摄影测量在地形图测绘中的应用优势探析

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地形图测绘是测量学中的一项重要内容，它是为了获得地球表面的地形数据而进行的测量和制图。在地形图测绘中，摄影测量技术是一种重要的测量方法，它具有高效、准确、经济、安全等优点。随着科技的不断发展，摄影测量技术在地形图测绘中的应用越来越广泛，已经成为测绘领域中不可或缺的一部分。本文探讨摄影测量在地形图测绘中的应用优势及应用思路，为地形图测绘工作的良好开展提供参考和借鉴。

一、摄影测量在地形图测绘中的应用优势

（一）非接触式测量

 非接触式测量技术在现代科技领域中扮演着重要角色，其中之一便是摄影测量技术。摄影测量技术通过拍摄大量的照片，然后使用计算机视觉和图像处理算法对照片进行处理，精确地计算出照片中物体的三维坐标信息。这种技术在测量领域具有重要意义，尤其是在地形测量、环境监测和灾害评估等方面。摄影测量技术作为一种非接触式测量方法，具有很多优势。因为它不会对地形造成破坏，所以可以持续地获取地形信息，而不会对环境造成负面影响。这对于长期监测和可持续管理地形变化非常重要，有助于更好地了解地球表面的变化规律，为环境保护和资源利用提供科学依据。所以，摄影测量技术在自然灾害监测和评估方面具有重要意义。例如在地震、洪水、火山喷发等自然灾害发生时，摄影测量技术可以帮助监测和评估灾害影响，迅速获取受灾地区的地形、地貌和基础设施状况。这为政府部门制定救灾政策和实施救援措施提供了重要依据，同时也为灾害恢复和重建提供了数据支持。此外，摄影测量技术还在城市规划、土地管理和交通运输等领域发挥着重要作用。通过不断地监测和更新地形信息，可以有效地规划城市发展空间，合理利用土地资源，提高交通运输效率。此外，摄影测量技术还可以应用于古建筑保护、文化遗产发掘和研究等方面，为人类文明的研究提供了宝贵资料。

随着科技的不断发展，摄影测量技术也在不断地创新和优化。从传统的胶片摄影发展到数字摄影，再到现在的无人机遥感技术，摄影测量技术在测量范围、精度和效率方面都有了很大提升。此外，计算机视觉和图像处理算法的不断进步，也为摄影测量技术的发展提供了有力支持。

（二）灵活性和可定制性

摄影测量技术在地理信息获取方面具有显著的灵活性和可定制性，能够根据地形图测绘的具体需求进行针对性定制，以适应不同场景和应用的要求。这一技术的运用，使得在面对各种地形和环境时，都能采取相应的方式进行高效的地形图测绘。在空中拍摄时，可以运用无人机或飞机进行航空拍摄。无人机，作为一种无人驾驶的飞行器，能够在低空进行拍摄，以获取高精度的地形图数据。无人机测绘系统具备自动化、智能化和实时性等特点，可以快速地获取大面积的地形图数据，大大提高了测绘工作的效率。

在地面拍摄时，可以选择使用车载或手持相机进行拍摄。车载相机测绘是一种利用汽车、无人车或机器人等载体进行地形图拍摄的方法。这种方法能够在道路、沙漠、山区等不同地形环境中进行拍摄，以获取高精度的地形图数据。此外，车载相机测绘系统还能够根据载体的运动状态，实时地调整拍摄参数，以确保获取的数据质量。另一种地面拍摄方法是手持相机测绘。这是一种便携式的地形图拍摄方法，使用手持式相机进行拍摄，以获取室内或室外的小范围地形图数据。手持相机测绘的优点在于其便携性和灵活性，可以在各种环境下进行拍摄，适用于对地形图数据精度要求较高的场景。

摄影测量技术在灵活性和可定制性方面还表现在拍摄设备的选用上。可以根据实际需求，选择不同类型的相机、镜头和传感器等设备，以满足不同场景的拍摄需求。例如，在拍摄高分辨率地形图时，可以选择高像素的相机和镜头；在拍摄大规模地形图时，可以选择具有广角视场的相机和传感器。另外，摄影测量技术还包括多种数据处理和分析方法，如立体视觉、光束平差、数字图像处理等。这些方法可以根据地形图测绘的具体要求，进行定制化和优化，以提高地形图数据的质量和准确性。

二、摄影测量在地形图测绘中的应用思路

（一）提高数据采集效率

数据采集是摄影测量在地形图测绘中的重要环节。为了提高数据采集效率，需要重视摄影参数和路径的控制，可以利用计算机视觉和人工智能技术，对摄影角度、曝光时间等进行智能控制，以保证图像质量和数据的一致性。摄影角度是指相机与被摄物体的夹角，它影响着图像的立体感和地物之间的遮挡关系。为了获得高质量的图像，需要合理设置摄影角度，在测量时，根据地形特征和测绘需求，选择合适的摄影角度。一般来说，较大的摄影角度可以获取更多的地形信息，但可能会导致图像失真；较小的摄影角度可以减少图像失真，但获取的地形信息较少。对此要利用计算机视觉和人工智能技术，对相机姿态进行实时监控和调整，确保摄影角度符合设定要求。在技术允许的情况下，可以通过无人机遥感和卫星遥感技术，实现对摄影角度的实时调整和控制。摄影角度的计算思路按照“arcsin（地面分辨率/飞行高度）”来确认，曝光时间是指相机快门打开的时间，它影响着图像的亮度和噪声水平。合理的曝光时间设置可以获得清晰、明亮的图像，有利于后续的数据处理和分析。根据光照条件和地形特点，选择合适的曝光时间，较长的曝光时间可以获得明亮的图像，但可能会导致运动模糊；较短的曝光时间可以减少运动模糊，但可能会造成图像过暗。因此要利用计算机视觉和人工智能技术，对图像的亮度和噪声水平进行实时监测和分析，自动调整曝光时间。曝光时间也可以通过无人机遥感和卫星遥感技术，实现对曝光时间的实时调整和控制，计算思路为“sqrt[（信噪比*动态范围）/最大亮度]”，其中，信噪比是指图像信号与噪声之比，动态范围是指相机感光度与饱和光强的比值，最大亮度是指场景中的最大亮度。通过上述方法，可以更好地控制摄影参数和路径，提高摄影测量在地形图测绘中的数据采集效率。在实际操作中，还需要根据具体情况调整摄影参数和路径，以满足地形图测绘的需求。

同时，还可以通过优化摄影路径，提高数据采集的效率。在数据采集框架的构建上，可以采用自动化、智能化的采集模式，将计算机视觉、人工智能、激光雷达等技术融合在一起，构建一个高效、精准的数据采集系统。这将有助于提高地形图测绘的效率和精度，为地理信息的获取提供有力支持。摄影设备一般选择合适的无人机或飞机作为摄影平台，确保具备较高的飞行稳定性和相机分辨率。 计算机视觉技术选择深度学习算法，如卷积神经网络（CNN）进行影像处理，实现自动化目标识别和分类。人工智能采用机器学习算法进行地形特征提取和地物分类，以提高地形图测绘的精度，最后利用激光雷达进行三维地形数据采集，与摄影测量数据相结合，提高地形图的垂直精度。在采集时，根据实际需求和地形特点，规划合理的飞行路线，确保全面、高效地覆盖测绘区域。采用计算机视觉和人工智能技术，实现自动化、智能化地物识别和分类，提高数据采集的准确性和效率。利用激光雷达数据和摄影测量数据，构建三维地形模型，为地形图测绘提供精确的数据基础，根据处理后的数据，生成高质量的地形图。

因此，通过选择合适的平台和摄影设备，控制摄影参数和摄影路径，以及构建自动化、智能化的数据采集框架，可以有效地提高摄影测量在地形图测绘中的数据采集效率，为地形图的生成和地理信息的获取提供有力支持。

（二）提高数据处理精度

在地形图测绘中，控制点测量是核心环节之一。控制点测量可以为地形图提供准确的空间坐标，从而确保地形图的准确性。控制点的测量方法主要有两种：地面测量和全球定位系统（GPS）测量。地面测量仪器主要包括经纬仪、全站仪等。在地面测量过程中，首先要选择合适的控制点。控制点的选择需要考虑以下几个方面：点位分布、地形条件、交通便利性等。点位分布要求控制点在整个测区范围内均匀分布，确保测量的准确性。地形条件要求控制点尽量选择在地形变化较小、地物特征明显的地方，以便于测量和识别。交通便利性要求控制点尽量选择在道路附近，便于测量人员的操作和设备的运输。控制点确定后，接下来进行测量。测量过程中需要考虑误差的补偿，主要包括仪器误差、人为误差和环境误差等。仪器误差主要来源于仪器的精度，可以通过定期对仪器进行校验来减小。

相对定向是指确定摄影图像与球面摄影基准面的空间关系，即确定相片在平面上的位置和比例尺。相对定向的主要方法有单景图像定向、立体像对定向等。单景图像定向是通过测量已知位置的地物特征，利用几何关系确定摄影图像与地理坐标系的空间关系。立体像对定向是利用两幅或多幅摄影图像之间的几何关系，确定相片在地球上的位置和比例尺。绝对定向是指确定相片与地理坐标系的空间位置关系，即确定相片在地球上的位置和比例尺。绝对定向的主要方法有控制点法、密集点法等。控制点法是通过测量一定数量的控制点，利用最小二乘法等数学模型，求解相片的内外参数，从而确定相片与地理坐标系的空间关系。密集点法是通过测量大量地面特征点，利用同名点匹配算法，求解相片的内外参数，从而确定相片与地理坐标系的空间关系。在实际测绘过程中，控制点测量和摄影图像特征判读通常是相互配合、同步进行的。控制点测量为摄影图像特征判读提供准确的空间坐标，而摄影图像特征判读则为控制点测量提供地面物体的几何信息和纹理信息。两者相结合，为地形图测绘提供可靠的数据支持。

对摄影图像进行几何分析，主要包括纠正畸变、去除噪声等处理，常见的去噪有平均滤波、中值滤波、小波变换去噪等几种，平均滤波是一种简单的去噪方法，它计算图像中每个像素周围邻域的平均灰度值，并将该平均值赋给中心像素。这有助于模糊小的噪声点，但可能导致图像细节的模糊。中值滤波是一种非线性滤波方法，它将每个像素周围的像素值排序，并将中间值分配给中心像素。这对于去除椒盐噪声和斑点噪声非常有效。小波变换是一种多尺度分析技术，可以将图像分解成不同尺度的分量。通过去除高频小波分量，可以有效去除噪声，同时保留图像的重要细节。

四、结语

摄影测量技术的应用范围非常广泛，可以应用于自然地理研究、城市规划、土地资源调查、环境评价等领域。其中以地形图测绘的摄影测量应用最为常见，在地形图测绘中，摄影测量技术可以获取大范围的地形数据，为地图绘制提供基础。摄影测量技术在地形图测绘中具有诸多优势，其非接触式测量和灵活性等特点能够提高测绘的效率和精度。在应用摄影测量技术时，需要注意数据采集的效率、数据处理的精度以及影像校正的工作，以确保地形图测绘工作的准确性和可靠性。

作者:赵长江 单位:晋城市自然资源测绘院有限公司