李玉香 陳彩紅

摘 要：近幾年來隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，測繪環(huán)境已步入數(shù)值化的領(lǐng)域，各項公共建設(shè)不斷地進行著，且各個工程規(guī)劃及施政決策都極需大量完整的空間信息，再加上地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)已日益普及化，大量精確地理信息的提供也越顯重要；而傳統(tǒng)航測作業(yè)必須完全依賴及使用特別設(shè)計的儀器，如立體測繪儀。如今，計算機科技的快速發(fā)展，測繪系統(tǒng)已逐漸發(fā)展成為全數(shù)字化的技術(shù)，無論在容量或速度上均有能力來處理大量的影像數(shù)據(jù)，這顯示我們可以發(fā)展特殊的計算機軟件取代傳統(tǒng)昂貴的機械電子式航測儀器，所以本文開發(fā)一套架構(gòu)于AutoCAD系統(tǒng)上的立體測繪系統(tǒng)，使繪制地圖形操作程序更加簡便。

關(guān)鍵詞：精確測繪 數(shù)字系統(tǒng) 研究

中圖分類號：F293 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0079-02

為了將測繪系統(tǒng)自動化，近年來，測繪也逐漸由模擬像片的型態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)值影像的方式來測繪。而就數(shù)字測繪而言，其對影像點位坐標測繪為主要工作之一，像點的辨認及坐標的測繪，一直是測繪中最基礎(chǔ)且重要的工作，測繪精度的好壞，將會影響計算結(jié)果的品質(zhì)。因此將航測照片數(shù)化后的影像做測繪，仍然以傳統(tǒng)的解析觀念作為解算的依據(jù)。

本研究采用解析計算法，基本構(gòu)架為應(yīng)用HelavaTypeAP的承片形態(tài)，像片坐標以x'，y'（左片）；x"，y"（右片）方式讀取，并引用imagespaceplotter以像空間坐標為主的解析計算觀念，作為計算的基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)化階段可由影像掃描儀（Scanner）將航空照片掃描后，制成圖像文件儲存于光盤上，以供測繪之用。測繪階段主要有觀察的硬件設(shè)計以及程式撰寫的軟件開發(fā)，此階段于AutoCAD系統(tǒng)上觀察與測繪，并建立方位元素即轉(zhuǎn)換參數(shù)的參數(shù)模塊文件，以供使用。圖形顯示與編輯階段于AutoCAD系統(tǒng)上做立體測繪再經(jīng)由所建立的參數(shù)模塊文件計算物空間坐標，然后顯示圖形并做修圖工作。最后成圖輸出階段就借由繪圖機（或印表機）直接處理。

1.1 立體影像觀察的設(shè)計

本系統(tǒng)立體影像觀察鏡的設(shè)計，仍然采用傳統(tǒng)航測光學立體鏡的形式，將原本直立式的反光立體鏡，轉(zhuǎn)90°成水平于計算機屏幕前觀察影像，以達到左眼看左片，右眼看右片的目的。

立體鏡的研發(fā)概念，配合作業(yè)過程的要求，以組合式完成，設(shè)計說明如下。

（1）反光立體鏡。一般若使用簡易立體鏡做觀察，將重疊影像依航線方向作成立體像對進行立體觀察時，二張影像在共軛區(qū)會形成影像本身重疊的現(xiàn)象，必須交互翻轉(zhuǎn)左右影像方可觀察到被遮蔽部分的立體影像，在觀測時會造成相當?shù)睦щy。為了能夠觀察到重疊區(qū)內(nèi)的全部立體影像，使用反光立體鏡，反光立體鏡組合反光立體鏡內(nèi)含一對反射棱鏡（或反射鏡）m及m'以及一對翼鏡M及M'，每一面鏡子與像平面的交角為45°。反光立體鏡最大的好處在做航攝像片的立體觀察時，二張影像可完全分開，以便觀察重疊區(qū)內(nèi)的全部影像，可避免遮蔽的缺點。

（2）腳螺旋。進行立體觀察時，除了要左眼看左像，右眼看右像之外，尚須確保相對應(yīng)的視線能在空間交會，即相應(yīng)像點間無縱視差（Y-Parallax），因此設(shè)計三個角螺旋來調(diào)整水平狀態(tài)，使得眼基線能與航線方向平行，消除Y視差。

（3）反光立體鏡基座。反光立體鏡若只架于三個腳螺旋上，高度還是無法達到能夠觀測到屏幕上的影像，于是將三腳架的架首取其一部分當反光立體鏡基座，以提高觀察時的高度。

本研究作業(yè)時計算機屏幕為19寸，且反光立體鏡整體高度設(shè)計成恰好能夠觀測屏幕中央。反光立體鏡安置于計算機屏幕前，調(diào)整三個腳螺旋使眼基線與航線方向平行，以消除Y視差，觀察左右影像以達到立體的效果。

1.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

本研究的軟件以VisualBasic6.0、AutoCAD內(nèi)的AutoLISP與VBA程序語言撰寫而成，最后將所有過程中會使用到的功能新增于AutoCAD的系統(tǒng)上，取名為“立體測繪系統(tǒng)”，在AutoCAD菜單上多了一項“立體測繪系統(tǒng)”的菜單，而各項功能說明如下。

（1）平移。將所選取的對象，以鍵盤W（上）X（下）A（左）D（右）控制移動方向，應(yīng)用于將兩影像飛行方向成一水平線與移動浮測標時。

（2）旋轉(zhuǎn)。將所選取的對象，選擇一點為旋轉(zhuǎn)中心，再以鍵盤A（逆時鐘）D（順時鐘）控制旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)用于將兩影像飛行方向成一水平線時。

（3）浮測標。對于浮測標的設(shè)計，傳統(tǒng)的模擬和解析制圖儀，浮測標是不動的，移動的是承影盤，但考慮現(xiàn)有的接口設(shè)備，采取影像不動，移動浮測標的方式，其效果是一樣的，應(yīng)用于圖形測繪時。

（4）測繪影像坐標。測繪影像坐標，應(yīng)用于測繪影像框標坐標以做坐標轉(zhuǎn)換，測繪方位點坐標以做相對方位計算。

（5）參數(shù)模塊文件。參數(shù)模塊文件PMF（ParameterModelFile），以窗口功能的方式開啟，并由交談式的提示操作，極為簡便。

PMF主菜單說明如下。

（1）檔案：檔案編輯與打印。

（2）測繪系統(tǒng)：建立參數(shù)模塊文件。

（3）地面坐標：計算測繪像面坐標檔的地面坐標。

（4）說明：讀取檔案方式說明。

（5）結(jié)束：離開主程序。

測繪系統(tǒng)功能說明如下。

（1）坐標轉(zhuǎn)換：將左右率定框標坐標與測繪框標坐標做坐標轉(zhuǎn)換。

（2）改正參數(shù)：選擇參數(shù)（透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差）與輸入焦距。

（3）方位元素：做相對方位計算，得，by，bz，ω，Φ，。

（4）模型坐標：計算得到光學模型坐標。

（5）七參數(shù)轉(zhuǎn)換：做絕對方位計算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。

（6）參數(shù)模塊文件：建立影像像對的參數(shù)模塊文件。

2 系統(tǒng)操作

2.1 操作系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)的設(shè)計主要分成參數(shù)模塊文件建立與圖形測繪兩部分。

參數(shù)模塊文件包括如下。

（1）模型編號。

（2）坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差（0表示不修正，1則修正）與修正量。

（4）攝影機焦距。

（5）共面式相對方位元素。

（6）絕對方位轉(zhuǎn)換七參數(shù)。

操作說明如下。

（1）測繪影像坐標。

開啟AutoCAD系統(tǒng)：①加載立體像對的圖像文件（左片與右片），應(yīng)用新增的“立體測繪系統(tǒng)/平移與旋轉(zhuǎn)”功能使兩影像飛行基線成一直線，并存文件，等參數(shù)模塊文件建立完成后，進行圖形測繪時，不必非得一次就完全繪制完成，不管何時只要加載所儲存*.DWG檔，即可呼叫出立體像對的圖像文件，再配合此立體像對的參數(shù)模型文件就可測繪圖形，極為方便。②執(zhí)行“立體測繪系統(tǒng)/影像坐標”功能，測繪左右像框標點以做坐標轉(zhuǎn)換與測繪左右像方位點坐標來進行相對方位計算。

（2）參數(shù)模塊文件建立。

開啟PMF系統(tǒng)：①執(zhí)行“內(nèi)方位建立＼坐標轉(zhuǎn)換”：輸入左右像框標點率定坐標，可由檔案讀取。輸入測繪框標點坐標檔，進行坐標轉(zhuǎn)換，將計算所得的左右像轉(zhuǎn)換參數(shù)存于“Tran模型編號.txt”檔中。②執(zhí)行“內(nèi)方位建立＼改正參數(shù)”：選擇改正參數(shù)（透鏡畸變差、大氣折光差與地球曲率差）及輸入焦距，并將其改正參數(shù)模式與改正量存于“Redu模型編號.txt”檔中。

2.2 相對方位計算

（1）執(zhí)行“相對方位計算＼方位元素”。①輸入左右影像方位點坐標文件，讀取“Tran模型編號.txt”檔，經(jīng)過轉(zhuǎn)換參數(shù)可得方位點的像面坐標，再讀取“Redu模型編號.txt”文件進行改正參數(shù)修正系統(tǒng)誤差即可得到改正后的左右方位點像面坐標，最后儲存于“Coor模型編號.txt”檔中。②輸入相對方位計算初值、精度和循環(huán)數(shù)，并令bx=90與讀取“Coor模型編號.txt”檔進行相對方位計算，計算得，by，bz，ω，Φ，，并存于“Five模型編號.txt”檔中。

（2）執(zhí)行“相對方位計算＼模型坐標”。輸入模型編號計算模型坐標，讀取“Coor模型編號.txt“檔與“Five模型編號.txt”計算模型坐標并儲存于“ModelCoor模型編號.txt”檔中。

2.3 絕對方位計算

（1）執(zhí)行“絕對方位計算＼七參數(shù)轉(zhuǎn)換”。

輸入控制點地面坐標檔、精度與回圈數(shù)，讀取“ModelCoor模型編號.txt”檔進行絕對方位計算，得S，ωa，Φa，a，X0，Y0，Z0。存于“Seven模型編號.txt”檔中。

（2）執(zhí)行“絕對方位計算＼參數(shù)模塊文件”。

輸入模型編號建立參數(shù)模塊文件，讀取“Tran模型編號.txt”檔、“Redu模型編號.txt”檔、“Five模型編號.txt”檔與“Seven模型編號.txt”文件，儲存于“Parameter模型編號.txt”檔中。

（3）圖形測繪。

于AutoCAD系統(tǒng)進行圖形測繪，經(jīng)由反光立體鏡觀察影像并配合浮測標的設(shè)計以測繪左右像的影像坐標，再借由所完成的參數(shù)模組檔的轉(zhuǎn)換參數(shù)即可得到實際的地面坐標，繪制成圖，立即顯示于AutoCAD系統(tǒng)上，最后再做整體的圖形編修與標示。

3 結(jié)語

AutoCAD坐標系轉(zhuǎn)為像面坐標系的平面坐標轉(zhuǎn)換采用六參數(shù)轉(zhuǎn)換，且只選擇4個框標點計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，而現(xiàn)在一些航照圖框邊增加了十字標點，可測繪更多標點，并可配合多考慮一些參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，參數(shù)轉(zhuǎn)換或十六參數(shù)轉(zhuǎn)換，以求得更精準的像面坐標。在進行圖形測繪時，采用反光立體鏡進行繪圖，僅一套觀測系統(tǒng)。因此可朝向開發(fā)互補色/液晶立體鏡代替反光立體鏡，亦可適用于本系統(tǒng)。

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