的变形,则该归零算式是由该迭代方程所构建。)。
附图说明
图1是本发明实施例原理示意图。
图2是本发明实施例部分原理示意图。
图3是本发明实施例部分原理示意图。
图4是本发明实施例部分原理示意图。
图5是本发明实施例部分原理示意图。
图6是本发明实施例部分原理示意图。
图7是本发明实施例部分原理示意图。
图8是本发明实施例的程序编写方法流程示意图。
具体实施方式
图1中,在地面上布置三个不在同一直线上的控制点(三控制点高程不限可因地形而设。),三控制点的坐标、高程为已知,三控制点可以依序编为:M、N、L,它们在像上的位置可分别对应地依序编为:F、G、E,摄影中心为S,R为像主点,H为摄影中心在摄影中心下方的高程为Q(Q为任意值)的一水平面的铅垂方向投影,K为摄影仪为主光轴控制面点,R是K的像,在一张摄后未作放大或缩小的空中府摄影像上(该像可以是底片、像尺寸和实际成像一致的电子文件或其它介质的像,如果需要放大或缩小像片后再解算,那么运算采用的像主距也应同步放大或缩小相同倍数。)量测得FR、GR、ER、FG、GE、FE的长度,RS等于已知像主距或像距,据已知的地面控制点M、N、L的坐标反算它们之间的平距分别为:M到N为平距a,N到L为平距b,L到M为平距d,再根据三地面控制点间的平距和高程差算出它们之间的斜距MN=A,NL=B,LM=D,令:MS=m=X、NS=n、LS=ι,设·为乘号,简单运算:I1=∠MSK=∠FSR=arctanRFRS,]]>I2=]]>∠NSK=∠GSR=arctanGRRS,]]>I3=∠LSK=∠ESR=arctanERRS,]]>FS2=FR2+RS2,GS2=GR2+RS2,ES2=ER2+RS2,由余弦定理得Z1=∠MSN=∠FSG=arccosFS2+GS2-GF22FS×GS,]]>Z2=]]>∠NSL=∠ESG=arccosES2+GS2-GE22ES×GS,]]>Z3=∠LSM=∠FSE=arccosFS2+ES2-EF22FS×ES.]]>
图2中,假设将摄影中心S、三控制点M、N、L相互连线构成的锥体表面从SM割剖开,将靠近S的锥体表侧面按原大小剖下来拼在一起,将形成图2的图形,MN=A,NL=B,LM=D,依顺序由ΔMNS、ΔNLS、ΔLMS三个三角形的条件和用正弦定理,ΔMNS中,∵sinZ1A=sin∠NMSn=sin∠MNSX,]]>∠MNS=arcsinX·sinZ1A,]]>又∵∴∴此式编为式(1),ΔNLS中,同理sinZ2B=sin∠SNLι=sin∠NLSn,]]>∠NLS=arcsinn·sinZ2B,]]>得整理得编为式(2),式(1)代入(2)整理得编为式(3),ΔLMS中,同理,sinZ3D=sin∠MLSX=sin∠SMLι,]]>∠SML=arcsinι·sinZ3D,]]>得编为式(4),将式(3)代入式(4),得:
编为式(5),实际上式(1)中等于n的函数值,可以看作是式(2)的自变量,式(2)中等于ι的函数值可以看作是式(4)或下文提到的式(6)的自变量,这是ΔMNS、ΔNLS、ΔLMS连环的三角函数式关系,而且每一个三角形三角函数式结构基本相同,只是常数不同而已,最后得到的式(5)是一个一元三角函数 关系方程,直接解方程比较困难,这时可将该方程作为迭代方程,用迭代法求解,这种先估计自变量的区间或范围(估计自变量的区间很重要,有的迭代方程如果估计的区间相差太远可能迭代算出另外一个结果),以区间内其中一个值作自变量输入方程(在估计的区间内,自变量可由低到高值或由高到低设定间隔,以等差数的方式逐次输入,或以其它的一定规律来输入数据。),分别计算方程等号两边的算式,将等号两边的算式值相互进行比较,看相差值是否符合限差,符合即找到算式中自变量的所求值(该次选的自变量数值即所求值),不符合则换区间内另一个数值作自变量,继续运算和比较,直到找到所求值,这个过程就是迭代运算,这种用作于等号两边算式进行迭代对比,或用作于进行迭代运算的方程式,命名为迭代方程,只要是一元方程,等号两边就可迭代比较,就可迭代运算,可编程序,由计算机、计算器等运算设备运算。可以将等号两边的项或因子依运算规则进行移项后再作迭代运算(分母可能出现为零等特殊情况必须移),也可不移项,也可以将迭代方程的某部分在某次或每次迭代运算中先行运算后把该部分的运算结果代入迭代方程;在迭代运算时也可以将式(1)运算了再代入式(2)(即根据当次输入的自变量计算式(1),将计算所得的n的值代入式(2)。),式(2)运算了再代入式(4)或再代入下文提到的式(6),迭代运算时也可仅将式(2)先运算了再代入式(4)或再代入式(6),;另一些变通的形式,在由ΔMNS、ΔNLS用连环正弦定理关系后,得:
式(3),第三个三角形ΔLMS中的三个边LS=ι、MS=X、ML=D,∠MSL=Z3可由这四个数建立余弦定理关系式:D2=ι2+X2-2ι·X·cosZ3编为式(6),可将式(3)代入式(6),建立一元(二次)方程式,将等号左边与等号右边的项分别运算,进行迭代比较,进行失代运算, 寻找所求的符合限差的自变量X的值,求到X值即求到MS的值后(MS=X=m),就可由ΔMNS中由正弦定理依求出NS的值,可由ΔNLS中依或ΔMLS中由正弦定理求出LS的值,至此锥体的三侧边全部解测完。如果是采用四个控制点,摄影中心分别与四个控制点连线形成的锥体侧面有四个三角形,锥体侧面三角形数量和控制点个数相同(控制点个数必须大于或等于三),则如前述每个三角形建立三角函数式,每前一个三角函数式依次代入下一个三角函数式最后建立一元三角函数迭代方程,进而迭代求解,因锥体侧面过多不便重复叙述,若当摄影中心到每个控制点的连线组成的锥体侧面超过三个,若建立的迭代方程的某部分是由前述本方案的某迭代方程代入的,视同包含了本方案。
图3中,第二步解测摄影中心高程和坐标,设有一个在摄影中心下面高程值设定为Q的水平面(以下简称Q水平面,可任设一个确定的Q值。可把看作为摄影中心高程减去Q水平面高程之差,有正负之分,此时Q水平面可在摄影中心上方,高程值Q可以是大于摄影中心高程的数,此时,须注意解出的的正、负号,并注意在迭代运算时估计正确的自变量的区间,估计时包括估计它的正、负号。),控制点M、N、L分别以铅垂方向投影到该水平面,投影点分别对应地为M′、N′、L′(M′、N′、L′各自的高程都为Q),摄影中心S(或称为投影中心)以铅垂方向在该水平面的投影点为H,设HS长度为M到N平距为M′N′=a,N到L平距为N′L′=b,L到M平距为M′L′=d,三控制点间的斜距MN=A,NL=B,LM=D,P为控制点L到HS垂线的垂足,四边形L′LPH是一个矩形,设控制点M、N、L的高程分别对应地为η、λ、θ,根据锥体各个侧边长度、摄影中心到Q水平面的距离、该锥体侧边上的控制点的高程、Q 水平面的高程、该侧边在Q水平面投影线的长度,它们之间内在的联系,用以摄影中心到Q水平面的距离作为自变量的算式来分别表示锥体各侧边在Q水平面投影线的长度(即摄影中心的投影点与侧边上控制点的投影点之间的连线长度):(该式中:SL、HS、PH、PL、HL′分别代表图上标示位置的线段长度,用φ表示HL′的长度也就是HL′2的算术平方根),同理据MS和NS与Q水平面之间的位置关系,也可得:(该式中:HM′代表图上标示位置的线段长度,用表示HM′的长度也就是HM′2的算术平方根),和(该式中:HN′代表图上标示位置的线段长度,用ψ表示HN′的长度也就是HN′2的算术平方根),摄影中心在Q水平面的铅垂投影点分别与两个控制点在Q水平面的铅垂投影点的连线、以及该两控制点在Q水平面上的该两投影点之间相互的连线所围成的三角形命名为投影拼角三角形,分别在投影拼角三角形ΔM′N′H、ΔL′N′H、ΔM′HL′中可由余弦定理构建边角关式等式,并作移项后用反三角函数求角度(该类角是摄影中心在Q水平面的投影点分别与两个控制点在Q水平面的投影点的连线之间的夹角,该类角命名为投影拼角),可得:∠NHL=arccosφ2+ψ2-b22φ·ψ,]]>在Q水平面上,看哪个或哪些角等于另外一些角所拼成,哪些角拼在一起是一个已知度数的角,按投影拼角的相互间拼的关系情况建立以摄影中心到Q水平面的距离为自变量的一元方程,图中,这三个角的和应该等于360°,∴编为式(7),将代入式(7)得:编为式(8),式(8)为以为自变量的一元方程,运用式(8)等号两边作迭代对比,进行迭代运算,找到符合限差的的值,找到后,的值就等于摄影中心S的高程,也就求到摄影中心的高程了,当采用的控制点个数超过三个,摄影中心到每个控制点的连线组成的锥体侧面超过三个,侧边(锥体侧边是摄影中心到控制点的连线)也超过三个,那么侧边在Q水平面上的铅垂投影线数量也超过三条,这些投影线相互间的夹角也超过三个,根据锥体各个侧边长度、摄影中心到Q水平面的距离、该锥体侧边上的控制点的高程、Q水平面的高程、该侧边在Q水平面投影线的长度,它们之间内在的联系,可用以摄影中心到Q水平面的距离作为未知数(或为自变量)的算式来分别表示锥体各侧边在Q水平面投影线的长度(即摄影中心的投影点与侧边上控制点的投影点之间的连线长度),可分别在各个投影拼角三角形中,由余弦定理构建边角关式等式,并作移项后用反三角函数求投影拼角,可将摄影中心和各控制点在Q水平面的铅垂投影点按相互位置关系展绘在一个平面上(注:保证能识别、判断摄影中心铅垂投影点在任两个控制点铅垂投影点所在直线的哪侧,才能使用或才能建立迭代方程,可在设定摄影中心时,在水平位置上,让其尽量远离任两控制点所在直线。),可在该平面上,看哪个或哪些角等于另外一些角所拼成,哪些角拼在一起是一个已知度数的角,仍然可以按摄影中心在Q水平面上铅垂投影的具体位置来判断,即按投影拼角的相互间拼的 关系情况建立以摄影中心到Q水平面的距离为自变量的一元方程,可用该一元方程作为迭代方程,若这样建立的迭代方程也属本方案。
图4中,摄影中心S铅垂方向的投影H也可能落在ΔMNL外,也就是落在ΔM′N′L′外,由ΔM′N′H、ΔL′N′H、ΔM′HL′组成的图就变位置关系了,就可能出现∠M′HN′=∠N′HL′+∠L′HM′,这三个角的和不一定再等于360°,如果H不落在如图4中位置,还可能出现,∠N′HL′=∠M′HN′+∠L′HM′或∠L′HM′=∠N′HL′+∠M′HN′,以上三种情况属于两个角拼起来与一个角重合的情况,操作中可根据H所落具体位置,将H、L′、M′、N′相互连线,从图形上看到底是哪个角是另外两个角之和,摄影中心最好不要靠控制点L、M、N以及它们的连线太近(注:指摄影中心水平位置最好不要靠L、M、N及它们的连线太近。)以致不能正确以目测确定H与三控制点组成的三角形或与ΔM′N′L′的大致位置关系,能有其它手段确定H的位置的除外,另外,摄影中心铅垂方向投影越接近三控制点组成的三角形的正中,一系列运算对各种误差的放大作用最小,所以摄影中心最好在三控制点中心的上空,当然为了提高效率且对精度要求可以降低的测量可以采用H落在ΔMNL外的方式,那么可以归纳如下:当摄影中心铅垂方向投影在三控制点中间,则用如下:
(即式(8))为迭代方程式迭代运算解测值,如落在三控制点外,则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下(编为式(9)),或(编为式(10)),或(编为式(11)),中其中一个同摄影中心铅垂方向投影与三控制点铅垂投影M′、N′、L′的具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,迭代运算解测的值,求到后,就是摄影中心的高程,第二步的迭代方程同样可以移项后再迭代,也可以将迭代方程的某部分在某次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入迭代方程,可将代入这三个方程式中的任意一个方程式,可求到HL′即φ、HM′即和HN′即ψ这三个线段中任意一个线段的值,摄影中心、三个控制点在Q水平面上的投影点(即点H、L′、M′和N′)四者相互连线的线段长都可求到,以这些连线为边构成的所有三角形的所有边长和所有内角都可求到,三控制点间方位角或三控制点在Q水平面上的投影点间的方位角可用它们的坐标反算求到,可以(用解析几何知识、三角条件、三角函数、测绘知识等知识的相关方法)求到摄影中心在Q水平面的投影点与任一个控制点在Q水平面的投影点之间的平距和方位角(这是普通测绘技术人员可做到的,比如:H、L′、N′三者相互连线,构成的三角形三边长已知,∠N′L′H是线段HL′、HN′之间的夹角可用余弦定理求到,L′与N′之间的方位角可用控制点L、N的坐标反算,那么H与L′之间的平距和方位角都可求到),可以用该平距、该方位角和该控制点的坐标(比如L的坐标)求到H的坐标即求到摄影中心S的坐标,因为S是H的铅垂方向的投影源。
图5中,M、N、L三个控制点在Q水平面上的铅垂投影点分别是M′、N′、 L′,M′、N′、L′相互连线组成三角形,ΔM′N′L′的边长延伸,三角形的中间有①区,外围有②区、③区、④区、⑤区、⑥区、⑦区,当摄影中心在Q水平面上铅垂方向的投影在三个控制点中间(即当摄影中心铅垂方向投影位于:三个控制点分别铅垂方向投影在Q水平面上的三个投影点相互连线组成的三角形之内,即摄影中心在Q水平面上铅垂方向的投影位于该三角形的①区),则用
为迭代方程式迭代运算解测值,如落在三个控制点外(即落在三个控制点的投影点相互连线组成的三角形外),则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下方程作为迭代方程:当摄影中心在Q水平面铅垂投影点落在三个控制点在Q水平面铅垂投影点相互连线组成的三角形的②区或⑤区时用式(9)作为迭代方程,当摄影中心的该投影点落在该三角形的④区或⑦区时用式(10)作为迭代方程,当摄影中心的该投影点落在该三角形的③区或⑥区时用式(11)作为迭代方程。
图6中,摄影设备的主光轴与含M、N、L三控制点的平面(称为MNL平面)相交于K(称为主光轴控制面点),I1=∠MSK=∠FSR=arctanRFRS,]]>I2=∠NSK=∠]]>GSR=arctanGRRS,]]>I3=∠LSK=∠ESR=arctanERRS,]]>设主光轴从摄影中心到MNL平面的线段长度为V(即线段SK的长度),KL的长度为δ,KN的长度为μ,KM的长度为ζ,在以锥体每侧边和该侧边两端点分别与主光轴控制面点的连线三者为边组成的各个三角形ΔSLk、ΔSNk、ΔSMk中,由余弦定理建立关系式,则有:ι2+V2-2V·ι·cosl3=δ2,n2+V2-2V·n·cosl2=μ2,m2+V2-2V·m·cosl1=ζ2,在三角形ΔLNk、ΔNMk、ΔMLk中,由余弦定理组建关系式,用反三角函数求主 光轴控制面点到任两个控制点连线的夹角,则有:∠LkN=arccosδ2+μ2-B22δ·μ,]]>∠]]>MkN=arccosζ2+μ2-A22ζ·μ,]]>∠LkM=arccosδ2+ζ2-D22δ·ζ,]]>在控制点平面上,看哪个角等于另外一些角所拼成,哪些角拼在一起是一个已知度数的角,按其相互间拼的关系情况建立迭代方程,图中这三个角的和等于360°,即编为式(12),将δ2、μ2、ζ2和它们的算术平方根δ、μ、ζ代入式(12),得


编为式(13),式(9)是以摄影设备主光轴从摄影中心S到主光轴与MNL平面交点K的线段长度V为自变量的一元方程,可作迭代方程,进行迭代运算解测出V的长度,如前述H可能落在ΔMNL以外一样,在精度要求低的情况下也可容许摄影设备主光轴与MNL平面交点k落在ΔMNL以外,∠LkN、∠MkN、∠LkM这三个角的关系就就不一定是三者之和等于360°,而是一个角等于另两角之和,操作中可从摄影所成像的像主点(即像片的正中位置)是否是在ΔMNL的像以外(要考虑摄影设备自身的参数,修正像主点的偏差后再进行判断是否在ΔMNL的像以外,操作中可让摄影设备的朝向即主光轴离M、N、L及M、N、L间的连线间隔适当的距离,以便于判断。),以及将像主点和M、N、L三者的像连线后,看到底哪个角等于另两角之和,因此,归纳如下:当摄影所成像的像主点是在三控制点M、N、L的像E、F、G以内时,用


即式(13)作为迭代方程,进行迭代运算,解测摄影中心S到摄影设备主光轴与MNL平面交点的距离,当摄影所成像的像主点是在三控制点M、N、L的像以外时,用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1]]>(编为式(14)),或用
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2=]]>
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1]]>(编为式(15)),或用
arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+m2+ν2-2ν·m·cosI1-D22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×m2+ν2-2ν·m·cosI1=]]>
arccosm2+ν2-2ν·m·cosI1+n2+ν2-2ν·n·cosI2-A22m2+ν2-2ν·m·cosI1×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>
+arccosι2+ν2-2ν·ι·cosI3+n2+ν2-2ν·n·cosI2-B22ι2+ν2-2ν·ι·cosI3×n2+ν2-2ν·n·cosI2]]>(编为式(16))中 其中一个同像主点与ΔMNL的像具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程,(注:将三控制点M、N、L连线组成三角形按照图5中ΔM′N′L′那样边长延伸,并M和M′对应,N和N′对应,L和L′对应,并按照图5中ΔM′N′L′那样三角形内部和外围类似分为①区、②区、③区、④区、⑤区、⑥区、⑦区,当主光轴控制面点K落在ΔMNL①区时用式(13)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在②区或⑤区时用式(15)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在④区或⑦区时用式(14)作为迭代方程,当主光轴控制面点落在③区或⑥区时用式(16)作为迭代方程),迭代运算解测摄影中心S到摄影设备主光轴与MNL平面交点的距离V,可将求到的V代入ι2+V2-2V·ι·cosI3=δ2,并可代入n2+V2-2V·n·cosl2=μ2,并可代入m2+V2-2V·m·cosI1=ζ2,可求到δ2、μ2、ζ2的算术平方根,即可求到KL的长度δ和KN的长度μ及KM的长度ζ,至此,K、M、N、L相互的连线的长度都已可以求到,它们连线之间的任一个夹角也可据余弦定理组建关系式后用反三角函数求到。
图6中,在MNL平面上寻找通过M、N、L三个控制点中其中一个控制点(比如L)和通过K并且和ΔMNL的边相交的直线(比如直线LK和边MN相交于点j),由该直线上K至相交点(比如j)的线段、K与被相交边(比如MN,此时线段MN可被看作为被相交的控制线)的一端点(比如N)之间的线段(比如KN)、相交点与被相交边(比如MN)该端点之间的线段(比如jN),组成一个三角形(把这个三角形命名为解K三角形,即包含K与其中一个控制点的直线(称其为主动交直线),与另两个控制点间的线段(称其为控制线)相交,K与相交点的连线以及K与控制线上的一个控制点间的连线以及控制线,它们三线所围成的三角形称为解K三角形。),该三角形至少有两个内角(比如∠Knm和∠jkN=∠kNL+∠kLN)和一个边(比如kN)可求到,那么内角和等于180度的三角形所有内角都能知道,在 这三角形中用正弦定理可求到K与相交点之间的线段(比如Kj)的长度,以及相交点与被相交控制线(比如MN)的该处于解K三角形上的端点之间的线段(比如jN)的长度,根据控制线(比如MN)两端控制点的坐标、高程,及该相交点与控制线(比如MN)的该处于解K三角形上的端点之间的线段(比如jN)的长度,即可求解到相交点的坐标、高程,这是普通测绘技术员可以做到的(例如:根据控制线(比如MN)两端控制点M、N的坐标、高程,可反算两控制点间的水平距离即平距和方位角,进而求到它们之间斜距,MN的长度即为斜距,根据两控制点间斜距,以及两控制点间的高程差和平距,可求到MN与水平面间的顷斜角,据顷斜角及相交点j与控制线(比如MN)的处于解K三角形上的端点之间的线段(比如jN)的长度,可求到相交点j与控制线(比如MN)的处于解K三角形上的该端点之间的平距,及相交点与控制线(比如MN)端点之间的高差,进而求得相交点的高程,用该相交点j与控制线(比如MN)的处于解K三角形上的该端点N之间的平距即jN的平距,以及控制线(比如MN)上处于解K三角形上的该端点N的坐标,及控制线(比如MN)的方位角(注:该方位角可用控制线上两已知坐标反算),求解出相交点j的坐标。),被相交的控制线(比如MN)和相交点的情况是,知到控制线(比如MN)上两点坐标、高程,并知道控制线(比如MN)上一未知坐标点与控制线(比如MN)的其中一个已知坐标、高程点之间的距离(此时是两点间距离,不一定水平。),能求到该未知点的坐标、高程,那么,类推,K处于已知坐标、高程的相交点j与一控制点相连的直线上,也可求到K与该控制点间的线段长,那么用同样的测绘方法可解测到主光轴控制面点K的坐标和高程。
图7中,K为摄影设备主光轴与MNL平面的交点(将K命名为主光轴控制面点),摄影中心S铅垂方向投影到一个高程值为Q的水平面,与Q水平面的交点H,H和K落在ΔMNL外,像主点R也在M、N、L的依次所对应的像点F、G、E 组成三角形ΔFGE外,为了便于识别K是在ΔMNL外,还是在内,还是和M、N、L之一刚好重合,设定摄影设备的朝向最好设定为远离M、N、L和它们之间的连线(不要正对这些点、线),如果有其它手段能识别除外;主光轴控制面点K落在ΔMNL内或落在ΔMNL外也都能找到这样的关系:包含K与其中一个控制点的直线(称其为主动交直线),与另两个控制点间的线段(称其为控制线)相交,并且因为若将主光轴控制面点及M、N、L三个控制点间两两相互连线,以这些连线为边组成的三角形的任意内角和边长都可求到,如前所述原理一样,可用三角形条件(三角形条件内容包含:三角形的边之间关系、角之间的关系、内角和、勾股定理、正弦定理、余弦定理、外角等于不相邻两内角和、对顶角相等、直角三角形中正弦函数、余弦函数、正切函数、正割函数以及它们的反函数、倒数等等有关三角形的数学知识。)、解析几何知识、立体几何知识、测绘常用方法如下求解:求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的线段(即被相交的控制线)上的一个控制点之间的距离(求该距离时,可通过类同地在前述解K三角形中求边、求角的方法来实现),用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、高程求到相交点的坐标、高程;K和一已知控制点以及已求得坐标高程的该相交点在同一主动交直线上,可求到K与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离(注:求该距离可通过已知点都相互连线,可在相应的三角形中求角、求边实现),再用该距离和该相交点的坐标、高程和该主动交直线上控制点的坐标、高程求出主光轴控制面点K的坐标(并可算到高程)。
图7中,设主垂面(包含摄影中心铅垂线和主光轴的平面称为主垂面)与其中一条不与主垂面平行的控制线或控制线的延长线(注:选择的该控制线应不与主光轴共存一个平面,即它们所在直线不相交。)相交于一点即点r1(将该交点命名为主垂面控制线交点),主垂面控制线交点理论成像点为r2(图中在线段 GF上),可以由摄影中心S的坐标、主光轴控制面点K的坐标反算主垂面的方位角(主光轴的方位角等于主垂面的方位角),可以用控制线上的两控制点的坐标反算控制线方位角,用主垂面的方位角、控制线方位角(注:该两方位角交会,可求到该两方位角分别与一个方位角(该一个方位角即控制线上一已知坐标点与主垂面上一已知坐标点之间方位角)的夹角)及控制线上一已知坐标和主垂面上一已知坐标用前方交会原理或其它方法求到主垂面控制线交点r1的坐标,用主垂面控制线交点的坐标和控制线上的两控制点的坐标、高程可解测主垂面控制线交点与控制线上其中一个控制点(该控制点命名为斜距量算控制点)间的斜距(这是普通测绘技术人员可做到的,比如,将光轴控制面点K、摄影中心S,以及主垂面控制线交点和控制线及控制线上的两控制点,都一起沿铅垂方向投影到一个水平面上,将这些点在该水平面上的投影点相互连线,组成三角形,用坐标反算方位角和平距的方法,求到所有已知坐标点间的平距和方位角,两方位角相减就是该两方位角之间的夹角,在该平面上将可找到三个角都知道一个边知道的以主垂面控制线交点的铅垂投影点为顶的三角形,可以用正弦定理或平面坐标前方交会的知识解算到主垂面控制线交点的坐标,再根据主垂面控制线交点的坐标、控制线上两控制点的坐标、高程计算主垂面控制线交点与控制线上一个控制点间的水平距离和斜距(注:该水平距离和斜距之比等于控制线上两控制点间平距和斜距之比)。),该斜距(该斜距命名为交点分割斜距)的一端是主垂面控制线交点(图中为r1)另一端是斜距量算控制点(图中举例为N),该主垂面控制线交点、该斜距量算控制点、摄影中心三者相互连线组成的三角形(图中为ΔSNr1)中,摄影中心到该斜距量算控制点的距离知道(图中为线段NS的长度即n)、交点分割斜距知道,这两个已知道的该三角形的边两者的夹角(图中举例为∠SNr1)也可知道或求到(因为摄影中心、三个控制点相 互连线的锥体的每个边都知道,锥体的每个角也可求到。当该交点分割斜距是控制线的延长线时,需求锥体的角的补角。),可用余弦定理和正弦定理求到摄影中心分别到该主垂面控制线交点、该斜距量算控制点两个方向的夹角(图中为∠NSr1),摄影中心、主垂面控制线交点理论成像点(图中为r2)、斜距量算控制点的成像点(图中为G)三者连线组成的三角形中:摄影中心到斜距量算控制点的成像点的距离(图中为线段SG的长度)、交点分割斜距的理论成像线(图中为线段Gr2)与摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线(图中为线段SG)之间的夹角(图中为∠SGr2,其可在ΔSGF中求到)、摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线与摄影中心到主垂面控制线交点理论成像点的连线之间的夹角(图中为∠GSr2,它是∠NSr1的对顶角),它们两角夹一边,都可求到,那么就可求到交点分割斜距的理论成像线的长度(图中为线段Gr2的长度),那么在像片中量得主垂面控制线交点理论成像点位置,那么将像主点与主垂面控制线交点理论成像点连线,该连线所在直线称为主纵线,,它是主垂面与像平面的交线,主纵线确定决定了摄影设备或像片的旋角,这就找到主纵线在像平面上的位置,至此解测了摄影中心的坐标和高程、主光轴控制面点坐标、摄影设备主光轴从摄影中心到主光轴控制面点之间的线段长度、主垂面方位角、主纵线在像平面上的位置,就解测到了摄影设备和像片的空间位置和姿态,这几个要素一确定就决定了摄影设备的位置、倾角、方向、旋角。所谓决定摄影设备和像片的空间位置和姿态必须要靠摄影中心坐标和高程以及另外三个角元素(合称六元素)的描述是片面的,可以按像主点和在像平面上确定的主纵线建立平面直角坐标系,也可以按本人另案申请的根据像点与像主点、主纵线的位置关系求到摄影中心到像点的实物点的方位角,用两张像片各自的摄影中心分别到该两像片重合像影区内同一目标实物点的两个方位角以及该两摄影中心的坐标前 方交会求到该目标实物点的坐标。
可以过主光轴控制面点作摄影中心铅垂线的垂线,该垂线与主光轴及摄影中心铅垂线两两相交成一个直角三角形,可用摄影中心和主光轴控制面点的坐标反算到主光轴控制面点与摄影中心之间的平距,该平距也是主光轴控制面点与摄影中心铅垂线之间的平距,可以用该平距除以摄影中心与主光轴控制面点之间的斜距(V)的商的反正弦函数求到摄影中心下方铅垂线与主光轴之间的夹角即主光轴的倾斜角,还可根据摄影中心的高程和该直角三角形求到主光轴控制面点的高程,摄影中心与主光轴控制面点之间的斜距(V)的平方减去它们之间平距的平方后的差的算术平方根是摄影中心与主光轴控制面点之间高程差,由摄影中心的高程减去(地形测绘一般府角拍摄才能获较大摄景,也不排除少量用水平角度或仰角拍摄山地等,那么高差为零即等于,仰角侧加上)它们之间的高程差等于主光轴控制面点的高程。前述,第一至第三步骤的迭代方程可以移项后再迭代运算,可由迭代方程构建迭代对比算式或归零算式,也可以将迭代方程的迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在任意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式(或该归零算式)。
迭代方程及运算是建立在严密的数理关系之上,但已知控制点数据、成像、像上量距等若有误差,则迭代方程及运算会对误差有一定的放大作用。在解测摄影中心位置或像姿态中,尽量采用正确的控制点数据,Z1、Z2、Z3三者都在100度左右的近距摄影(比如低空气球为载体的摄影能达到条件),其放大误差约相当于扩大一倍,用于测量1比500或者1比1000地形图也能满足使用需求。
图8中,运算设备的编程法中,第一步,选择由迭代方程式移项或未经过移项构建的一对迭代对比算式(或一个归零算式)(注:构建的一对迭代对比算式即将该一元方程等号两边的项作为相互迭代对比的项(即等号两边的算式分 别作为相互迭代对比的迭代对比算式,它们是一对,一但采用则共同存在),构建一个归零算式即将迭代方程移项让迭代方程等号一侧为零,迭代方程等号另一侧的算式命名为归零算式),输入迭代对比算式(或归零算式)的已知数据;第二步,(估计和确定自变量的区间范围),此时可输入一个估计自变量区间的最大值,此时可输入自变量区间内最小的值作为自变量第一次值,输入首个逐改值(这个用于加的逐改值符合下式:可以用符合下式的数:(T大于3),作为用于加的逐改值),(自变量从自变量区间的一端选到另一端并逐一代入迭代方程称为自变量的一轮选择,逐一选择的自变量从小增到大时,可以逐次加上一个命名为逐改值的数,或逐次乘以一个逐改数,用以乘的逐改数符合(式中T大于5),或除以一个逐改数,用以相除的逐改数为用作相乘的逐改数的倒数,或者减去一个绝对值与用作相加的逐改数相等的负数;与选择自变量从小增到大的方式相比是一个逆向的过程是:如果选择区间内最大的数作为自变量的第一次值,即自变量从大逐渐减小,则自变量可逐次减一个正数逐改数,或逐次加一个负数逐改数,或可逐次除以一个大于1的逐改数,或逐次乘以一个小于1的逐改数;那么我们可以看出自变量从小增到大与从大减到小,以及加与减,以及乘与除,其实都是逆向过程,在一轮选择中,我们选择区间最大值作为第一个自变量时,以后选的自变量必然让它逐渐小,选择区间最小值作为第一个自变量时,以后选的自变量必然让它逐渐大,不管是使用从小到大或从大到小的方式,配以相应的加、减、乘、除符号和相应的逐改值后,都能实现相应的功能,并且不一定按大小顺序,按其它规律也可,如果将所有的选择方式都叙述完,语言必将繁琐;为了更能叙述清楚,仅以自变量估计区间的最小值作为首个自变量,以 后,每选一次自变量都采用上一次自变量值加上一个正数逐改值作为当次选的自变量,以该方式来简明说明方案意图。),给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差(即区间内任意自变量产生的限差)的数或大于10亿的数;第三步,以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式,并分别判断其每个是否合格,如果任一个不合格,用条件转移命令让程序运行立即转到第六步,如果合格则继续;以确定了的自变量,分别运算每个迭代对比算式(或一个归零算式);第四步,将迭代对比算式运算的结果进行互差比较运算(下文中归零算式计算出的值也称作为互差。),再比较本次计算的互差是否比上一次的更接近限差,如果不是,不作改变,如果是,分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差;第五步,判断最佳互差是否符合限差,如果是,则进入第七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序,如果不是,继续;判断当次自变量是否大于或等于当前自变量的取值范围的最大值(即当前自变量区间的最大值),如果不是,当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量,回到第三步骤,如果是则继续;第六步,记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前逐改值后的值作为下一轮计算的自变量的新的起点值,自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为下一轮运算自变量区间的最大值,当前逐改值乘以小于0.5的正数的积作为新的逐改值,回到第三步骤;第七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序;第一步骤采用或选择的迭代对比算式(或归零算式)是由前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建。按该程序,运算设备按第一步选择了迭代对比算式(或归零算式),选择的程序执行路径在后面还将执行对对应的计算超限判断算式进行计算和合格性判断,在第二步中,估计包含自变量的区间,并选 择区间内最小值作为首个自变量,确定自变量的最大值,确定逐次改变自变量的逐改值,给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差(即区间内任意自变量产生的限差)的数或大于10亿的数,在第三步中,以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式,并分别判断其每个是否合格,如果任一个不合格,用条件转移命令让程序运行立即转到第六步,如果合格则继续;运算每个迭代对比算式(或一个归零算式)(注:因为迭代方程可以因移项或某一部分先运算了再将结果代入迭代方程以致迭代方程可多种方式变形,而不影响迭代运算结果,再因卡西欧fx-4500PA等运算设备每一个程序行有容量限制,一个程序行可能容不下过长的迭代对比算式(或归零算式),因此,可将迭代对比算式(或归零算式)的某部分在一个程序行中先行运算,再将运算结果代入位于另外一个程序行的尚缺该部分的迭代对比算式(或归零算式)。)。在第四步中,如果采用迭代对比算式,将一对迭代对比算式运算的结果进行相互比较运算,求二者互差,如采用归零算式,则不需进行比较运算,将归零算式的值直接当作互差,看互差是否更接近限差,如果不是更接近则不作改变,如果是更接近,分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差,程序的使用过程中,如果是第一次运算,该记录最佳自变量的代数还没有输入数值,运算设备可能会提问该代数的值,那么,给记录最佳自变量的代数输入任意数值,因第一次判断互差是否更接近限差,由于前面给记录最佳互差的代数人工输入了很大的值,第一次迭代对比算式计算的互差(或归零算式的计算值)肯定比给记录最佳互差的代数人工输入的数小,更接近限差,因此程序会记录下第一次迭代对比算式计算的互差和该次的自变量,运行到第五步,程序自动判断记录的最佳互差是否是符合限差,如果是,则进入第七步输出最佳互差所对应的最佳自变量,该最佳自变量即是所求的符合迭代方程的值,如果不是,则继续 程序,判断当次自变量是否大于或等于自变量的取值范围的最大值,(即是说从自变量区间的最小值开始选自变量,每次选自变量按逐改值的间隔,是否是在该区间内已将自变量选完一遍),如果不是,当次自变量加上当前逐改值作为新的自变量,(即是说,用上一次的自变量加上逐改值后的和作为下一次运算的自变量,也就是在一轮中,每次后面所运算的自变量是它上一次的自变量增加一个逐改值的和,),回到第三步骤(即换一个自变量再运算;),如果是(自变量在区间内已选用一遍了)则进入第六步,则应改变自变量区间最大值和下一轮运算的第一个自变量(即自变量的起点值),(注:改变自变量起点值和最大值即改变区间),以及应改变逐改值,(使下轮第一个自变量更接近自变量理论真值,并区间更小,逐改值更小,选取自变量的精度更精),那么记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量(该最佳自变量最接近欲求值)减去当前逐改值的差作为下一轮计算的自变量的新的起点值,自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为下一轮运算的自变量区间的最大值,原逐改值乘以小于0.5的正数的积作为下一轮运算新的逐改值,回到第三步骤(继续下一轮的运算,没有找到符合限差的自变量以前可以自动反复进行多轮运算,每轮次越来越精,终会找到符合的自变量);第七步骤,输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值,停止运行程序;只有在第一步骤采用或选择的迭代对比算式(或归零算式)是由前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建,才能按本方案的迭代运算找到迭代方程符合限差的自变量。可以这样,第二步中,首轮逐改值可以是等于的数,(第二步中的其余内容不作改动),第六步中,(运行到改变下一轮逐改值时),可更改程序为按如下方式改变逐改值:当前逐改值乘以0.1的积作为新的逐改值,(然后继续),(第六步的其余内容不作改动), 按0.1乘以逐改值后,以后每运算一轮,下轮区间大小将是原上一次区间的近十分之一,使区间缩小幅度加快,以利于尽快找到所求的自变量,另,可以将迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在任意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式(或该归零算式),同理,可以先将迭代对比算式(或归零算式)的任意部分在一个程序行中先行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺该部分的该迭代对比算式(或该归零算式)。

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1、(10)申请公布号 CN 103353300 A (43)申请公布日 2013.10.16 CN 103353300 A *CN103353300A* (21)申请号 201310293882.0 (22)申请日 2013.07.03 201310019565.X 2013.01.06 CN G01C 11/00(2006.01) (71)申请人 罗建刚 地址 620010 四川省眉山市新区彭寿街 69 附 28 号滨湖花园一期 ( 建设局大门对 面小区 ) 申请人 罗雨丹 (72)发明人 罗建刚 罗雨丹 (54) 发明名称 摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设 备及编程法 (57) 摘要 。

2、一种摄影中心位置或像姿态的测量方法及运 算设备及编程法, 是利用连环三角条件, 采用连环 正弦定理或余弦定理及迭代法首先解测摄影中心 与三个控制点之间的距离, 再利用连环三角条件 和迭代法解测摄影中心位置或像姿态, 并专门设 计以迭代法解测摄影中心位置或像姿态的运算设 备的程序编写法, 并设计有含有该编写法的运算 设备。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 21 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书21页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103353300 A CN 103353300 。

3、A *CN103353300A* 1/4 页 2 1. 一种摄影中心位置或像姿态的测量方法, 操作步骤如下 : 在摄影测量及空间后方 交会测量上可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备 : 在地面上布置三个不在同 一直线上的控制点, 测量作业拍摄后, 在像上量测得诸线段的长度分别为 : 1、 2、 3、 1、 2、 3, 4等于已知像主距, 据已知的地面三个控制点的坐标反算它们之间的平 距分别为 : a、 b、 d, 再根据三个地面控制点间的平距和高程差算出它们之间的斜距分别 为 : A、 B、 D, 摄影中心到三个控制点的距离设为 : m X、 n、 , 简单运算 : 由 余 弦 定 理 得。

4、 其特征在于 : 技术方案的首步 是求测 X( 即 m)、 n、 , 将 代入 或代入 D2 2+X2-2XcosZ3, 得到一个 X 为自 变量的一元方程, 将其作为迭代方程, 进行迭代运算, 逐次输入不同自变量, 直到解算到符 合限差的自变量 X 即 m 的值, 依解得的 m 的值, 再求得 n 和 ; 第二步求摄影中心坐标和高 程, 当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间, 则用 为迭代方程迭代运算解测 值, 如 落在三个控制点外, 则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下 或 或 中其中一个和摄影中心铅垂方向投影 与三个控制点铅垂投影具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代运。

5、算解测 的 值, 在 Q 水平面上以摄影中心的铅垂投影点为顶角, 以三个控制点铅垂投影点的相互 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 2 2/4 页 3 连线为底边的三个三角形中任选一个三角形, 将 这三个方程式中其中的两个方程式, 求 到 、 和 这三个线段其中两个线段的值, 通过以余弦定理组建关系式, 通过求反三角 函数, 求出该三角形任一个底角, 用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影的距 离和该三角形底边的方位角, 求到摄影中心铅垂投影的坐标, 即摄影中心的坐标, 求到 后, 就是摄影中心的高程 ; 第三步, 解测摄影中心到主光轴控制面点的距离 V, 当摄影所成 像的。

6、像主点是在三个控制点的像以内时, 用 作为迭代方 程, 迭代运算, 解测摄影中心到主光轴控制面点的距离, 当摄影所成像的像主点是在三个控 制点的像以外时, 用 或用 或用 即用以上三个方 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 3 3/4 页 4 程中其中一个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代 运算解测摄影中心到主光轴控制面点间的距离 V ; 第四步, 找到这样的关系 : 包含主光轴控 制面点与其中一个控制点的直线 ( 称其为主动交直线 ), 与另两个控制点间的控制线相交, 可求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的被相交的控制线上的一个控制点之间。

7、 的距离, 用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、 高程求到相交点的坐标、 高程, 主光轴控制面点和一已知控制点以及已求得坐标、 高程的该相交点在同一主动交直 线上, 可求到主光轴控制面点与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离, 再用 该距离和该相交点的坐标、 高程和主动交直线上该控制点的坐标、 高程求出主光轴控制面 点的坐标 ; 可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位 角 ; 第一至第三步骤的迭代方程可以移项后再迭代运算。 2. 根据权利要求 1 所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法, 其特征是 : 可以用摄影 中心与主光轴控制面点之间的平距。

8、除以该两者之间的斜距 V 的商的反正弦函数求到主光 轴的倾斜角 ; 设主垂面与其中一条不与主垂面平行的控制线或控制线的延长线相交于主 垂面控制线交点, 可以用控制线上的两控制点的坐标反算控制线方位角, 用主垂面的方位 角、 控制线方位角及控制线上一已知坐标和主垂面上一已知坐标用前方交会原理或其它方 法求到主垂面控制线交点的坐标, 用主垂面控制线交点的坐标和控制线上的两控制点的坐 标、 高程可解测主垂面控制线交点与控制线上的斜距量算控制点间的斜距 ( 该斜距命名为 交点分割斜距 ), 该主垂面控制线交点、 该斜距量算控制点、 摄影中心三者相互连线组成的 三角形中, 可用余弦定理和正弦定理求到摄影。

9、中心分别到该主垂面控制线交点、 该斜距量 算控制点两个方向的夹角, 摄影中心、 主垂面控制线交点理论成像点、 斜距量算控制点的成 像点三者连线组成的三角形中 : 摄影中心到斜距量算控制点的成像点的距离、 交点分割斜 距的理论成像线与摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线之间的夹角、 摄影中心到斜 距量算控制点的成像点的连线与摄影中心到主垂面控制线交点理论成像点的连线之间的 夹角, 它们两角夹一边, 都可求到, 那么就可求到交点分割斜距的理论成像线的长度, 那么 在像片中量得主垂面控制线交点理论成像点位置, 将像主点与主垂面控制线交点理论成像 点连线, 该连线所在直线称为主纵线, 就找到了主纵线。

10、在像平面上的位置。 3. 根据权利要求 2 所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法, 其特征是 : 在迭代运算 时可以将式 (1) 运算了再代入式 (2), 也可将式 (2) 运算了再代入式 (4) 或再代入式 (6), 迭代运算时也可仅将式 (2) 先运算了再代入式 (4) 或再代入式 (6) ; Q 水平面的高程值 Q 可 以是大于摄影中心高程的数 ; 当采用的控制点个数超过三个, 锥体侧边也超过三个, 根据锥 体各个侧边长度、 摄影中心到 Q 水平面的距离、 该锥体侧边上的控制点的高程、 Q 水平面的 高程、 该侧边在 Q 水平面投影线的长度, 它们之间内在的联系, 可用以摄影中心到 Q 。

11、水平面 的距离作为未知数的算式来分别表示锥体各侧边在 Q 水平面投影线的长度, 可分别在各个 投影拼角三角形中, 由余弦定理构建边角关式等式, 并作移项后用反三角函数求投影拼角, 可将摄影中心和各控制点在 Q 水平面的铅垂投影点按相互位置关系展绘在一个平面上, 在 该平面上, 可按投影拼角的相互间拼的关系情况建立以摄影中心到 Q 水平面的距离为自变 量的一元方程, 可用该一元方程作为迭代方程 ; 可由迭代方程构建迭代对比算式或归零算 式 ; 也可以将迭代方程的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在任意一次或每次迭代 运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式 ( 或该归零算。

12、式 )。 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 4 4/4 页 5 4. 一种由运算设备迭代运算的编程法, 有如下步骤 : 第一步, ( 用条件转移指令或 子程序选择指令 ) 选择由迭代方程式移项或未经过移项构建的一对迭代对比算式 ( 或 一个归零算式 ), 输入迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的已知数据 ; 第二步, ( 估计和确 定自变量的区间范围 ), 此时可输入一个自变量区间的最大取值, 此时可输入自变量区 间内最小的值的作为自变量的第一次值, 输入首轮逐改值 ( 注 : 可以用符合下式的数 : (T 大于 3), 作为首轮逐改值 ), 给记录最佳互差的代数人工输 入一个。

13、大于任意限差的数或大于 10 亿的数 ; 第三步, 以确定的自变量分别计算每个计算超 限判断算式, 并分别判断其每个是否合格, 如果任一个不合格, 用条件转移命令让程序运行 立即转到第六步, 如果合格则继续, 以确定了的自变量, 分别运算每个迭代对比算式 ( 或运 算归零算式 ) ; 第四步, 将迭代对比算式运算的结果进行互差比较运算, 再比较本次计算的 互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差, 如果不是, 不作改变, 如果是, 分别以代数记 录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差 ; 第五步, 判断记录的最佳互差 是否符合限差, 如果是, 则进入七步骤, 输出记录的符合限差的最佳。

14、互差所对应的最佳自变 量值, 停止运行程序, 如果不是, 继续 ; 判断当次自变量是否大于或等于当前自变量区间的 最大值, 如果不是, 当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量, 回到第三步骤, 如 果是则继续 ; 第六步, 记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前逐改值后的差作 为下一轮计算的自变量的新的起点值, 自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为 下一轮运算的自变量区间的最大值, 当前逐改值乘以小于 0.5 的正数的积作为下一轮运算 的逐改值, 回到第三步骤 ; 第七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量 值, 停止运行程序 ; 其特征在于 : 采用或选择。

15、的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 是由前述本发 明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建。 5. 根据权利要求 4 所述的由运算设备迭代运算的编程法, 其特征是 : 第二步中, 首轮 逐改值可以是等于的数, 第二步中的其余内容不作改动, 第六步 中, 按如下方式改变逐改值 : 当前逐改值乘以 0.1 的积作为新的逐改值, 第六步的其余内容 不作改动。 6. 根据权利要求 5 所述的由运算设备迭代运算的编程法, 其特征是 : 可以将迭代对比 算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在任意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的 运算结果代入该迭代对比算式 ( 。

16、或该归零算式 ), 同理, 可以先将迭代对比算式 ( 或归零算 式 ) 的任意部分在一个程序行中先行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺 该部分的该迭代对比算式 ( 或该归零算式 )。 7. 一种运算设备, 应具备含有保存程序、 运算程序的硬件, 具有输入、 运算处理、 保存或 记忆或存储、 输出显示、 供电的硬件, 具有运算算式、 记忆和运算三角函数、 反三角函数、 加、 减、 乘、 除、 平方、 开方、 分数、 角度计量的常用运算规则的运算模块或硬件, 运算设备使用前 还具有 : 记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方 案的迭代运算编程方法的一至七步。

17、骤的程序的硬件, 其特征在于 : 具备保存有前述本发明 的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程的或由该方案任 一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件或模块。 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 5 1/21 页 6 摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法 所属技术领域 0001 本发明涉及摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法, 属于测绘领 域, 属于摄影测绘, 涉及单像空间后方交会求测摄影中心位置以及角锥三个侧边长度的测 量方法, 和部分其它外方位元素之测量方法, 也涉及操作该测量方法需运用的运算设备及 运算设备的编程。

18、序的方法。 背景技术 0002 摄影中心位置可以靠卫星导航定位设施来完成, 像姿态的问题可以靠导航仪或陀 螺仪或其它设备来完成, 但有时无需或不便使用上述设备或上述设备之一, 空间后方交会 测量中解测摄影中心的位置、 解测角锥三个侧边长度是测绘领域重要的技术问题, 一直是 摄影测量工作者所探求的技术问题。 与本发明最为相近的是角锥空间后方交会的距离方程 式解测法, 其需要18次三角函数来解各光束的方向角, 并需要组建和解一个6阶方程, 过程 复杂, 解测工作量大, 低专业文化人员不易掌握。 一些改进解测法也存在需要运用罗德里格 矩阵或对称矩阵和反对称矩阵等, 且解测摄影中心到地面距离也用距离方。

19、程式解法。另外 的直接线性变换法需要至少 6 个地面控制点, 诸控制点需布置在一个平面上, 需两部以上 照相设备, 涉及矩阵知识 ; 另共线方程解法需接近竖直角度拍摄, 控制点要求布置于一个水 平面, 影响布控制点效率, 在用两张像片对该两像重合区域目标进行前方交会测量时, 因都 水平, 两像重合区相对于有倾角拍摄而照的两幅像之间成像重合区面积小, 影响单幅像使 用效率, 且共线方程解法需运用到矩阵、 偏导等较高学历的知识。 以上背景技术均是在互联 网上所查到。 综上所述, 现有的诸背景技术有不同特点、 局限、 缺陷, 其还有共同的缺陷就是 求解步骤多且复杂, 它们没有简便地首先破解锥体的三个。

20、侧边长度和摄影中心位置, 以致 后续工作和整个过程繁杂, 现况下大量测绘技术人员掌握和操作不易, 影响空间后方交会 测量工作的继续开展, 影响摄影测量在测绘单位及测绘工作人员中的广泛推广运用, 强行 推广需大量培训人员, 且解测工作量大, 需要档次相对较高的运算设备或运算模块, 这方面 缺陷相当于成本和效率的缺陷。现如今, 广大测绘单位迫需应用摄影测量技术以应对大量 大面积的地形图测量的需要, 三角函数是测量工作人员的必修课程, 大量的测绘作业技术 是靠三角函数知识来解答, 凡是技术人员都懂三角函数, 却相对较小比例的测绘技术人员 懂偏导知识、 矩阵知识, 并且矩阵运算也较三角函数运算繁琐。因。

21、此, 解测空间后方交会关 于锥体三侧边长度、 摄影中心位置的技术问题和部分其它像姿态问题, 寻求到运用三角函 数知识来解测且操作步骤简化的测量方法尤为关键, 并且设计一种专用于该测量方法的含 有专门的运算程序的运算设备, 以及专门运算程序的编写方法也十分重要。 发明内容 0003 为了克服现有技术的各种各自局限或缺陷, 以及它们解测步骤复杂, 解测工作量 大, 需要档次相对较高的运算设备或运算模块, 需要运用到较高学历所学的知识, 不能适应 于现今广大测绘单位的测绘人员技术条件及状况的需要, 推广成本高、 速度慢, 影响摄影测 说 明 书 CN 103353300 A 6 2/21 页 7 量。

22、的迅速广泛推广运用的共同缺陷, 本发明提供摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算 设备及编程法, 通过其能解测空间后方交会中锥体三侧边长度、 摄影中心位置的技术问题 和寻求到其它部分像姿态的测量方法, 其只需运用到三角函数、 三角条件、 加、 减、 乘、 除、 平 方、 开二次方知识, 解测步骤少而简单, 求解工作量小, 几乎只运用两个或三个单纯的迭代 过程解测实现, 可靠运算设备实现全自动电算化, 可不需要中间过程抄写中间数据, 中间过 程可完全消除人工抄写错误, 运算工作效率高, 且可不需要档次相对较高的运算设备或运 算模块, 许多测绘单位的一些小型运算设备即可按该编程法编程序解算, 广大测。

23、绘工作人 员能灵活使用, 可适用于有倾角的拍摄, 可以较好、 较快、 较简捷或较单纯或更高效率或自 动电算化地解测锥体三侧边长和摄影中心位置或部分其它像姿态项目, 可使空间后方交会 测量工作能更好地继续开展, 可使摄影测量在广大大、 中、 小型测绘单位及测绘工作人员中 的推广运用有了人员技术、 运算设备条件的保障或便利, 可用本法间接地解测到与摄影中 心坐标(或高程)相同的物体的坐标(或高程), 也可用本法求测到的摄影中心坐标(或高 程 ) 去印证或校对其它方法求测到的摄影中心位置, 起到复核或验证的作用, 在解得锥体 三侧边长度和摄影中心位置和主光轴控制面点坐标后, 可再用共线条件方程或解析。

24、几何、 立体几何、 三角函数的解算方法、 常用测绘方法或其它方法更为容易求解到空间后方交会 的其它外方位元素, 也可借助于仪器来解决关于像姿态剩下的问题, 也可按实施例继续开 展关于像姿态的其余求测工作, 也可继续用两张像片去求得两个摄影中心分别到同一待测 物的方位角, 用该两摄影中心坐标和该两方位角前方交会求得待测物坐标。 0004 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 : 在摄影测量及空间后方交会测量上 可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备 : 在地面上布置三个不在同一直线上的控制 点 ( 三个控制点高程不限可因地形而设, 三个控制点尽量相互拉开距离并落入摄影像中, 落入的像区最好是。

25、成像差较小的区域, 成像差是指地面点的实际成像位置与理论位置的偏 差。 ), 三个控制点的坐标、 高程为已知, 三个控制点可以依序编为 : M、 N、 L, 测量作业拍摄后, 它们在像上的位置可分别对应地依序编为 : F、 G、 E, 摄影中心为S(或称其为投影中心), R为 像主点 ( 即摄影设备主光轴与像平面的交点 ), H 为摄影中心在摄影中心下方的高程为 Q(Q 为任意值 ) 的一水平面的铅垂方向投影 ( 该水平面称为 Q 水平面 ), K 为摄影仪主光轴与含 M、 N、 L 的平面的交点 ( 称为主光轴控制面点 ), R 是 K 的像, 在一张空中府摄像上 ( 该像可 以是底片、 像。

26、尺寸和实际成像一致的电子文件或其它介质的像, ) 量测得 FR、 GR、 ER、 FG、 GE、 FE 诸线段的长度 : FR 即 1、 GR 即 2、 ER 即 3、 FG 即 1、 GE 即 2、 FE 即 3, RS 长度即 4等于已知像主距或像距, 据已知的地面控制点 M、 N、 L 的坐标反算它们之间的平距分别 为 : M 到 N 平距为 a, N 到 L 平距为 b, L 到 M 平距为 d, 再根据三个地面控制点间的平距和高 程差算出它们之间的斜距 : 线段 MN A, 线段 NL B, 线段 LM D, 设包含摄影中心铅垂线 和摄影设备主光轴的平面命名为主垂面, 它与含 M、 。

27、N、 L 的控制点平面的交线命名为摄影方 向线, 它与像平面的交线命名为主纵线, 主纵线与 MNL 控制点平面上的摄影方向线在像平 面上的理论成像线重合, 两控制点间的线段命名为控制线, 摄影中心到三个控制点的距离 设为 : MS m X、 NS n、 LS , 设为乘号, 简单运算 : 说 明 书 CN 103353300 A 7 3/21 页 8 FS 2 FR 2+RS2,GS2 GR 2+RS2,ES2 ER2+RS2, 令 FS、 GS、 ES 三 个 线 段 的 长 度 为 : FS 为 4、 GS 为 5、 ES 为 6, 由 余 弦 定 理 得 技术方案的首步(该步是开启方案大。

28、门的关键、 重要的一步)是求 测 X( 即 MS 或 m)、 n( 即 NS)、 ( 即 LS), 将 0005 代入 或代入 D2 2+X2-2XcosZ3, 得到一个 X 为自变量 的一元方程, 将其作为迭代方程, 可将该方程等号两边的项作为相互迭代对比的项 ( 将迭 代方程等号两边的项作为相互迭代对比的项具体地说即是构建迭代对比算式或归零算式 : 将迭代方程等号两边的算式分别作为相互迭代对比的迭代对比算式, ( 它们是一对, 一但采 用则共同存在 ), 或构建归零算式即将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零, 迭代方程等 号另一边的算式命名为归零算式, 自变量是真值时归零算式的理论为零, 。

29、实际上是将迭代 方程移项后让迭代方程等号一边为零其等号另一边为归零算式, 把归零算式和零两者作为 相互迭代对比的项, 引入迭代对比算式和归零算式两个概念是为了更清楚说明相互迭代对 比的项 ), 进行迭代运算时, 逐次输入不同自变量, 直到解算到等号两边的迭代对比算式相 互间的差值符合限差时, 该次输入的自变量 X 即为 MS 的值, 或解算到归零算式的值符合限 差 ( 该限差是与零相比较的限差 ) 时该次输入的自变量 X 即为 MS 的值, 即解得 m 的值, 依 解得的 MS( 即 m) 的值, 再在 MNS 中求得 NS( 即 n), 在 NLS 或 MLS 中求得 LS( 即 ) ; 第。

30、二步求摄影中心坐标和高程, 当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间 ( 即当摄影中 心铅垂方向投影位于 : 三个控制点分别铅垂方向投影在 Q 水平面上的三个投影点相互连线 组成的三角形之内 ), 则用 0006 为迭代方程式迭代运算解测 值, 如落在三 个控制点外 ( 即落在三个控制点的投影点相互连线组成的三角形外 ), 则根据摄影中心铅 垂方向投影所落的具体位置用如下 说 明 书 CN 103353300 A 8 4/21 页 9 或 或 中其中一个和摄影中心铅垂方向投影与三个控制点铅垂 投影 M、 N、 L具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代运算解测 的值, ( 注 : 当摄影中心。

31、在 Q 水平面铅垂投影点落在三个控制点在 Q 水平面铅垂投影点相互连线组成 的三角形的区或区时用式 (9) 作为迭代方程, 当落在该三角形的区或区时用式 (10) 作为迭代方程, 当落在该三角形的区或区时用式 (11) 作为迭代方程。), ( 可将 代入这三个方程式 中的任意一个方程式, 可求到 HL即 、HM即 和HN即 这三个线段中任意一个线段 的值, 摄影中心、 三个控制点在 Q 水平面上的铅垂投影点 ( 即点 H、 L、 M和 N ) 四者相 互连线的任一线段长都可求到, 以这些连线为边构成的所有三角形的任意边长和任意内角 都可求到, 三控制点间方位角或三控制点在 Q 水平面上的投影点。

32、间的方位角可用它们的坐 标反算求到 ), 在 Q 水平面上以摄影中心的铅垂投影点 H 为顶角, 以三个控制点铅垂投影 点的相互连线 M N、 N L、 L M为底边的三个三角形中任选一个三角形, 将 代入 这三个方程式中 其中的两个方程式(比如和求到HL即、 HM即 和HN即这三个线段其中两个线段的值, 通过以余弦定理组建关系式, 通过求反 三角函数, 求出该三角形任一个底角, 用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影 H 的距离和该三角形底边 ( 比如 M N ) 的方位角, 求到摄影中心铅垂投影 H 的坐标, 即摄 影中心 S 的坐标, 求到 后,就是摄影中心的高程。第三步, 解测摄影。

33、中心 S 到主光轴控 制面点 K 的距离 V, 当摄影所成像的像主点是在三个控制点 M、 N、 L 的像以内时 ( 即像主点 在三个控制点的像相互连线组成的三角形以内时 ), 用 0007 0008 说 明 书 CN 103353300 A 9 5/21 页 10 0009 作 为 迭 代方程, 进行迭代运算, 解测摄影中心 S 到主光轴控制面点的距离, 当摄影所成像的像主 点是在三个控制点的像以外时 ( 即像主点在三个控制点的像相互连线组成的三角形以外 时 ), 用 0010 0011 0012 或用 0013 0014 0015 或用 0016 0017 0018 即用以上三个方程中其中一。

34、个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作 为迭代方程, ( 注 : 当主光轴控制面点 K 落在区时用式 (13) 作为迭代方程, 当主光轴控 制面点落在区或区时用式 (15) 作为迭代方程, 当主光轴控制面点落在区或区时 用式 (14) 作为迭代方程, 当主光轴控制面点落在区或区时用式 (16) 作为迭代方程 ), 迭代运算解测摄影中心 S 到主光轴控制面点 K 间的距离 V ; 第四步, ( 可将求到的 V 代入 2+V2-2V cosI32, 或可代入n2+V2-2V n cosl22, 或可代入m2+V2-2V m cosI1 2, 可求到 2、 2、 2的算术平方根, 即可。

35、求到 KL 的长度 或KN 的长度 或KM 的 长度 , 至此, K、 M、 N、 L 相互的任一连线的长度都已可以求到, 它们连线之间的任一个夹 角也可据余弦定理组建关系式后用反三角函数求到, ) 主光轴控制面点 K 落在 MNL 内或 落在 MNL 外也都能找到这样的关系 : 包含 K 与其中一个控制点的直线 ( 称其为主动交直 线 ), 与另两个控制点间的线段 ( 称其为控制线 ) 相交, ( 并且因为若将主光轴控制面点及 M、 N、 L 三个控制点间两两相互连线, 以这些连线为边组成的三角形的任意内角和边长都可 说 明 书 CN 103353300 A 10 6/21 页 11 求到 。

36、), 可求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的线段 ( 即被相交的控制线 ) 上 的一个控制点之间的距离, 用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、 高程 求到相交点的坐标、 高程, K 和一已知控制点以及已求得坐标、 高程的该相交点在同一主动 交直线上, 可求到 K 与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离, 再用该距离和 该相交点的坐标、 高程和主动交直线上该控制点的坐标、 高程求出主光轴控制面点 K 的坐 标 ; 至此解测了投影中心的坐标和高程、 主光轴控制面点 K 坐标、 摄影设备主光轴从摄影中 心到主光轴控制面点之间的线段长度, 这几个要素就决定了摄影设备的位置、。

37、 倾角、 方向, 可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位角, 这两个 方位角之一决定了像片的方向, 像片的旋角是相对于像边框而言的, 其实三个控制点在像 片中的成像位置也已决定了像片的旋角, 也还可以用在实施例中利用主垂面方位角与控制 点(或控制线)的关系采用普通的数学和测绘方法求到决定像片旋角的主纵线在像片上的 位置。 用以运算本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中迭代运算的运算 设备的编程法 : 第一步, ( 用条件转移指令或子程序选择指令 ) 选择由迭代方程式移项或未 经过移项构建的一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 注 : 一个运算设备。

38、中可只采用或 只存在一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 其它的迭代方程由另外一个或另外多个运 算设备运算, 构建迭代对比算式是指将迭代方程式等号左右两边算式作为相互迭代对比的 两算式, 构建归零算式是指将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零, 等号另一边的算式 确定为归零算式 ; 另, 选择迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 可不在本步骤中选择, 可在计算迭 代对比算式 ( 或归零算式 ) 之前选择 ; 在选择迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 时, 迭代对比 算式 ( 或归零算式 ) 对应的计算超限判断算式同时被选择 ( 即对应的计算超限判断算式和 迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 位于同。

39、一程序运行路径 ), 注 : 计算超限判断算式是用以判断 是否将出现计算超限的算式, 其包括迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 中的 : 含有自变量的作 为分母的算式 ( 根据一确定的自变量如果其值为零则是不合格 )、 含有自变量作为被开方 数的算式 ( 根据一确定的自变量如果其值为负数则是不合格 )、 用以求反三角函数的最终 算式 ( 即不再参加其它计算, 真接用其来求反三角函数的算式, 根据一确定的自变量如果 其值的绝对值大于 1 则是不合格 ), , 输入迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的已知数据 ; 第 二步, ( 估计和确定自变量的区间范围 ), 此时可输入一个自变量区间的最大取值 。

40、( 作为自 变量不能超过的值 ), 此时可输入自变量区间内最小的值的作为自变量的第一次值, ( 注 : 以自变量估计区间的最小值作为首个自变量, 以后, 每选一次自变量都采用上一次自变量 值加上一个正数逐改值作为当次选的自变量。), 输入首轮逐改值 注 : 可以用符合下式的 数 :(T 大于 3), 作为首轮逐改值, 这个分数不一定写入程序, 只 说明逐改值的取值范围。, 给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差 ( 即区间内 任意自变量产生的限差 ) 的数或大于 10 亿的数, 即在估计的自变量区间内采用任意一个 自变量, 迭代对比算式计算的互差 ( 或归零算式的计算值 ) 都比给记录最。

41、佳互差的该代数 人工输入的数小, 其作用是让程序在首次进入第四步时能记录下采用首个自变量计算出的 互差作为第一个最佳互差, 并记录该次的自变量作为首个最佳自变量, 操作中可以将区间 内最大自变量和最小自变量分别代入迭代对比算式 ( 或归零算式 ), 分别计算出用大、 小自 变量时迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的互差, 给记录最佳互差的代数人工输入的数值要大 说 明 书 CN 103353300 A 11 7/21 页 12 于该两互差中最大一个互差, 如果不能正常运行, 则加大数值输入, 为了简便可直接人工输 一个大于 10 亿的数, 如果不能正常运行, 再加大数值输入, 如此反复, 也可。

42、在首轮使用小数 值逐改值, 首轮逐改值小时, 首轮选用的自变量多, 算到的互差中最小的互差更接近限差的 可能大, 而给记录最佳互差的代数人工输入的数值不一定满足记录下首个自变量产生的互 差 ( 来作为最佳互差 ) 和该首个自变量 ( 来作为最佳自变量 ), 只要在第一轮运算中能自 动记录一个自变量产生的互差 ( 来作为最佳互差 ) 和该个自变量 ( 来作为最佳自变量 ), 即可。 ; 第三步, 以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式, 并分别判断其每个是否 合格 ( 采用的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 中可出现计算超限的部位的计算超限判断算式 都要分别被判断是否合格 ), 如果任一个不。

43、合格, 用条件转移命令让程序运行立即转到第六 步, ( 注 : 有时迭代方程自变量的取值稍偏离真值, 可能造成迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 其中的反正弦函数等计算超限, 但这种情况出现的不多 ; 如将出现计算超限, 可让程序转到 第六步, 以致修改自变量的起点值、 修改自变量区间最大值、 修改逐改值后进行下一轮的迭 代运算过程, 在更接近真值的自变量范围内继续算 ), 如果合格则继续, 以确定了的自变量, 分别运算每个迭代对比算式 ( 或运算归零算式 ) ; 第四步, 将迭代对比算式运算的结果进 行互差比较运算 ( 可以用一对迭代对比算式中的两个迭代对比算式的结果相除, 或相减, 或相减后。

44、取差的绝对值, 其商或差或差的绝对值称为互差, 用以和限差比较, 如果采用的是 归零算式, 不需互差比较运算, 用归零算式的值直接和限差比较, 它本身可看作为与零相减 的差, 该限差是能比较是否接近零的限差, 为了语言统一, 下文中归零算式计算出的值也称 作为互差 ), 再比较本次计算的互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差, 如果不是, 不 作改变, 如果是, 分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差, ( 程序的使用过程中, 如果是第一次运算, 该记录最佳自变量的代数还没有输入数值, 运算 设备可能会提问该代数的值, 那么, 给记录最佳自变量的代数输入任意数值。) ;。

45、 第五步, 判 断记录的最佳互差是否符合限差, 如果是, 则进入七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差 所对应的最佳自变量值, 停止运行程序, 如果不是, 继续 ; 判断当次自变量是否大于或等于 当前自变量区间的最大值, 如果不是, 当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量, 回到第三步骤, 如果是则继续 ; 第六步, 记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前 逐改值后的差作为下一轮计算的自变量的新的起点值, 自变量新的起点值加上两倍当前逐 改值后的和作为下一轮运算的自变量区间的最大值 ( 即从自变量新的起点值至自变量新 的起点值加上两倍当前逐改值后的和这个区间作为下一轮运算自变量的取。

46、值范围区间 ), 当前逐改值乘以小于0.5的正数的积作为下一轮运算的逐改值, 回到第三步骤(注 : 此时改 变自变量区间的最大值和自变量的起点值及逐改值后回到第三步骤即进行下一轮运算开 始 ) ; 第七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值, 停止运行程序 ; 本编法的一至七步骤其实主要采用的是很简单的断判或选择, 是普通软件技术员可随意编 写的, 重要的一点是 : 采用或选择的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 是由前述本发明的摄影 中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建 ( 即 : 采用 或选择的一对迭代对比算式中两个迭代对比算式相互用等号连接。

47、起来是本发明的摄影中 心位置或像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代 方程, 亦或, 采用或选择的归零算式与零之间用等号连接起来是本发明的摄影中心位置或 像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代方程。)。 说 明 书 CN 103353300 A 12 8/21 页 13 运算设备应具备含有保存程序、 运算程序的硬件, 具有输入、 运算处理、 保存或记忆或存储、 输出显示、 供电的硬件, 具有运算算式、 记忆和运算三角函数、 反三角函数、 加、 减、 乘、 除、 平 方、 开方、 分数、 角度计量等等常用运算规则的运算模块或硬件, ( 。

48、前述具备硬件条件, 比如 卡西欧 fx-4500PA 函数计算器的硬件条件或功能即可实现, 但卡西欧 fx-4500PA 函数计算 器内存较小, 可能不能被输入或包含全部迭代方程, 当容量有限时, 超容量不能输入的迭代 方程可由另外一个或另外多个计算器来完成, 该另外的计算器在使用之前也应输入类同前 述一至七步骤编程法的程序, 因此, 可以使用多个运算设备来共同完成, 一个运算设备可以 只采用或只存在一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 同时, 卡西欧 fx-4500PA 函数计算 器每一个程序行也有容量限制, 当一个程序行容纳不下一个迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 及其它相配程序时,。

49、 可以先将迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在一个程序行中先 行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺该部分的该迭代对比算式 ( 或该归 零算式 )。), 运算设备使用前还具有 : 记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置 或像姿态的测量方法的技术方案的迭代运算编程方法的一至七步骤的程序的硬件, 重要的 是 : 具备保存有前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一 迭代方程的或由该方案任一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件 或模块 ( 即应具备这样的硬件或模块, 该硬件或模块中保存有本发明的摄影中心位置或像 姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程, 或者是该硬件或模块中保存有由本发 明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程所构建的一对 迭代对比算式或一个归零算式。判断是否由该迭代方程所构建 : 一对迭代对比算式的两算 式之间用等号连接起来是该迭代方程。

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