dw1000双向测距的实现

dw1000双向测距的实现
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APPLICATION NOTE: APS013

APS013 APPLICATION NOTE

The implementation of two-

way ranging with the DW1000

Version 2.1

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TABLE OF CONTENTS

LIST OF TABLES (2)

LIST OF FIGURES (2)

1INTRODUCTION (3)

1.1DW1000 BASED TWR (3)

2IMPLEMENTATION OF RANGING (5)

2.1D ISCOVERY PHASE (5)

2.2R ANGING PHASE (5)

2.3M ESSAGES USED IN RANGING (5)

2.3.1General ranging frame format (6)

2.3.2Blink frame format (7)

2.3.3Poll message (7)

2.3.4Response message (7)

2.3.5Final message (7)

2.3.6Ranging Initiation message (8)

2.4TWR OPTIMISATION FOR POWER CONSUMPTION (8)

2.4.1Discovery phase (8)

2.4.2Ranging phase (10)

3CONCLUSION (12)

4REFERENCES (12)

5DOCUMENT HISTORY (12)

6MAJOR CHANGES (12)

7ABOUT DECAWAVE (14)

LIST OF TABLES

T ABLE 1:F IELDS WITHIN THE R ESPONSE MESSAGE (7)

T ABLE 2:F IELDS WITHIN THE F INAL MESSAGE (8)

T ABLE 3:F IELDS WITHIN THE R ANGING I NITIATION MESSAGE (8)

T ABLE 4:T ABLE OF R EFERENCES (12)

T ABLE 5:D OCUMENT H ISTORY (12)

LIST OF FIGURES

F IGURE 1:T WO-WAY RANGING CONCEPT (3)

F IGURE 2:A SYMMETRIC TWR TOF FORMULA (4)

F IGURE 3:D ISCOVERY AND R ANGING PHASE MESSAGE EXCHANGES (5)

F IGURE 4:G ENERAL RANGING FRAME FORMAT (6)

F IGURE 5:R ANGING MESSAGE ENCODINGS (7)

F IGURE 6:TWR DISCOVERY PHASE TIMING PROFILE (9)

F IGURE 7:TWR RANGING PHASE TIMING PROFILE (11)

1 I NTRODUCTION

In this application note two-way ranging (TWR) scheme as used by Decawave’s example application (DecaRanging) is described. TWR is a basic concept to calculate the distance between two objects by determining the time of flight (TOF) of signals travelling between them.

The distance between the objects may be calculated using the formula,

Distance = Speed of radio waves×TOF

The DW1000 uses mathematical and electronic techniques to implement a very precise clock. By recording the state of this clock when certain events occur during DW1000 transmission and reception of the radio wave signals, the DW1000 has the ability to ‘timestamp’ those events.

TWR has advantages over other distance measurement and locating systems in that it can be used by stand-alone devices which only have relative distances to measure. There is no requirement for an infrastructure of fixed communicating devices to determine separation distances.

1.1 DW1000 based TWR

If we use a pair of DW1000s, designated as an initiator and a responder respectively, we can describe the two-way ranging concept as follows.

The initiator transmits a radio message to the responder and records its time of transmission (transmit timestamp) t1. The responder receives the message and transmits a response (a radio message) back to the initiator after a particular delay t reply. The initiator then receives this response and records a receive timestamp t2. This process is depicted in Figure 1.

Figure 1: Two-way ranging concept

Now using the timestamps t1 and t2, the initiator can calculate the round trip time t roundtrip and knowing the reply time in the tag, t reply, the TOF can be determined by,

TOF=t2?t1?t reply

2

If we assume the speed of radio waves through air is the same as the speed of light c, then the distance between the initiator and responder can be calculated by,

Distance = c ×t 2?t 1?treply

2

In the case of tag-to-anchor two-way ranging, there are a number of sources of error due to clock drift and frequency drift [4]. Asymmetric double sided TWR method is used in Decawave ’s implementation . It reduces the error due to clock and frequency drift. Figure 2 shows a Poll-Response-Final method of doing TWR and it also shows the formula used for calculation of TOF.

Figure 2: Asymmetric TWR TOF formula

Initiator

Responder

TX

T prop T prop

RX

RX

TX

T reply1

T round1

time

RX

TX

T reply2

T prop

RMARKER

T round2

Poll

Poll

Resp

Resp

Final

Final

The Final message communicates the initiator’s T round and T reply times to the responder, which calculates the range to the

initiator as follows:

T round1 × T round2 T reply1 × T reply2T round1 + T round2 + T reply1 + T reply2

T prop =

2 I MPLEMENTATION OF RANGING

In Decawave ’s two-way ranging demo, two units operate as a pair. O ne unit acts as a “Tag” initiating the ranging exchange and the other unit acts as an “Anchor” listening for the tag messages and performing two-way ranging exchanges with it. This is shown in Figure 3 below.

Figure 3: Discovery and Ranging phase message exchanges

2.1 Discovery phase

Initially the tag is in a discovery phase where it periodically sends a Blink message that contains its own address, and listens for a Ranging Init response from an anchor. If the tag does not get this response it sleeps for a period (default of 1 second) before blinking again. The anchor will initially listen for blinks, and when it receives a Blink message, the anchor will send a Ranging Init message to the tag, which will complete the Discovery Phase and enter the Ranging Phase .

2.2 Ranging phase

In the Ranging Phase the tag periodically performs two-way ranging exchanges with the anchor. Each two-way ranging exchange consists of the tag sending the Poll message, receiving the Response message and then sending the Final message. The anchor also sends a previous TOF in the Response message to the Tag, allowing the Tag to know the range.

2.3 Messages used in ranging

Five messages are employed: two in the Discovery Phase (the Blink and Ranging Init ) and three in the Ranging Phase (the Poll , the Response , and the Final ), as shown in Figure 4. Although these follow IEEE message conventions, these are not standard RTLS messages, the reader is referred to ISO/IEC 24730-62 for details of standardised message formats for use in RTLS systems based on IEEE 802.15.4-2011 UWB. The formats of the messages used in the Decawave implementation are given in the following sections.

Poll Response

Final

Tag idles before sending another Poll

Anchor listens for next Poll

Unpaired Tag sends

periodic blinks, listens for a response and sleeps

Blink

Blink

Idle

Blink Ranging Init

Idle

Tag sees the Ranging Init

response to pair with the Anchor

Unpaired Anchor is in listener mode looking for T ags’ blink messages

Anchor decides to pair with this tag for ranging and sends

the Ranging Init message

Discovery Phase

Anchor calculates the range

and (optionally) sends a ranging report back to the Tag

in the next Response

Ranging Phase

2.3.1

General ranging frame format

The general message format, shown at the top of Figure 4, is the IEEE 802.15.4 standard encoding for a data frame. The two byte Frame Control octets vary between the messages as some use 8-octet (64-bit) addresses and others 2-octet (16-bit) addresses. A single 16-bit PAN ID (value 0xDECA) is used for all the messages. The only exception is the Blink message which is described in 2.3.2 below. In a real deployment, the PAN ID might be negotiated as part of associating with the network or it might be an installation configured constant. The blink message follows the format defined in clause 5.2.2.7 Multipurpose blink frame of the IEEE Std 802.15.4e?-2012 (Amendment to IEEE Std 802.15.4?-2011).

The sequence number octet is incremented modulo-256 for every frame sent, as per IEEE rules. The source and destination addresses are either 64-bit numbers programmed uniquely into each unit (during manufacture) or 16-bit addresses temporarily assigned. The 2-octet FCS is a CRC frame check sequence following the IEEE standard, (this can be generated automatically by the DW1000 IC and appended to the transmitted message).

Figure 4: General ranging frame format

The content of the ranging message portion of the frame, (the “Variable # octets” part of the Poll, Response, Final and Report message shown above in Figure 4), defines which of the four ranging messages it is. We will also refer to this section of the message as the "application level payload ". These are shown in Figure 5 and described in sections 2.3.3 to 2.3.6 below. In these, only the ranging message portion of the frame is shown and discussed. This data is encapsulated in the

Bit 0Bit 1Bit 2Bit 3Bit 4

Bit 5Bit 6Bit7Frame Control (FC)

1

SEC

PEND

01

Frame Control (FC)Sequence Number PAN ID

2 octet 1 octet 2 octets Destination Address 8 octets Ranging Message

Variable # octets FCS

2 octets Bit 8Bit 910

1112

1314

150

00

SrcAddrMode

Source Address 8 octets 1

1

64-bit

Data Frame

00DestAddrMode 1

1

64-bit

ACK

0x41

0xCC

0xCA 0xDE

0, 1

2

3, 4

5 to 12

13 to 20

21 and up

Frame buffer indices:

Ranging Init Message

Frame Control (FC)

Sequence Number

PAN ID 2 octet 1 octet 2 octets Destination Address

8 octets Ranging Init Message

Variable # octets FCS

2 octets Source Address

2 octets 0x410x8C

0xCA

0xDE

0, 123, 4 5 to 1213 to 1414 and up

Frame buffer indices:Poll, Response, or Final

Message

Frame Control (FC)

Sequence Number

PAN ID 2 octet 1 octet 2 octets Destination Address

2 octets Poll, Response, or Final Message

Variable # octets FCS

2 octets Source Address

2 octets 0x410x88

0xCA

0xDE

0, 123, 4 5 to 67 to 89 and up

Frame buffer indices:Blink Message

Frame Control (FC)

Sequence Number

1 octet 1 octet FCS

2 octets Tag 64-bit ID

8 octets 0xC5

01 2 to 910 and 11

Frame buffer indices:

general ranging frame format of Figure 4 to form the complete ranging message in each case.

Figure 5: Ranging message encodings

2.3.2

Blink frame format

The Blink message frame format is used for sending of the tag Blink messages. The Blink frame is

sent without any additional application level payload, i.e. the application data field of the blink frame is zero length. The result is a 12-octet blink frame. The encoding of this minimal blink is as shown in Figure 4. 2.3.3

Poll message

The Poll message is sent by the tag to initiate a single range measurement. For the poll message, the ranging message portion of the frame is a single octet, with the value: 0x61. 2.3.4

Response message

The Response message is sent by the anchor in response to a poll message from the tag. The Response message is 5 octets in length. Table 1 lists and describes the individual fields within the Response message.

Table 1: Fields within the Response message

Octet #’s Value Description

1 0x50 This octet value of 0x50 identifies the message as a Response

2 to 5 -

This four octet field is the anchor calculated time-of-flight, representing the estimated distance between the tag and the anchor. The time units are as defined in note 1 in 2.3.5 below.

2.3.5

Final message

The Final message is sent by the tag after receiving the anchor’s response message. The Final message is 9 octets in length. Table 2 lists and describes the individual fields within the Final Final Message

Function code 1 octet

Resp RX time – Poll TX time 4 octets

Final TX time – Resp RX time

4 octets

9Frame buffer indices:10 to 1314 to 1710 to 13

Calculated Time-of-Flight

4 octets

0x69--

-

Response Message

Function code 1 octet 9

Frame buffer indices:

0x50

Poll Message

Function code 1 octet 9

Frame buffer indices:0x61

Ranging Init Message

Function code 1 octet 9

Frame buffer indices:

10 to 11

Tag short address

2 octets 0x20

-

12 to 13

Response delay

2 octets

-

Table 2: Fields within the Final message

Octet #’s Value Description

1 0x69 This octet identifies the message as the tag “Final” message

2 to 5 - This four octet field is the difference between the Final TX timestamp and the Response RX timestamp. This value is pre-calculated by the Tag software and embedded in the message. The DW1000’s delayed send mechanism is used to ensure that the actual send time matches the value inserted here. The time units are defined in note 1 below.

6 to 9 - This four octet field is the difference between the Response RX timestamp and the Poll TX timestamp. The time units are defined in note 1 below.

Note 1: The time units used are those defined in the IEEE standard and native to the DW1000, where the LSB represents 1/128 of the fundamental UWB frequency (499.2 MHz), or approximately 15.65 picoseconds.

2.3.6 Ranging Initiation message

Upon receiving the Blink message the unpaired anchor will send the Ranging Init message to the tag that has sent the Blink message.

The Ranging Initiation message is 5 octets in length. Table 3 lists and describes the individual fields within the Ranging Initiation message.

Table 3: Fields within the Ranging Initiation message

Octet #’s Value Description

1 0x20 This octet value of 0x20 identifies the message as a range report

2 to

3 - This 16-bit field specifies the 16-bit address to be used by Tag for the ranging phase instead of its 64-bit address.

4 to

5 - This 16-bit number gives the response time to be used in the following ranging exchange. The time units of this are ms.

2.4 TWR optimisation for power consumption

Minimising power consumption for a battery powered tag is an important consideration in order for the operational lifetime of the battery powered tag to be maximised. There are a number of factors to be considered here. These are described below with respect to the different stages in the ranging operation.

2.4.1 Discovery phase

To optimise power usage, while in this phase, the receiver on-time needs to be minimised. As the Ranging Init message is sent after a particular delay (shown in Figure 6), the tag should only turn on its receiver after this delay, and employ a receive timeout, to turn off the receiver if the ranging initiation frame does not arrive.

Figure 6 shows the time the tag spends in each of the states for the case when the anchor is using an 800 μs response time for the Ranging Init message.

Note: The absolute minimum response time that can be achieved would be around 200 μs, this is microprocessor dependent, it depends how quickly the microprocessor can see the completion of reception and start the transmission. However in the example in Figure 6, an 800 μs delayed response time is used. This is because when the “Smart T x Power” option is enabled for the 6.81 Mbps data rate, only 1 frame can be transmitted in 1 ms in order comply with ETSI and FCC regulations on TX power.

APS013: DW1000 and two-way ranging

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All times shown in Figure 6 are in microseconds (μs).

Tag Anchor

state

TWR DISCOVERY-PHASE TIMING PROFILE

Turn on Rx

Process rx “Range init”

135IDLE

FRAME TX

600 200IDLE

RX ON

-

IDLE

RX ON

FRAME TX

Listen for “Blink”

620Rx preamble

13545Rx data

Tx preamble

Tx data Tx preamble

Tx data

state

Process received “Blink”

Prepare and start “Blink” transmission

Tx preamble

Tx data

-RX ON

IDLE

120

Process received “Poll”

Rx data

16FRAME TX

only one transmission is allowed in 1 ms when using smart tx power setting

Prepare & schedule delayed “Range Init” frame transmission

Blink Range Init

Poll

13545451354513545Turn on Rx and listen for “Poll”

START TWR EXCHANGE

Prepare & start “Poll” transmission

6,000DISCOVERY PHASE Receiver timeout

TIMEOUT AND SLEEP

120

1 s DEEP SLEEP

Wake-up

IDLE

1 s

DEEP SLEEP

OUTCOME 1OUTCOME 2

Figure 6: TWR discovery phase timing profile

APS013: DW1000 and two-way ranging

2.4.2 Ranging phase

To save power, in this phase, the tag needs to complete these operations as quickly as possible, and then return to low power mode (Sleep state).

In this example, to reduce the transmission, and reception times, a preamble length of 128 is used together with shortened ranging messages (section 2.3 describes the message formats), and the highest data rate of 6.81 Mbps. As a result of using this configuration the total frame transmission time is about 180 μs, and the reception time is about 215 μs. The reception time is longer because of a 16 μs receiver start-up delay, and due to the execution time of the leading edge detection search that is part of our receive time-stamping and takes up to 60 μs after SFD detection.

To reduce the time spent in the idle state, the duration of SPI transactions also need to be minimised. This is limited by the microcontroller’s SPI peripheral abilities. As DW1000 supports SPI speeds of up to 20 MHz the microcontroller should be configured to run at 20 MHz if possible (We have used an STM32 device which is limited to 18 MHz). Measures should be taken to send all the bytes of an individual SPI transaction back-to-back without any dead time between them (e.g. by employing DMA on the host processor if possible). As well as the physical speed of SPI operations the application also needs to make sure that the number of SPI read and write operations are minimised (i.e. only read / write the necessary registers for the required operation).

The short response times mean that 32-bit timestamp arithmetic can be used, i.e. since 232 divided by the LSB of timestamps (128 x 499.2 MHz) is 67.2 ms. This further minimises the processor execution time and saves power.

Note:The absolute minimum response time that can be achieved would be around 200 μs, this is microprocessor dependent, it depends how quickly the microprocessor can see the completion of reception and start the transmission. The anchor will respond immediately, but the tag will only send the Final 1 ms after the transmission of the Poll. This is because when the smart tx power option is enabled for a 6.81 Mbps data rate, only 1 frame can be transmitted in 1 ms to meet the ETSI / FCC regulations on transmitted power.

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All times shown in Figure 7 are in microseconds (μs) unless otherwise stated.

Figure 7: TWR ranging phase timing profile

Tag Anchor state

TWR RANGING-PHASE TIMING PROFILE

Turn on Rx

135IDLE

FRAME TX

205 200IDLE

RX ON

-

IDLE

RX ON

FRAME TX Turn on Rx and listen for “Poll”

215

Rx preamble

13545

Rx data Tx preamble

Tx data delayed response time = 395 us

Tx preamble

Tx data

state

Process

received

“Poll”

Prepare and start “Poll” transmission

-

RX ON

Process received “Final” and calculate ToF

IDLE

16Prepare & schedule delayed “Response” frame transmission Poll Response Final

135

45

Process received “Poll”

135

45

4513545

Turn on

Rx and listen for “Final”

ONE TWR EXCHANGE

NEXT TWR EXCHANGE

135Tx preamble

Tx data

45

Timeout and go to sleep

IDLE

SLEEP

400Tx preamble

Tx data

500,000Wake-up

IDLE

6,000FRAME TX

Prepare and start “Poll” transmission

13545Prepare & schedule delayed “Final”

frame transmission

FRAME TX

Process rx “Response”Rx data

delayed response time = 580 us

IDLE RX ON

-120

3 C ONCLUSION

This application note has given an overview of two way ranging as it is implemented by Decawave in its DecaRanging application. We have also outlined optimisations that can be applied to minimise power consumption for a battery powered device.

4 R EFERENCES

Reference is made to the following documents in the course of this application note: -

Table 4: Table of References

Ref Author Version Title

[1] Decawave Current DW1000 Data Sheet

[2] Decawave Current DW1000 User Manual

[3] Decawave Current APS003 Real Time Location Systems

[4] Decawave Current APS011 Sources of Error in DW1000 Based two-way ranging (TWR) Schemes

5 D OCUMENT H ISTORY

Table 5: Document History

Revision Date Description

1.0 15th December 2014 Initial release

1.1 31st March 2015 Scheduled update

2.0 31st December 2015 Scheduled update

2.1 30th June 2016 Scheduled update

6 M AJOR C HANGES

Revision 1.0

Page Change Description

All Initial release

Revision 1.1

Page Change Description

All Change Copyright notice to 2015

1 Change revision number to 1.1

11 Fix incorrect reference

13 Add 1.1 to revision table Add this table

14 Add new page

Revision 2.0

Page Change Description

All Updated references and page numbers

1 Change revision number to 2.0

All Updated the text to refer to the asymmetric TWR method and related message formats and timings

Update all diagrams to use the asymmetric TWR method.

Revision 2.1

Page Change Description

All Updated references and page numbers

All Typographical corrections

1 Change revision number to 2.1

7 Repaired “Reference not found” error

7 A BOUT D ECAWAVE

Decawave is a pioneering fabless semiconductor company whose flagship product, the DW1000, is a complete, single chip CMOS Ultra-Wideband IC based on the IEEE 802.15.4-2011 UWB standard. This device is the first in a family of parts that will operate at data rates of 110 kbps, 850 kbps and 6.8 Mbps.

The resulting silicon has a wide range of standards-based applications for both Real Time Location Systems (RTLS) and Ultra Low Power Wireless Transceivers in areas as diverse as manufacturing, healthcare, lighting, security, transport, inventory & supply chain management.

For further information on this or any other Decawave product contact a sales representative as follows: -

Decawave Ltd

Adelaide Chambers

Peter Street

Dublin 8

t: +353 1 6975030

e: sales@https://www.360docs.net/doc/d85509773.html,

w: https://www.360docs.net/doc/d85509773.html,

(完整版)摄影测量知识点整理(完整精华版)

摄影测量学 第一章 绪论 1、摄影测量是从非接触成像系统,通过记录、量测、分析与表达等处理,获取地球及其环境和其他物体的几何、属性等可靠信息的工艺、科学与技术。 2、摄影测量学的三个发展阶段:模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量 4、摄影测量存在哪些问题 第二章 单幅影像解析基础 1、像主点:摄影机主光轴(摄影方向)与像平面的交点,称为像片主点。 像主距:摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距,也叫像片主距(f )。 2、航空摄影:利用安装在航摄飞机上的航摄仪,在空中以预定的飞行高度度沿着事先制定好的航线飞行,按一定的时间间隔进行曝光摄影,获取整个测区的航摄像片。 空中摄影采用竖直摄影方式,即摄影瞬间摄影机物镜主光轴近似与地面垂直。 H f L l m ==1 (m —像片比例尺分母,f —摄影机主距,H —平均高程面的摄影高度 H=m ·f ) 3、相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度,称为摄影航高。 绝对航高是相对于平均海平面的航高,是指摄影机物镜在摄影瞬间的真实海拔高。通过相对航高H 与摄影地区地面平均高度H 地计算得到:H 绝=H+H 地 5、航向重叠:同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称,重叠度一般要求在60%以上; 旁向重叠:两相邻航带像片之间的影像重叠,重叠度要求在30%左右。 6、中心投影:当投影会聚于一点时,称为中心投影; 正射投影:投影射线与投影平面成正交。 中心投影:投影射线会聚于一点(投影射线的会聚点称投影中心) 投影 斜投影:投影射线与投影平面成斜交 平行投影 正射投影:投影射线与投影平面成正交

7、透视变换中的重要的点线面: ① 由投影中心作像片平面的垂线,交像面于o ,称为像主点;像主点在地面上的对应点以O 表示,称为地主点。 ② 由摄影中心作铅垂线交像片平面于点n ,称为像底点;此铅垂线交地面于点N ,称为地底点。 ③ 过铅垂线SnN 和摄影方向SoO 的铅垂面称为主垂面(W ),主垂面即垂直于像平面P ,又垂直于地平面E ,也垂直于两平面的交线透视轴TT 。 ④ 合线h i h i 与主纵线vv 的交点i 称为主合点。 8、等角点的特性:在倾斜的航摄像片上和水平地面上,由等角点c 和C 所引出的一对透视对应线无方向偏差,保持着方向角相等。 9、摄影测量常用坐标系:像平面坐标系o-xy 、像空间坐标系S-xyz 、像空间辅助坐标系S-XYZ 、摄影测量坐标系A-XpYpZp 、物空间坐标系O-XtYtZt 10、内方位元素(框标坐标系 → 像空间坐标系) 确定摄影机的镜头中心相对于影像位置关系的参数。内方位元素包括3个参数:像主点相对于影像中心的位置x 0,y 0及镜头中心到影像面的垂距f ; 外方位元素(像空间坐标系 → 摄影测量坐标系) 确定影像或摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。外方位元素包括3个线元素,用于描述摄影中心S 相对于物方空间坐标系的位置Xs 、Ys 、Zs ;3个角元素,用于描述影像面在摄影瞬间的空中姿态。 11、旋转变换: (1)含义:是指像空间坐标与像空间辅助坐标之间的变换。 (2)方程:设像点a 在像空间坐标系为(x,y,-f ),而在像空辅坐标系中为(X,Y ,Z ),则二者的正交变换为: ???? ? ?????-??????????=??????????-=??????????f y x c c c b b b a a a f y x R Z Y X 32 1 321321 12、共线方程:在摄影成像过程中,摄影中心S 、像点a 及其对应的地面点A 三点位于同一 条直线上。常见共线方程如下: ?????? ? -+-+--+-+--=--+-+--+-+--=-)()()()()()()()()() ()()(33322233311100Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f y y Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f x x A A A A A A A A A A A A 上式中,(x,y )为像点a在像平面直角坐标系中的坐标;(X A ,Y A ,Z A )为像点对应物点A在地面坐标系中的坐标;(Xs,Ys,Zs)为投影中心S在地面坐标系中的坐标;ai 、bi 、ci 9个方向余弦,其中含有三个外方位元素。 13、共线方程的应用: ① 单像空间后方交会和多像空间前方交会 ② 解析空中三角测量光束法平查中的基本数学模型 ③ 构成数字投影的基础 ④ 计算模拟影像数据(已知影像内外方位元素和物点坐标求像点坐标) ⑤ 利用数字高程模型(DEM )与共线方程制作数字正射影像

浅谈摄影测量技术及其发展历史

浅谈摄影测量技术及其发展历史 [作者信息] [摘要] 从19世纪中叶开始至今,摄影测量的发展可划分为模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量三个发展阶段。摄影测量学是测绘学的分支学科,它指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。 [关键词]摄影测量作用特点发展历史 1 前言 随着信息技术不断发展,科技水平飞速提高,电子产品、网络、出行工具等等都有了翻天覆地的变化,测绘技术也不例外。摄影测量学是测绘学的分支学科,它指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。 2 什么是摄影测量 2.1摄影测量的作用和特点 摄影测量的主要任务是对地观测,因此测绘各种比例尺的地形图和专题图,建立地形图数据库,并贮备各种地理信息系统的建立与更新时需要的基础数据。另外摄影测量还广泛应用在非地形测绘领域,比如对爆破、高温、真空等危险现场进行监测。 摄影测量的优点主要体现在以下几个方面: (1)影像记录的物体目标客观、信息丰富、图像清晰,人们可以比较方便的获得所需要的几何或物理信息。将影像信息作为制图的依据具有非常突出的优势。 (2)摄影测量不需要接触被测目标实物,因此测量作业不受工作现场条件的约束。例如对滑坡、泥石流等地质灾害的监测具有危险性,不可能让人去现场进行实地观测,摄影测量手段的应用就显得尤为重要了。 (3)摄影测量可以绘制动态变化或移动的目标。影像记录是对目标物体某时刻状态的真实反映,因此摄影测可以用来研究动态的目标。并且,这种研究是整体、全面、同时的,而非局部、片面、有时差的。例如研究液体、气体等移动的非固定目标时可以应用摄影测量技术。 (4)摄影测量可以绘制形态复杂的目标。在地形绘制中,应用经纬仪测绘山区的地形将会显得非常的困难,采集地形地貌的特征点时,如果丢失或缺少关键的特征点将会影响所绘地形图的准确性。 (5)影像资料可以重复使用,永久保存。一份影像资料客观详细的反映了该地的地表情况,成为记录当地信息的重要资料,通过对不同时期的影像资料对比,可以研究该地的地貌变化特征和发展规律。 在进行地貌测绘时,与全站仪的测绘方法相比,摄影测量有很大的优势。 ①出图时间短,生产快; ②操作人员劳动强度低,以内业工作为主。因为摄影工作将大部分测绘工作搬到了室内进行; ③节约测绘时所需要的经费; ④摄影测绘的地图精度高,客观逼真。 正因为摄影测量具有如此多的优势,所以这项技术的应用范围在逐渐扩展。 2.2摄影测量的基本原理 摄影测量学的方法很多,其中航空摄影测量的理论是最常用的。航空摄影测量是利用飞

浅谈无人机航空摄影测量技术在水利工程中的应用_吴定邦

DOI :10.3969/j.issn.1004-4701.2016.01.13 收稿日期:2015-12-16 作者简介:吴定邦(1972-),男,工程硕士,高级工程师. 浅谈无人机航空摄影测量技术在水利工程中的应用 吴定邦 (江西省水利规划设计研究院,江西南昌330029) 0引言 近年来,国家加大水利建设投入,中小型抗旱规划建设项目较多,如新建乡镇抗旱应急水源工程、连通工程、其他配套工程等。而这类工程项目测量又是不可缺少的一部分基础性工作,特别是坝址控制测量、水库淹没范围测量、征地移民测量等均涉及老百姓的切身利益。如何提高此类项目测量的精度和速度、降低工程成本则是测量须解决的问题。 水利工程高程准确性至关重要,常规的水库工程建设中都是用全站仪、RTKGPS 数字化测图,这些方法可以确保测量点高程精度,但是要耗费大量的人力、物力和时间,采用无人机航空摄影测量技术获取平面位置,RTKGPS 测量技术采集点的高程,二者结合后生成数字化地形地类图,可以提高工作效率,降低成本,保证测量点精度。 1无人机航空摄影测量 1.1无人机航空摄影测量技术介绍 无人机航空摄影测量系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括机载系统和地面监控系统;软件系统则涵盖了航线设计、飞行控制、远程监控、航摄检查、数据预处理等5个主要的系统[1]。该系统已经形成了一整套适时快速的工作机制,各个系统配合紧密, 其中该系统的动力系统主要采用燃油系统或电动装 置。航空摄影测量系统是整个系统的重要组成部分,成为实现任务要求的技术指标并实现完整覆盖的关键因素。 无人机航空摄影测量系统融合了多种先进的技术类型,因而表现出了很多应用优势。主要有体积小、重量轻、精度高、反应迅速、飞行条件低等技术特点[2]。航空摄影测量系统可以将影像的分辨率控制在0.05~ 0.2m 之间,进而有效满足1:500~1:2000的比例尺测 量要求。 1.2无人机航空摄影测量流程1. 2.1外业像控点布设 像片控制点测量采用区域网布设方案,在照片拍摄之前进行实地选点布控制标志和航拍后明显地物点相片刺点的方法。水利工程像控点一般布设在沿河道的两旁公路边或地面较平坦处,由于涉及到淹没的问题,所以在较平坦的耕地集中处布置较多像控点;田间工程等区域平均布点[3]。 1.2.2航空摄影 航线网布点确保航线首尾末端上下的控制点布设在通过主点并且垂直于方向线的直线上,确保上下点在同一立体相对位置内。根据摄影区域进行航线设计,确保测量区域之间存在重叠,一般设置航向重叠度为 60%~70%,旁向的重叠度为30%~50%。选择无风、 云雾少、大气透明度好天气进行摄影。 1.2.3立体测图 摘要:水利工程高程准确性至关重要.本文结合工程实践,利用无人机快速灵活、成本低的优势,将无人机航空摄影测量技 术和RTKGPS技术运用在水利工程中,生成数字化地形图.该方法可以提高工效,节约生产成本,满足工程建设要求. 关键词:无人机;航空摄影测量系统;水利工程;应用中图分类号:P231 文献标识码:A 文章编号:1004-4701(2016)01-0057-05 第42卷第1期江西水利科技Vol.42No.12016年2月 JIANGXI HYDRAULIC SCIENCE &TECHNOLOGY Feb.2016

应变应变率超声测量技术

应变应变率超声测量技术 应变( strain) , 是指心肌发生形变的能力, 即心肌长度的变化值占心肌原长度的百分数, 公式为: s=(l - lo)/lo=Δl/lo 式中l 为心肌纤维长度变化后( 收缩或者舒张) 两点之间的瞬时距离, l o 为心肌纤维长度变化( 收缩或者舒张) 前两点之间的原始距离, ?l 为两点之间距离的变化值, s 为该心肌纤维的应变。s 为负值代表心肌纤维缩短或者变薄, 为正值代表心肌纤维延长或者增厚。 应变率( strain rate) 是指心肌发生形变的速度, 是心肌运动在超声束方向上的速度梯度, 即局部两点之间的速度差除以两点之间的距离, 公式表示为: SR =(va - v b)/d 其中, SR 即距离为d 的两点间心肌的应变率, v a 和vb 指距离为d 的两点的心肌缩短速度,。 一.多普勒组织成像技术(Doppler Tissue Imaging,DTI)是在传统的探查心腔内血流的彩色多普勒仪器的基础上改变多普勒滤波系统,出去血流产生的高速低振幅的频移信号,保留心肌运动产生的低速高振幅的频移信号,并经相关系统处理以彩色编码显示出来,能定量测量室壁运动速度。 超声的组织多普勒成像(TDI)能够在高帧频的情况下提供实时的局部速度信息,同时在二维模式下具有高的轴向和足够的侧向分辨率,可以实时测量心肌各点的运动速度,根据两点间的运动速度变化和距离变化得到心肌的应变率,但目前此种方法还仅限于显示纵行心肌的运动。众所周知,心肌的机械运动是一种螺旋扭转运动,这与心肌纤维独特的螺旋状排列结构有关,而这种心肌纤维结构在心室扭转

运动中起到关键作用,它使心脏在心动周期中发生纵向、环向和径向三个方向的运动,每种运动对心脏功能都有很大的影响。因此TDI技术测定应变及应变率具有其局限性。 局限性:多普勒组织成像技术运用多普勒原理,存在于多普勒血流显像相似的局限性,多普勒声束与心肌运动方向间夹角,心脏在心动周期中的整体运动,呼吸运动,仪器增益调节等均可影响其测量结果。 二.速度向量成像(velocity vector imaging,VVI)应变率可以通过心肌运动速度计算得出: SR = (Va - Vb)/d, 单位:1/s,其(V a?V b)表示a、b两点的即时组织速度差,d 表示两点之间的即时距离。 心肌运动示意图 因此,测得了心肌即时的组织速度,就可以求得心肌应变力和应变率,以二维动态图像为基础(而不是使用组织多普勒的方法),利用室壁追踪技术来测定组织动速度,从而创建了全新的心肌矢量应变力和应变率成像方法。在二维动态图像上,操作者手动描记心内膜后,设备以图像亮度为基础逐个象素自动分析和补偿心脏的局部运动平移,拉长和增厚)并获得瞬时速度,速度在二维图像上以矢量方式叠加显示,箭头长度表示速度的大小,箭头方向表示运动方向(图一)。 图一心肌运动向量图 根据从二维图像所获得的组织速度,可以通过室壁追踪技术求得心肌全切面、扇区、节段和各点的应变力、应变率等,并将其以彩色

摄影测量的发展与趋势(作业)

一、摄影测量的发展历史: 摄影测量学发展至今,经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个发展阶段 摄影测量学三个发展阶段的特点: 我国摄影测量的发展历史 中国的摄影测量历史最早可追溯到1902年,当年的北洋大学曾用进口的摄影经纬仪做过建筑摄影测量试验。 中国的航空摄影测量始于1931年,浙江省水利局航测队与德国测量公司合作进行首次航空摄影,摄取了钱塘江支流浦阳江一段河道的航片,随后,国民党政府成立航测队。主要测制了中国局部地区1:1万和1:2.5万军事要塞图,以及湘黔、成渝一带l:5万地形图。 1949年中华人民共和国成立以后,航空摄影得到飞速发展。国家测绘局、林业、农业、地质、铁道、石油、水利等部门都积极开展了航空摄影。1980年前,中国利用航空摄影测量主要制作1:25000-1:100000各种比例尺地形图,采用的是分工法和全能法测图。 1980年后,利用解析和数字摄影测量方法,全国范围主要制作1:50000地形图,各省市主要制作1:10000和1:5000地形图,城市则是制作1:1000和1:2000地形图,构成各类GIS的地形数据库。 21世纪初,数码摄影仪面世之后,城市大比例尺航测制作正射影像图得到了迅速发展,现在已经发展到制作三维城市电子地图。目前,中国已经构建了1:1000000、1:250000和1:50000全国空间数据库,包括的数据产品有DOM、DEM、DLG和DRG四类,还有地名数据库和土地利用数据库等,各省市已经或正在建立1:10000全省空间数据库。许多大中城市已建立了1:500-1:2000空间数据库。这些都成为构建“数字中国”、“数字省区”和“数字城市”的重要基础。 2006年国家测绘局启动了西部测图计划,使用了一批新设备、新技术、新航空航天遥感影像,将改写中国西部200多万平方公里无1:50000地形图的历史。

浅析无人机航空摄影测量系统及应用

浅析无人机航空摄影测量系统及应用 发表时间:2017-10-26T19:53:11.473Z 来源:《建筑科技》2017年9期作者:舒永国 [导读] 发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要,是做好应急救急工作的迫切需要,是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此,本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 北京市自来水集团禹通市政工程有限公司北京 100089 摘要:测绘测量技术系统是应对自然灾害、有效处置突发事件、构建完善保障系统与加强防灾减灾工作建设的重要组成部分,也是目前的一个重要战略问题。发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要,是做好应急救急工作的迫切需要,是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此,本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 关键词:无人机;航空摄影;测量系统;应用 1、前言 航空数字摄影测量是基础地理信息采集的最有效手段之一。随着计算机技术的发展和微处理机的广泛应用,政府各部门对测绘资料的需求越来越大,对资料现势性要求越来越高,对资料所能包涵的信息容量越来越多。无人机航空摄影测量作为一种新型的测量方式不断呈现在大家的面前,伴随着高科技技术环境下测绘技术与测绘装备的快速发展,融合了无人机技术、航空摄影技术、移动测量技术、数字通信技术等一系列新兴技术形态的无人机航空摄影测量系统成为防灾减灾的重要手段,它建立起一整套综合应急测绘保障服务系统。 2、无人机航空摄影测量系统 目前,国内已经投入使用的无人机航空摄影测量系统有“华鹰”、“飞象”、“QuickEye”等。无人机航空摄影测量系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括机载系统和地面监控系统;软件系统则涵盖了航线设计、飞行控制、远程监控、航摄检查、数据预处理等五个主要的系统。 2.1硬件系统 2.1.1无人机机载系统 在整个无人机航空摄影测量系统构成中,无人机作为主要的系统搭载平台,是整个系统集成与融合的重要基础。这一硬件系统主要由无人机、数字摄影系统、导航与飞行控制系统、通信系统等部分构成。在该系统工作的过程中,整个系统会按照预先设定的航线进行相应的自主飞行,并且完成预先设定的航空摄影测量任务,同时实时地把飞机的速度、高度、飞行状态、气象状况等参数传输给地面控制系统。 2.1.2地面飞行监控系统 这一分支系统是影响飞行平台运行的重要因素,主要有电子计算机、飞行控制软件、电子通信控制介质和电台等设备。在飞行平台的运行过程中,地面飞行控制系统可以据无人机飞行控制系统发回的飞行参数信息,实时在地图上精确标定飞机的位置、飞行路线、轨迹、速度、高度和飞行姿态,使地面操作人员更容易掌握无人机的飞行状况。 2.2软件系统 2.2.1航线设计软件 航线设计在无人机航空摄影测量系统中扮演着十分重要的角色,其直接决定了整个系统工作的方向和精准度。这一分支系统作为信息采集的关键步骤,需要对于系统运行经过的作业范围、地形地貌特点、属性精度要求、摄影测量参数以及摄影测量的结果进行综合设定。航线设计软件需要对相关的工作参数进行综合设定,诸如计算行高、重叠度和地面分辨率等飞行参数,进而获得飞行所需的曝光点坐标、基线长度等参数。此外,航线设计软件还有一个十分重要的功能,那就是对于设计好的航线进行检查,诸如:航线走向、摄影基面、行高、地面分辨率和像片重叠度等。 2.2.2数据接受与预处理系统 这是无人机系统中最为重要的软件系统,也是无人机航空摄影测量系统室外作业的最后一步,直接影响到后续的图像数据处理质量。一般情况下,无人机航空摄影测量系统在影像获取过程中,由于受外界和内部因素的影响,可能降低获取的原始图像的质量。为避免原始图像后续处理的质量问题,在影像配准、拼接之前,必须对原始影像进行预处理。这一预处理的过程,先后涵盖了图像校正、图像增强等方面。 3、项目应用实践 3.1工程概况 井山水库位于抚河流域东乡河南港支流黎圩水上游,地处江西省抚州市东乡县黎圩镇内,坝址位于南港支流东乡县黎圩镇井山村上游河段1.0km狭谷段,坝址区距黎圩镇约5km,距东乡县县城约25km,控制流域面积25.2km2,正常蓄水位83.00m(黄海高程,下同),总库容2250×104m3,是一座灌溉、供水等综合效益的中型水利枢纽工程。 3.2外业测量 3.2.1航摄 航摄仪采用Sonya7R,焦距35mm,相幅大小为:7360×4192,像元分辨率为4.88um。本次无人机航摄分两个架次进行,由GPS领航数据计算相对飞行高度为724m,地面分辨率为0.09m,航摄面积约10km2。两个架次飞行质量和影像良好,影像清晰度较高,且照片色彩均匀,饱和度良好,能够表达真实的地物信息,可以满足1:2000成图要求。本次飞行航向重叠度为75%,旁向重叠度为50%。 3.2.2像控测量 像控点的布设应能够有效控制成图的范围,测区的四周及中心位置必须布设控制点,根据测区的情况,每个测区布设控制点20多个,且都设置为平高点。 3.2.3空中三角测量 本项目采用SVS软件进行空三加密,根据航空飞行及影像分布情况,将空三区域分为两个加密区域网采用自动与手动相结合的方式进行空三加密,即采用自动匹配进行像点量测,剔除粗差。人工调整直至连接点符合规范要求,保证在2/3个像素以内。加入外业像控点对本

摄影测量学复习题及答案(全)

摄影测量学复习题及答案(全) 一、名词解释 1、解析相对定向:根据同名光线对对相交这一立体相对内在的几何关系,通过量测的像点坐标,用解析计算方法解求相对定向元素,建立与地面相似的立体模型,确定模型点的三维坐标。 2、GPS辅助空中三角测量:将基于载波相位观测量的动态GPS 定位技术获取的摄影中心曝光时刻的三维坐标作为带权观测值,引入光束法区域网平差中,整体求解影像外方位元素和加密点的地面坐标,并对其质量进行评定的理论和方法。 3、主合点:地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像 4、核线:立体像对中,同名光线与摄影基线所组成核面与左右像片的交线。 5、航向重叠:同一条航线上相邻两张像片的重叠度。 6、旁向重叠:两相邻航带摄区之间的重叠。 7、影像匹配:利用互相关函数,评价两块影像的相似性以确定同名点 8、影像的内方元素:是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数。 9、影像的外方元素:描述像片在物方坐标的位置和姿态的参数。 10、景深:远景与近景之间的纵深距离称为景深 11、空间前方交会:由立体像对中两张像片的内、外方位元素和

像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法,称为空间前方交会。 12、空间后方交会:利用一定数量的地面控制点,根据共线条件方程或反求像片的外方位元素这种方法称为单张像片的空间后方交会。 13、摄影基线:相邻两摄站点之间的连线。 14、像主点:像片主光轴与像平面的交点。 15、立体像对:相邻摄站获取的具有一定重叠度的两张影像。 16、数字影像重采样:当欲知不位于采样点上的像素值时,需进行灰度重采样。 17、核面:过摄影基线与物方任意一点组成的平面。 18、中心投影:所有投影光线均经过同一个投影中心。 19、单模型绝对定向:相对定向所构建的立体模型经平移、缩放、旋转后纳入到地面坐标系中的过程相对定向:根据立体像对内在的几何关系恢复两张像片之间的相对位置和姿态,使同名光线对对相交,建立与地面相似的立体模型。即确定一个立体像对两像片的相对位置。 20、数字影像内定向:同一像点的像平面坐标与其扫描坐标不相等,需要加以换算,这种换算称为数字影像内定向。 21、像主点:摄影机主光轴在框标平面上的垂足 22、内部可靠性:一定假设条件下,平差系统所能发现的模型误差的下界值

浅谈倾斜摄影测量与传统航空摄影测量的区别

浅谈倾斜摄影测量与传统航空摄影测量的区别 摘要:随着科学技术的发展,测绘行业的产品不仅仅局限于二维地图导航和定位,还能更直观地看到真实的3d场景。本文基于倾斜摄影测量技术的特点,同 传统的航空摄影测量相比较,从图像,结果显示形式等将倾斜摄影和传统航空摄 影的区别做简单的描述。 关键词:倾斜摄影;航空摄影测量;特点;区别 1 前言 倾斜摄影是近年来国际测绘领域发展起来的一种高新技术,它颠覆了以前的 正交投影垂直摄影的局限。其通过相同飞行平台上的多个传感器,同时从垂直、 四个倾斜、五个不同的角度收集图片,更加直观的展示了世界。其核心原理也是 基于共线方程,通过区域网平差计算图像的外方位元素,然后使用高性能计算机 和匹配算法来提取特征点云,在密集点云的基础上得到一系列产品。 2 倾斜摄影测量技术特点 倾斜摄影测量的特殊性主要体现在其对地面物体真实情况的反应能力。在进 行物体测量的环节中,使用摄影测量法,通过对三维数据进行进一步的实现,反 映了物体外观的准确性,并进一步确定了物体的位置,测量了高度、海拔等具体 的属性,以显示三维数据的真实性和生命力。倾斜摄影具有性价比高的特点。例如,通过对DOM数据结果的分析,实现对数据的全面掌握,有利于将三维建模 成本最小化。倾斜摄影测量技术在测绘应用环节,可以通过合理应用无人机(uav)和其他飞行载体,实现自动三维建模。 3 与传统航空摄影的区别 3.1 影像获取方式的不同 传统航空摄影影像通常采用飞行平台搭载一个镜头相机,获取地面影像,单 架次仅能获取下视视角的影像(图1)。倾斜摄影增加了倾斜角度的镜头,例如PAN-5型号相机,采用增加了前视、后视、左视、右视4个倾斜视角镜头同时曝 光的方式,同时获取下视和倾斜视角的影像,倾斜视角与下视方向成15度以上 的夹角(图2)。 3.2 影像信息的不同 传统航空摄影视觉形象,大多只能获得地物的俯视信息,视角的图像边缘也能获取一部 分地物的侧面信息,没有重叠区域及横向投影的差别,内容被遮挡的地方几乎没有特性信息。例如,大多数传统航空摄影只能访问到屋顶和房子的少量纹理。建筑很高,由于投影差的原因,生产过程中模糊特性正射影像很难处理(图3),倾斜摄影不仅可以得到传统的航空摄 影俯视图,还可获得四个方向倾角特性的信息,能更多访问特性的表面信息,图4为阴影下 看不到的情况大大减少。 3.3 影像数据量不同 影像数据量的不同,原因大致有三点,①图像重叠率不同。②超出了摄影范围的面积增加,如果你想获得倾斜照片相同的项目范围,考虑到覆盖,倾斜角度的需求将超出航空摄影 的项目范围,通常倾斜摄影飞行距离会超越传统的航空摄影两倍多,如图5所示,图中白线 是项目的范围线,点是满足传统的航空摄影图像曝光点,可以满足传统的航空摄影生产,灰 色和黑色是满足倾斜测量产品图像的曝光点。 ③增加数字相机捕捉影像的同时,倾斜摄影测量共获得五个视角,包括阿布视角的图像,以作者参与的实际项目估算,地面分辨率相同的倾斜摄影的数据量将达到传统航空摄影的25 到40倍。 3.4 区域网平差的异同

河北工程大学摄影测量期末考试知识点

1摄影测量与遥感:从非接触成像和其他传感器系统,通过记录、测量、分析与表达等处理,获得地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。 2摄影测量的特点:(1)无需解除物体本身获得被摄物体信息. (2)由二维影响重建三维目标. (3)面采集数据形式. (4)同时提取物体的几何与物理特性 4.摄影测量的技术手段有模拟法、解析法与数字法;摄影测量也经历了模拟摄影测量、解析摄影测量与数字摄影测量三个发展阶段 1空中三角测量:利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系,根据少量像片控制点,计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。 2像点位移:由于在实际航空摄影时,在中心投影的情况下,当航摄的飞行姿态出现较大倾斜即像片有倾斜,地面有起伏时,便会导致地面点在航摄像片上构像相对于在理想情况下的构像,产生了位置的差异,这一差异称为像点位移。 3摄影基线:航线方向相邻两个摄影站点间的空间距离。 4航向重叠:同一条航线上,相邻两张像片应有一定范围的影像重叠,称为航向重叠。 5旁向重叠:相邻航线相邻两像片的重叠度 6同名核线:同一核面与左右影像相交形成的两条核线,其中核面指物方点与摄影基线所确定的平面。 7像片的内方位元素:表示摄影中心与像片之间相互位置的参数,f,x0,y0 8像片的外方位元素:表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。 9相对定向:根据立体像对内在的几何关系恢复两张像片之间的相对位置和姿态,使同名光线对对相交,建立与地面相似的立体模型。即确定一个立体像对两像片的相对位置。 10绝对定向元素:描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。 13同名像点:同名光线在左右相片上的构像 填空 1、4D产品是指 DEM、DLG、DRG、DOM。 2、摄影测量按用途可分为地形摄影测量、非地形摄影测量。 4、模拟摄影测量是利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转。 5、解析摄影测量以电子计算机为主要手段,通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系,并提供各种摄影测量产品的一门科学。 6、像点坐标的系统误差改正主要包括底片变形改正,摄影机物镜畸变差改正,大气折光改正和地球曲率改正。 7、共线方程表达的是像点、投影中心与地面点之间关系。 8、立体摄影测量基础是共面条件方程。 9、把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来,各张像片的主点连线不在一条直线上,而呈现为弯弯曲曲的折线,称航线弯曲。 10、航摄像片为量测像片,有光学框标和机械框标。 11、地图是地面的正射投影,像片是地面的中心投影。 12、在像空间坐标系中,像点的z坐标值都为-f。 13、一张像片的外方位元素包括:三个直线元素(Xs、Ys、Zs ):描述摄影中心的空间坐标值;三个角元素(?、ω、κ) ) :描述像片的空间姿态。 14、相对定向的理论基础、目的、标准是两像片上同名像点的投影光线对对相交。 15、双像解析摄影测量的任务是利用解析计算方法处理立体像对,获取地面点的三维空间信息。 16、在摄影测量中,一个立体像对的同名像点在各自的像平面坐标系的x、y坐标之差,分别称为左右视差、上下视差。 17、解析法相对定向的理论基础是同名光线对对相交于核面内。 18、解析绝对定向需要量测 2 个平高和 1 个高程以上的控制点,一般是在模型四个角布设四个控制点。 19、解析空中三角测量按数学模型分为航带法、独立模型法、光束法。

浅谈航空摄影测量像控点的选择

浅谈航空摄影测量像控点的选择 摘要:本文介绍了像控点位置选择的一般基本要求,像控点的布点方案以及野外像控点的目标选择方法。另外,作者还通过生产实践总结了一些像控点选点方面的技巧。 关键词:摄影测量;像控点;选择 Abstract: this paper introduces the control point location of choice as general basic requirements, such as control of the scheme and the wild points at the target point as control method. In addition, the author also through production practice summarizes some like control point source skills. Keywords: photogrammetry; Like control point; choose 0 引言 像控点是摄影测量解析空三加密和测图的基础,其位置的选择和坐标的测定直接影响到内业成图的数学精度。像控点的选择如果位置不当,其结果不仅影响内业成图的质量,而且给实地观测作业与内业成图工作造成一定困难。 1像控点位置选择的基本要求 航摄像片由于像点坐标误差的影响使像片边缘产生的像点位移和影像变形比中心部分要严重。为了提高外业判读刺点和内业点位量测精度,像片所选像控点的位置距像片边缘要大于1cm或1.5cm。另外,考虑到内业立体观察的效果,减少外业像控点的布设数量以及提高内业的定向精度,像片上像控点要距离各类标志,如压平线、框标标志、片号等不应小于1cm。像控点应分布在航向三度重叠和旁向重叠中线附近,距离方位线要大于3 cm或4.5 cm。 2像控点的布点方案 像控点的布设方案有全野外布点和稀疏布点两种。 2.1全野外布点 全野外布点是指摄影测量测图过程中所需要的控制点全部由外业测定的布点方案。

应变测试方法

应变测试方法 电阻应变测试 1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变,再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。 用电阻应变片测量应变的过程: 2.分类: (1)静态测量:对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。(2)动态测量:对载荷在2~1200HZ范围内变化的测量。 3.电阻应变测量方法的优点 (1)测量灵敏度和精度高。其最小应变读数为1με(微应变,1με=10-6 ε)在常温测量时精度可达1~2%。 (2)测量范围广。可测1με~20000με。 (3)频率响应好。可以测量从静态到数十万赫的动态应变。(4)应变片尺寸小,重量轻。最小的应变片栅长可短到0.178毫米,安装方便,不会影响构件的应力状态。 (5)测量过程中输出电信号,可制成各种传感器。 (6)可在各种复杂环境下测量。如高、低温、高速旋转、强磁

场等环境测量。 4.电阻应变测量方法的缺点 (1)只能测量构件的表面应变,而不能测构件的内部应变。 (2)一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变,而不能进行全域性测量。 电阻应变片 1.电阻应变片的工作原理 由物理学可知:金属导线的电阻率为 当金属导线沿其轴线方向受力变形时(伸长或缩短),电阻值会随之发生变化(增大或减小),这种现象就称为电阻应变效应。 将上式取对数并微分,得: 2.电阻应变片的构造 电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。其构造如图所示 L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ =++

3.电阻应变片的分类 电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。其中金属电阻应变片分为: (1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为0.01~0.05 毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。 优点:基底、盖层均为纸做成,价格便宜,易安装。 缺点:其横向效应大,测量精度较差,应变片性能分散。 (2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状, 端部用粗丝焊接而成。 优点:横向效应小,制造时敏感栅形状易保证,测量精度高。缺点:焊点多,疲劳寿命较低。 (3)箔式应变片:敏感栅采用的是0.002~0.005毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔,采用刻图制板、光刻及腐蚀等工艺制作。 优点: ①制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀,可以制成任意形状,以适应不同的测量要求; ②敏感栅截面为薄而宽的矩形,其表面积即粘合面积大,传递试件应变性能好; ③横向效应好,可忽略;

最新摄影测量课后习题复习

1、摄影测量对航摄资料有哪些基本要求? 答:1)影像的色调要求影像清晰,色调一致,反差适中,像片上不应有妨碍测图的阴影。 2)像片重叠 同一航线上要求两相邻像片应有一定的重叠,称航向重叠。航向重叠:60% ~ 65% ,最小不应小于53%;相邻航线间也应有足够的重叠称旁向重叠。旁向重 叠:30% ~ 40% 最小不得小于15% 3)像片倾角在摄影瞬间摄影机轴发生了倾斜,摄影机轴与铅直方向的夹角称为相片倾角,不大于2°,最大不超过3°。 4)航线弯曲受技术和自然条件限制,飞机往往不能按预定航线飞行而产生弯曲,造成漏摄或旁向重叠过小从而影像内业成图。一般要求航摄最大偏距与全航线长之比不大于3%。 5)像片旋角相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角称像片旋角,一般要求像片旋角不超过6°,最大不超过8°。 2、什么是像片重叠?为什么要求相邻像片之间及航线之间的像片要有一定的重叠?答:两张相邻的像片之间重叠的部分叫像片重叠为了满足测图的需要,在同一航线上,相邻两像片应有一定范围的重叠,称为航向重叠。相邻航线也应有足够的重叠,称为旁向重叠。 3、摄影测量常用哪些坐标系统,各坐标又是如何定义的? 像方坐标系:像平面坐标系、像空间坐标系、像空间辅助坐标系;像平面坐标系:是以像主点为原点的右手平面坐标系。 像空间坐标系:以摄影中心S为坐标原点,x、y轴与像平面坐标系的x、y轴平行,z轴与光轴重合,形成像空间右手指教坐标系S-xyz。 像空间辅助坐标系:像点坐标可以直接从像片上量取获得,而各个像片的像空间坐标是不统一的,给计算带来了困难,就需要建立统一的坐标系,于是有了像空间辅助在坐标系。有三种取法:1. 取u、v、w轴系分别平行于地面摄影测量坐标系D-XYZ,这样同一像点a在像空间坐标系坐标为x,y,z = (-f),而在像空间辅助坐标系中的坐标为u,v,w;2. 是以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系;3. 以每个相片对的左像片摄影中心为坐标原点,摄影基线方向为u轴,以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面,过原点且垂直于uw平面(左核面)的轴为v构成右手直角坐标系。 物方坐标系:地面测量坐标系、地面摄影测量坐标系; 地面测量坐标系:高斯-克吕格3度或6度带投影的平面直角坐标系与定义的从某一基准面量起的高程两者组合而成的空间左手坐标系 地面摄影测量坐标系:地面测量坐标系是左手系,像空间辅助坐标系是右手系,给地面点由像空间辅助坐标系转换到地面测量坐标系带来困难,为此要建立一个过渡性坐标系,称为地面摄影测量坐标系。原点在测区内某一地面点上,X轴大致与航向一致的水平方向,Y轴与X轴正交,轴沿铅垂方向,构成右手直角坐标系。

浅谈航空摄影测量像控点的选择

浅谈航空摄影测量像控点的选择 陈福江 辽宁省摄影测量与遥感院辽宁沈阳110034 摘要:本文介绍了像控点位置选择的一般基本要求,像控点的布点方案以及野外像控点的目标选择方法。另外,作者还通过生产实践总结了一些像控点选点方面的技巧。 关键词:摄影测量;像控点;选择 Abstract:this paper introduces the control point location of choice as general basic requirements,such as control of the scheme and the wild points at the target point as control method.In addition,the author also through production practice summarizes some like control point source skills. Keywords:photogrammetry;Like control point;choose 中图分类号:[TU198+.3]文献标识码:A文章编号: 0引言 像控点是摄影测量解析空三加密和测图的基础,其位置的选择和坐标的测定直接影响到内业成图的数学精度。像控点的选择如果位置不当,其结果不仅影响内业成图的质量,而且给实地观测作业与内业成图工作造成一定困难。 1像控点位置选择的基本要求 航摄像片由于像点坐标误差的影响使像片边缘产生的像点位移和影像变形比中心部分要严重。为了提高外业判读刺点和内业点位量测精度,像片所选像控点的位置距像片边缘要大于1cm或1.5cm。另外,考虑到内业立体观察的效果,减少外业像控点的布设数量以及提高内业的定向精度,像片上像控点要距离各类标志,如压平线、框标标志、片号等不应小于1cm。像控点应分布在航向三度重叠和旁向重叠中线附近,距离方位线要大于3cm或4.5cm。 2像控点的布点方案 像控点的布设方案有全野外布点和稀疏布点两种。 2.1全野外布点 全野外布点是指摄影测量测图过程中所需要的控制点全部由外业测定的布点方案。 以立体测图仪作业单模型测图的布点方案为例:需在测绘面积四角上各布设一个平高控制点。按此方式采用全野外测定虽然测定精度较高,但是由于外业控制的工作量较大,只有在测图精度要求很高的测区,地面联测条件良好,或是在小面积测图情况才选择使用。 2.2稀疏布点 稀疏布点是指在外业只测定少量控制点,其余大部分的控制点要通过内业加密手段获取的布点方案。解析空中三角测量采用的外业布点方案一般可按航线网布点或区域网布点进行。 以区域网布点方案为例:区域网通常由长方形或正方形组成,像控点应沿区域网四周按一定跨距布设平高控制点。考虑到高程点跨距要小于平面点,故在区域内部布设一排或几排高程点以满足高程跨距的要求。 当然,对于一个具体测图区域选用布点方案应根据成图比例尺、摄影比例尺、像幅大小、

应变测试技术概述及发展

目录 1.前言 (2) 2.正文 (3) 2.1应变测试技术概述 (3) 2.1.1应变量测的原理. (3) 2.1.2应变量测的方法 (3) 2.1.3.应用`最广泛的电阻应变计的构造,性能及使用技术。 (3) 2.1.4应变量测技术中的温度补偿技术 (6) 2.1.5.应变测点的布置技术 (6) 2.2应变测试技术的发展 (6) 2.2.1.我国近年来应变测试技术的发展 (6) 2.2.2.浅谈对应变测试技术的展望 (7) 3.结束语 (8) 4.参考文献 (8)

应变测试技术概述及发展 100607224 许嘉琳南京林业大学土木工程学院 摘要:大多数的试验与检测中都要用到应变测试技术。应变测试技术简单说来就是用应变计测出试件在一定长度范围内的长度变化,再由长度变化和应变的关系求出应变值。电阻应变计是最主要的一种应变计,测点的选择,应变片的粘贴,以及温度补偿技术是应变计使用技术的重要组成部分。近年来应变测试技术有了很大发展,与虚拟技术的结合将使它拥有更广阔的前景。 关键词:应变量测技术,概述内容,电阻应变计,使用技术,发展与前景。Title: The simple present and development of strain measurement technology Abstract: Most experiments and tests have to use strain measurement technology. To put it simply, strain measurement technology is using strain gauges to measure length changes within a certain distance, and then get strain values by relationships in length changes and strain. Resistant strain gauge is the most important strain gauge. It’s using technology includes choosing measuring points, pasting strain gauges , and the temperature compensation technology. Recent years , strain measuring technology developed quickly .It will have a more broad prospect combined with the virtual technology. Key words:strain measurement technology; simple present; resistant strain gauge; using technology; development and prospect. 1.前言 在土木工程结构试验中,试件作为一个系统,所受到的外部作用(如力,位移,温度等)是系统的输入数据,试件的反应,如应变,应力,裂缝,位移,速度,加速度等是系统的输出数据.通过对输入与输出数据的量测,采集和分析处理,可以了解试件系统的分析特性,从而对结构的性能作出定量的评价.为了采集到准确可靠的数据,应该采用正确的量测方法,选用可靠的量测仪器设备.应变量测是结构试验量测中最重要的内容,掌握应变测试技术,了解构件的应力分布情况,特别是结构控制截面处应变的最大值及应力分布,对于建立强度计算理论或验证设计是否合理,计算方法是否正确等,都有重要的意义.

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