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近代测绘的方法有哪些

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近代测绘的方法有哪些

发布日期:2019-02-26 作者: 点击:

只有用双眼才能够辨别物体的远近

平时人们会发现一种奇怪的现象:如果闭上一只眼睛,左手拿着钢笔筒,右手拿着钢笔杆往笔筒里插,往往不能准确地插进去;如果睁开双眼,注视着笔筒,笔杆就很容易插入。出现这种现象是由于单眼不能辨别远近,双眼才能分辨远近所致。换句话说,利用双眼才能形成立体观察。 

为什么用双眼观察外界景物才能分辨物体的远近呢?这是由于同一物体分别在两眼的构像不一致所形成的生理视差引起的。如下图所示:设注视点为M,它在两眼视网膜中心的构像分别为m1和m2。当注视M点时,其它物点A、B也会在视网膜上构像,分别为al、b1和a2、b2,左右相应像点分别到相应视网膜中心的横向弧长之差,称为生理视差。以M点的构像m1、m2为准,像点在其左侧的为正,反之为负。那么A、B两点的生理视差为:A=m1a1-m2a2<0,B= m1b1-m2b2>0。显然,M点的生理视差为零。由此可见,当物点比注视点远时,其生理视差小于零,反之大于零。这种由于物点远近所形成的生物视差,经过大脑的处理,便产生空间物体远近不同的立体感觉。人们能够在模拟航测仪器上“看立体”,就是根据上述道理。 


人造立体

在多倍仪、立体坐标量测仪、立体测图仪这类模拟仪器上,通过建立立体像对,人们就可以进行立体观察了。在测量员的视野里,会出现突兀的高山,蜿蜒的江河,广阔的平原,浩瀚的沙漠……此时测量员也许会进入“会当凌绝顶,一览众山小”的意境。但是,测量员在饱眼福之余,也有少许遗憾——不过是在“假立体”上观光。 

“假立体”即人造立体观察,它相对于高低起伏的自然景观而言。根据人们观察物体时产生立体感觉的原理,在仪器上模拟航摄时的情形,从而建立立体像对,人们对立体像对的观察称为人造立体观察。大家知道,照像机和人眼很相似,它们都能感受物体的反射光。不过,摄影时,景物是聚焦在胶片上;眼睛观察时,景物是聚焦在视网膜上。假定我们采取逆向思维的方法,用眼球代替航空摄影时的摄影机的镜箱,如下图所示,以双眼代替摄站S1、S2,左右两眼分别观察已经摄取的左右像片p1、p2,当像点视线构成的光束与摄影时光束相应,并方位一致时,视网膜上便形成生理误差,于是可以获得与观察实物相似的立体感觉。这说明,观察实物和观察立体像对,在视网膜上所形成的生理视差,取得了等效的结果。根据这种联系,人们创造了人造立体观察,从而扩大了摄影测量的应用范围,开辟了航测内业的新天地。 

人造立体观察至少应该满足以下条件:观察的必须是两个摄影站对同一景物摄取的像对;每只眼必须各观察像对中的一张像片;安放像片应该尽量使左右像片相应点的连线与眼基线平行,并使两条同名像点的视线与眼基线在一个平面内。掌握了人造立体观察的要领,有经验的测量员不必利用仪器,就可以直接用两张可以构成立体像对的像片进行立体观察。


雷达图像上的“镜子目标”

在雷达图像上,我们会发现一些黑色或深灰色的目标,这些目标通常是波澜不兴的湖海、已经干涸的河床、平坦的公路和街道、宽阔的飞机场及其跑道等。因为这些目标能像镜子一样反射雷达发出的电磁波,所以被称为“镜子目标”。我们知道,当飞机或卫星飞行时,作为传感器的雷达便以脉冲的方式向地面发射电磁波,雷达天线同时接受地面物体的反射回波,并将接受到的信号转化成图像。显然,除了雷达系统本身的性能(极化方式、俯角大小、电波波长)外,地形条件(电介质常数、表面粗糙度)最终决定着雷达图像,尤其是地形的高低起伏、地面的粗糙程度对雷达回波的影响更加强烈。地面物体对电磁波的反射有三种方式: 

(1)漫反射。地物向所有的方向反射电磁波,其中只有一小部分反射回雷达天线,如戈壁滩。

(2)角反射。雷达发出的电磁波经地面物体的折射又返回雷达天线,其图像就呈亮色(白色),如发射的电磁波面对的高山和楼房。

(3)镜面反射。物体表面平滑,侧视雷达的电波束与物体表面有一个入射角度,根据入射角等于反射角的镜面反射原理,电磁波不能返回,故其影像为暗色(黑色),如静静的湖水。此外还有雷达电磁波不能到达的死角(如高山背面),其影像均为黑色。总之,能像镜子一样反射雷达波、其图像为黑色的目标就是“镜子目标”。当然,表面平滑的物体不都是“镜子目标”,这取决于雷达电磁波的入射角度。 


图像压缩

人为的压缩信息(数据)被称为图像压缩。图像压缩是指以尽可能少的比特数代表图像或图像中所包含信息的技术。压缩方案可以是保持原信息,即可从压缩图像中没有误差地重建原图像;也可以是非信息保持的,即允许与原图像有某种合理程度的失真。常用的压缩方法有:图像变换、预测压缩技术、自适应压缩技术、彩色影像压缩、二值影像压缩、游程编码、“高频分量”和“低频分量”法等。这些方法的目的都是压缩数据。 

为什么要进行图像压缩?首先是为了减少存储容量,以利信息的保存。如果说数据库是一个桶,那么单位数据的体积越小,同一数据库存储的信息也就越多。一般的卫星图像的4个信道的平均压缩比为2,也就是说,同一容量的数据库可以成倍地增加有效库存。其次是有利于数据传输。由于数据压缩是一种“去伪存真,去粗取精”的筛选,又由于可以用“代码”表示一组数据,所以压缩后的数据非常“精干”,这样就可以极大地减少必须传输的数据量,以满足人眼和机器分析的要求。第三是便于特征提取,以利计算机模式识别。如用计算机对卫星图像中不同类型的农作物进行分类时,使用图像压缩方法,只要考虑区分植物与非植物的特征以及区分植物类型特征即可,从而减少了数据量又满足了实际需要。 


利用卫星遥感监测凌汛

1996年元月中旬至2月上旬,黄河上漂动的冰凌在陕西的大荔河段遇到冰坝的拦阻,形成了自1929年以来最大的凌汛。元月22日,雨林乡一带黄河水位高达336.4米,相当于15 000立方米/秒洪水流量时的水位,大大超过了河道的行洪能力,于是洪水漫过河堤,淹没良田,冲毁房屋。2月4日,被淹面积达到 13 673公顷。面对凌汛灾害,军民奋力抢险,并采取果断措施,用飞机炸毁冰坝。凌汛灾害于2月5日得到控制。灾害发生后,有关部门利用极轨气象卫星数据,对凌汛发生、发展过程进行动态监测,及时向防汛领导部门提供了卫星监测图像和数据,为战胜凌汛作出了贡献。 

卫星遥感为什么能够监测凌汛呢?其根据是不同地物的光谱响应特征不同。在近红外波段,洁净水体的反射率远比土壤和植被的反射率低,所以在卫星图像上可以很容易地区分水体和非水体的界限。像黄河这样泥沙含量较高的水体,其反射率的最大值移向可见光波段,但仍比土壤和植被为低。这样,在卫星图像上就能够将发生凌汛的地点及其区域判读出来,进而可以根据像元数估算淹没范围和面积。此次对黄河凌汛先后进行了4次监测,都是利用白天下午两点的美国的极轨气象卫星的数据。这些数据分别属于可见光、近红外、热红外三个波段。利用计算机对这些数据进行处理,按照红、绿、蓝通道制成三通道假彩色合成图像,并在图像上判定水淹区域和测算水淹面积。然后把监测结果图像和统计图表报告防汛领导部门,用来指挥抗灾。 


遥感探矿

石油、天然气、煤、铁和其他稀有金属埋在地下,作为地表情况反映的遥感图像信息为什么能够把埋藏的矿产也反映出来呢?莫非遥感有透视能力吗? 

应该说,通常的遥感手段不能直接测知地层深处的矿产,但是能够根据遥感图像信息的色调、轮廓及相关要素间接地推测地质信息。一方面,地表岩石、土壤、地貌等细节的形状、结构、颜色等都与产生它们的地质过程有关,通过对摄取的遥感图像的分析,能够见微知著,发现有矿产远景地段的线索。另一方面,航空磁测、航空重力测量、地震测量等物探资料能够印证或鉴别遥感测量圈定的找矿地段是否正确。比如在飞机上利用地磁仪可以探测地下是否有铁矿,利用伽玛射线光谱仪可以估测地下是否有铀矿。把遥感信息与物探资料进行比较和综合分析,就可能比较准确地圈定找矿远景地段。法国地质局从卫星像片上发现非洲尼日尔盆地的一些线性结构可能埋藏着铀矿,于是进行航空磁测和放射线测量,并制作了1:10万的伽玛等值线图和剩余磁场图。果然在这里发现了放射线异常,并经过野外实地检测,圈定出寻找铀矿的远景地段,进而在这里找到了铀矿。 


利用卫星遥测估测产量

原野上的庄稼生机勃勃:扬花吐蕾的小麦,绿色如茵的油菜,破土而出的玉米……此时,遥感卫星从上空掠过,摄下地面的图像。接着,依据图像上的信息,采取一定的手段,就能估测庄稼的产量。听起来这好像是天方夜谭的故事,实际上卫星估产是正在兴起的一项高技术。 

我们知道,庄稼的产量与其生长过程的状态是紧密相关的,而生长状态又与水肥、病虫害等因素密切相关,这些因素综合表现在农作物叶绿素含量和内部组织结构上,即表现在农作物在可见光的近红外的光谱反射率的比值上。这是利用遥感卫星估测产量的客观依据。通常,太阳照射到农作物上,农作物利用蓝光和红光合成淀粉和糖类,而将绿光反射回空中,所以我们看到的处于生长期的农作物的颜色是绿色的。在农作物生长的不同时期(如水稻的分蘖也期、扬花期、结实期)绿度值是不一样的,不同农作物的绿度值也是不一样的。利用遥感卫星甚高分辨率辐射计数据,可以制作出农作物的分光辐射计曲线和绿度图。把这些结果与农作物的光谱标志及地面资料比较,就可以区分出不同作物,并判断出农作物的生长状态,进而推断其对产量的影响。对于那些受到病虫害的农作物,叶子的颜色就会发生变化,其红外反射率就会剧烈减小。从遥感图像上能够及时发现这种变化,由此也可以推断其对产量的影响。还有,从遥感图像上还能估测农作物的面积。总之,对遥感信息进行综合测算,就能比较正确地估测农作物的产量了。 


利用卫星遥感监测海洋赤潮

赤潮是海洋浮游生物的暴发性繁殖而造成海水变色的自然现象。海水的颜色由浮游生物的种类而决定,可为红色、桔红色和褐色。近些年来,农用化肥的使用、近海给饵养殖业的发展,使近岸海水含有大量氮、磷等有机营养素和可溶性有机物,为藻类植物的生长创造了条件。因而赤潮发生的频率、范围都大大增加了。赤潮频频发生,对海洋生态系统造成了很大危害,使得鱼虾、贝类因缺氧或中毒而死亡。所以对赤潮进行监测和研究,对于预防赤潮和减小赤潮的危害,具有实际意义。 

利用卫星遥感监测海洋赤潮是一种可行的方法。我们知道,赤潮生物主要是浮游藻类(如甲藻类、硅藻类、鞭毛藻类、夜光藻类等),其细胞壁含叶绿素和类胡萝卜素等,因而赤潮的反射光谱与背景(海水)是不一样的,这是从遥感图像上判断是否赤潮的根据。然后可在遥感图像上圈定赤潮的范围并根据像元多少测定其面积。我国科研部门曾利用陆地卫星的TM图像对渤海赤潮进行了监测和研究,发现赤潮区的光谱特征是藻类生物体、泥沙和海水的复合光谱。含悬浮泥沙的海水,在可见光的红、黄范围具有很高的反射率,但到红外波段就急剧下降。含赤潮的海水,TM3波段的数值比含泥沙的海水稍低,TM4波段下降平缓,到TMS波段才急剧下降。赤潮区海水与含泥沙的海水在TM图像中的差异,主要是在TM 3和TM4波段。根据这一规律,利用TM图像就能及时准确地监测赤潮了。 

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