对摄影测量的思考

　　就摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在“室内”重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘。因此，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，与传统的摄影测量差别似乎不大，但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。
　　在二十世纪三十年代，针对当时的模拟摄影测量仪器，德国著名的摄影测量专家V.Gruber给摄影测量下了这样的定义：“摄影测量是一种技术，它可以避免计算”。这是因为，模拟摄影测量仪器解决了传统野外测量中前方交会、后方交会的计算问题。实质上，当时的模拟摄影测量仪器本身就是一台精密的、机械的、模拟计算器。该“计算器”用两根精密的空间导杆模拟前方交会，从像点坐标直接解算，给出其模型坐标。因此，当时的模拟测量仪器，多称为自动测图仪(Autograph)。所谓自动，就是可以避免人工的计算。从这个角度来说，摄影测量当时就与计算机联系在一起，而不是真正的不需要计算。但是所谓自动，它并不是可以离开作业员的观测进行自动测图，而只是避免了人工的计算，不需要人工用“对数表”或机械的手摇计算机进行前方和后方交会计算。
　　到解析摄影测量的时代，精密的机械导杆被共线方程——又称为“数字导杆”所代替，简化了仪器的结构，形成了解析测图仪。然而利用六个标准点位进行相对定向仍然没有变化，只是人们只需观测六个标准点位的上下视差，计算机就能自动解算相对定向的元素。计算的过程虽然还是迭代的过程，但是，作业员的作业中避免了迭代过程，从而加快了定向速度。在解析摄影测量时代，由于数字电子计算机的发展与引入，摄影测量的严密解算成可能。从而，空中三角测量的严密解算、各种区域网平差模型、粗差检测、可靠性的理论等，成为解析摄影测量时代的热点与重点。与模拟摄影测量时代相比，解析摄影测量的教学、科研的内容要宽得多，而且研究已经不再仅仅围绕测量的仪器展开。这时，摄影测量不仅仅需要利用计算机进行大量的计算，而计算机的发展与应用引起了测量一次深刻的变革。但是，无论是模拟摄影测量或者是解析摄影测量，都离不开人的双眼分别照准左、右影像上的同名点，因此，它们都不可能实现真正意义上的“自动化”。
　　到了今天，由于数字摄影测量的发展，计算机不仅可以代替人工进行大量的计算，而且已经完全可能代替人眼来识别同名点，从而为摄影测量开辟了真正的自动化道路。它不仅大大提高了生产效率，而且在某些领域，特别在传统的摄影测量观念所认为的一些最基本的内容上，正在发生观念性的变革。
　　在模拟与解析摄影测量时代，将整个摄影测量生产划分为不同的工序，使用不同的专用的摄影测量仪器，完成不同的工作。由于数字摄影测量正在将传统的模拟和解析摄影测量仪器送入历史博物馆，而所有的工序均可以由一台“数字摄影测量工作站”来完成，从而使生产组织发生了重大的变化。
　　过去的加密工序，使用转点仪、立体坐标仪或解析测图仪，为下面的测图工序提供加密成果，而现在的加密工序与整体的测图工序几乎密不可分。例如：准备工作、影像数字化、参数文件的建立与输入都是共同的。而通过加密工序又可以省去后面测图工序的整个定向过程。因此，再将两个工序分开就完全没有必要。我们似乎可以把空中三角测量看作为测图工序的一个“预处理”。
　　当前，正处在由模拟、解析向数字摄影测量转变的时代，同时也是模拟、解析摄影测量仪器与数字摄影测量工作站共存、混用的时期。例如：有的生产单位，要求利用由数字摄影测量工作站的自动空中三角测量“加密”结果，供模拟测图仪使用；有的生产单位则反过来，要求利用由传统的空中三角测量“加密”结果，供数字摄影测量工作站使用。正如上面所述，空中三角测量、区域网平差的本质是在严格的数学模型下(特别是光束法区域网平差)，将该区域内的所有的影像连接起来，将影像与影像、模型与模型、航带与航带连接起来，而所选的“加密”点都是为了将影像“连接成网”。因此，只有将空中三角测量与测图放置在一个统一的系统中，才能使整个区域内的结果达到最佳的衔接，即按区域网平差的结果进行衔接。若按传统的方法，将两者分开，测图时按加密点进行绝对定向，不仅增加了工作量，而且会降低精度。
　　由于数字摄影测量的发展，我们不仅需要重新考虑整个内业生产工序的组织，而且具有了内外业工序不分的可能性。以前航测外业主要是做像控点和进行调绘，然后由内业根据像控点进行加密，利用调绘片进行测图，如果发现外业像控点的误差，再转回给外业队进行返工。在城市大比例尺测图过程中常常还需两期外业，即先由内业根据调绘片进行测图，然后再由外业将遮挡的房屋补在相应的地图上。这种由外业到内业再到外业然后再返回内业的流程，显然是不经济的。过去，外业队不可能购置价格昂贵、体积庞大的解析测图仪和精密立体测图仪，但是随着数字摄影测量时代的到来，整个内业工作均在计算机上完成，从而使外业队也有可能进行内业工作。可以看出，数字摄影测量已经把整个摄影测量生产的工序高度地集成在一起。
　　从以上分析可知，在生产中，将工序明确地划分，似乎已经没有很大的必要。但是，从生产的实际出发，为了将生产人员有效地组织起来，将一套数字摄影测量系统划分成为不同的模块，分别安装在多台计算机上，似乎对生产的组织、人员的调配是很有意义的。例如：空三、定向、影像匹配与编辑，除了计算机以外，还需要专用的图像卡和立体眼镜等专用的设备。但是，正射影像的生成、正射影像的拼接、等高线的生成、数字地面模型的生成与拼接、地图的编辑等，只需要普通的计算机就能完成。因此，根据生产工具的需要，一套数字生产系统(它非常完整，功能非常齐全，也很庞大)，应该考虑分别安装在不同要求的平台上，以利于生产的组织。
　　从传统的摄影测量而言，摄影的影像，只是原始的资料。其它的用户可以购买拷贝片，作为下一步处理的原始资料。但是现在，摄影被数字化了。如果我们对原始的数字摄影进行了空中三角测量的处理，这时影像的内方位元素、外方位元素已经是已知数据，如果我们把内、外方位元素作为头文件与影像数据一起刻在光盘上，这就是一个产品。我们可以想像，如果已知该地区的数字地面模型DEM，用户就可以直接利用该数字影像的内、外方位元素、影像数据与DEM直接生成该地区的正射影像图，不需作任何处理。如果该像片是个平坦的地区或城区，用户就可能直接纠正成平面图。但是，目前生产单位仍然按照传统的观念，并没有把定向结果、方位元素与影像保存在一起，作为一个重要的中间成果或是一种中间产品，显然这是十分可惜的。在此，我们还想重复一下，在数字摄影测量时代，“加密”的结果中，影像的方位元素要比加密点的坐标重要得多。
　　数字表面模型DSM，同样是重要信息。DSM通常被认为是无用的信息，给摄影测量作业人员带来很多麻烦。例如在森林地区测图还必须减掉树高，因为，传统的摄影测量都是以地形为准，所以它必须表达地形的等高线，当然今后还是这样。但是大家可能并不知道，DSM同样非常重要。它可以用于“变化检测”，在森林地区，可以用于检测森林的生长情况；在城区，DSM可以用于检查城市的发展情况。特别是众所周知的巡航导弹，它不仅需要数字地面模型，而更需要的是数字表面模型，这样才有可能使巡航导弹在低空飞行过程中，逢山让山，逢森林让森林。但是，直至今天，数字表面模型始终没有被认为是一个重要的产品或信息而被保留下来。
　　数字地面模型DEM是数字摄影测量的重要信息，它已被认为是一个产品。但到目前为止，DEM的数据格式的标准化等问题尚未统一，DEM尚未成为一个标准的产品进行销售。这与美国相比，显然我们要落后得多。
　　传统的线划图无疑是摄影测量的重要产品。其信息可以直接进入GIS系统或各种CAD系统，为各种工程设计提供数据。除此之外，正射影像图已经受到人们的重视，被视为快速成图与更新的重要手段。但是按传统的观念，总认为线划图才是一种正式或正规的图，而正射影像图充其量似乎也只能是一种辅助图种。这是由于长期的习惯所致，也是受到当时技术条件的限制。随着技术的发展，这种习惯的看法必然会改变，正射影像图会受到人们越来越多的重视。
　　总之，随着数字摄影测量的发展，摄影测量产品的范围比传统的线划图要宽得多，我们必须对此有充分的思考与认识。
　　如何保持地理信息系统内容的现势性、地图的快速更新，显然是地理信息产业最重要的问题之一。特别是在战争状态下，信息的现势性将尤为重要。当前最重要的快速更新手段，是利用各种航天、航空传感器，所获得的原始信息都是影像，而不可能直接获得线划地图。其次，来观察一下信息处理的手段。当前，影像与影像的配准已经得到比较圆满的解决。它不仅仅可以解决同传感器、同波段、同比例尺影像的配准，而且可以解决不同传感器、不同波段、不同比例尺影像的配准，甚至可以解决不同时相影像的配准。特别是我们可以设想，若我们选取“正射影像”作为“基准”，将新获取的原始的新影像与之配准，这样，一经与“正射影像”配准的新影像，就能确定其外方位元素，利用已有的DEM进行正射纠正，新影像立即成为更新的正射影像图。按此流程，既不要由外业做像控点，也不需要内业做空中三角测量。而且在上述过程中，除了需要对新、老影像配准结果作人机交互检查外，对其它工序无须作任何人机交互的检查，是全自动的，可以作批处理。可以想象，在已具有正射影像图的情况下，其更新速度几乎是可达到“准实时”水平的。
　　总之，由于数字摄影测量时代的到来，我们不能仅仅认为它是一个技术的进步，更重要的是，我们应该清醒地认识到它对我们的学科、生产、应用领域、以及它与其他学科的关系，都产生了深刻的影响并起了巨大的变化。就此而引起我们的重视与思考，采取相应的对策，才能引导我们的事业不断地前进。