摄影测量后方交会程序
第五讲 单片空间后方交会
x12 − f (1 + 2 ) f xy − 1 1 f
2 x2 − f (1 + 2 ) f
−
x1 y1 f
y12 − f (1 + 2 ) f − x2 y2 f
x y − 2 2 f
2 x3 − f (1 + 2 ) f
2 y2 − f (1 + 2 ) f
−
x3 y3 f
xy − 3 3 f
Y B
A
C X
利用航摄像片上三个以上像点坐标和对应像 点坐标和对应地面点坐标，计算像片外方位元 素的工作，称为单张像片的空间后方交会。 进行空间后方交会运算，常用的一个基本公 式是前面提到的共线方程。式中的未知数，是 六个外方位元素。由于一个已知点可列出两个 方程式，如有三个不在一条直线上的已知点， 就可列出六个独立的方程式，解求六个外方位 元素。由于共线条件方程的严密关系式是非线 性函数，不便于计算机迭代计算。为此，要由 严密公式推导出一次项近似公式，即变为线性 函数。
（5） 用所取未知数的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程式，逐 ） 用所取未知数的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程式， 点计算像点坐标的近似值 ( x), ( y ) 并计算 lx , l y a ( X − X S ) + b1 (Y − YS ) + c1 ( Z − Z S ) x=−f 1 a3 ( X − X S ) + b3 (Y − YS ) + c3 ( Z − Z S ) a ( X − X S ) + b2 (Y − YS ) + c2 ( Z − Z S ) y=−f 2 a3 ( X − X S ) + b3 (Y − YS ) + c3 ( Z − Z S ) （6） 组成误差方程式。 ） 组成误差方程式。 7） 计算法方程式的系数矩阵与常数项，组成法方程式。 （7） 计算法方程式的系数矩阵与常数项，组成法方程式。 （8） 解算法方程，迭代求得未知数的改正数。 ） 解算法方程，迭代求得未知数的改正数。
摄影测量-空间前交、后交【精选文档】
空间后交—前交程序设计(实验报告)姓名：班级：学号：时间:空间后交-前交程序设计一、实验目的用 C 、VB或MATLAB语言编写空间后方交会-空间前方交会程序⑴提交实习报告：程序框图、程序源代码、计算结果、体会⑵计算结果：像点坐标、地面坐标、单位权中误差、外方位元素及其精度二、实验数据f=150。
000mm，x0=0，y0=0三、实验思路1。
利用空间后方交会求左右像片的外方位元素(1）.获取m（于像片中选取两点，于地面摄影测量坐标系中选取同点,分别计算距离，距离比值即为m)，x，y，f,X，Y,Z（2).确定未知数初始值Xs,Ys，Zs,q，w,k（3）.计算旋转矩阵R(4）.逐点计算像点坐标的近似值(x），（y）(5）。
组成误差方程式(6)。
组成法方程式（7).解求外方位元素（8）。
检查是否收敛，即将求得的外方位元素的改正数与规定限差比较，小于限差即终止；否则用新的近似值重复步骤(3）-（7）2。
利用求出的外方位元素进行空间前交，求出待定点地面坐标(1）.用各自像片的角元素计算出左、右像片的方向余弦值，组成旋转矩阵R1，R2(2）。
根据左、右像片的外方位元素，计算摄影基线分量Bx，By，Bz(3)。
计算像点的像空间辅助坐标（X1,Y1，Z1）和（X2，Y2,Z2）（4）.计算点投影系数N1和N2(5）。
计算未知点的地面摄影测量坐标四、实验过程⑴程序框图函数AandL%求间接平差时需要的系数％%％已知％a=像点坐标x，b=像点坐标y,f内方位元素主距%φ=q，ψ=w，κ=k%像空间坐标系X,Y，Z%地面摄影测量坐标系Xs,Ys,Zsfunction ［A1，L1，A2，L2］=AandL（a，b，f,q,w,k,X，Y，Z,Xs,Ys,Zs) %％％％％%％％%%％选择矩阵元素a1=cos（q)＊cos(k)—sin(q）＊sin(w）*sin(k）;a2=-cos(q)＊sin(k)—sin(q）＊sin(w）＊cos（k)；a3=-sin(q）*cos(w);b1=cos(w）*sin(k)；b2=cos（w）*cos（k)；b3=—sin(w);c1=sin（q)*cos(k)+cos（q)＊sin(w）*sin（k)；c2=—sin（q）＊sin(k)+cos（q)*sin(w）*cos（k)；c3=cos(q)＊cos(w);％%％%％％％共线方程的分子分母X_=a1*(X—Xs）+b1*（Y-Ys)+c1＊（Z-Zs);Y_=a2*(X-Xs)+b2＊（Y—Ys)+c2＊（Z-Zs);Z_=a3＊(X—Xs)+b3＊（Y—Ys）+c3*(Z-Zs）;％％％％%％%近似值x=-f＊X_/Z_；y=-f＊Y_/Z_;％％％％%％％A组成L组成a11=1/Z_＊（a1＊f+a3＊x)；a12=1/Z_＊(b1＊f+b3＊x）；a13=1/Z_*(c1*f+c3＊x);a21=1/Z_*(a2＊f+a3＊y）;a22=1/Z_*（b2＊f+b3*y);a23=1/Z_＊(c2＊f+c3＊y）;a14=y*sin（w)-（x/f＊(x*cos(k)—y*sin（k））+f＊cos（k）)*cos(w）;a15=-f*sin(k)—x/f＊（x*sin（k）+y*cos(k));a16=y；a24=—x*sin(w）-（y/f＊（x*cos(k)-y*sin(k)）—f＊sin(k））*cos（w）；a25=-f*cos（k）-y/f*(x*sin（k）+y*cos(k));a26=-x;lx=a—x；ly=b-y;％%%%%%％％%组成一个矩阵，并返回A1=[a11,a12，a13,a14,a15，a16];A2=［a21,a22,a23，a24,a25，a26];L1=lx;L2=ly;函数deg2dms％%％%％%％％角度转度分秒function y=deg2dms(x）a=floor(x)；b=floor(（x-a)＊60);c=(x-a—b/60）＊3600；y=a+（b/100）+(c/10000);函数dms2deg%%％％%度分秒转度function y=dms2deg（x）a=floor(x）；b=floor((x-a)＊100）；c=（x-a—b/100)*10000；y=a+b/60+c/3600;函数ok%％％％％%%％%%%％％％目的是为了保证各取的值的有效值%％xy为n*1，a为1＊nfunction result=ok(xy，a)format short gi=size（xy，1)；for n=1:io=xy（n)—floor(xy(n,1));o=round（o＊（10^a（n))）/(10^a(n）);xy(n，1)=floor(xy（n,1）)+o;endformat long gresult=xy;函数rad2dmsxy%%％%求度分秒表现形式的三个外方位元素，三个角度function xydms=rad2dmsxy(xy)［a,b,c，d，e,f]=testvar(xy）;d=deg2dms（rad2deg(d））；e=deg2dms（rad2deg(e))；f=deg2dms(rad2deg(f）);xydms=[a,b，c,d,e，f］';函数spacehoujiao％％%％%%%空间后交％%% f%％输入p（2*n,1）%％像点坐标x,y,X,Y，Z,均为（n,1）function ［xy,m，R］=spacehoujiao(p，x,y，f,X，Y,Z）format long；%%％%％权的矢量化,这是等精度时的，如果非,将函数参数改为PP=diag（p)；％％求nj=size（X，2）；%％初始化Xs=0；Ys=0;Zs=0;for n=1：jXs=Xs+X（n）；Ys=Ys+Y(n）;Zs=Zs+Z(n）;endSx=sqrt((x（2）-x(1）)^2+(y（2)—y(1)）^2);％%％%两像点之间距离Sd=sqrt(（X(2）-X（1))^2+(Y（2）-Y（1))^2);%％%％两地面控制点之间距离m=Sd/Sx; ％％％％图像比例系数Xs=Xs/j;Ys=Ys/j;Zs=m*f+Zs/j；m0=0;q=0;w=0;k=0;i=0;a=rand(2*j,6）；l=rand（2＊j，1);％％％％for n=1:j[a（2＊n—1,:)，l(2*n—1,1）,a(2＊n,：），l(2*n,1）］=AandL(x(n)，y（n),f,q，w，k，X(n)，Y（n），Z(n），Xs,Ys,Zs);enddet=inv（a’＊P*a）*transpose（a)*P*l;％%%%%%％％％循环体while 1％％％％％%%％%％％％％%％％[dXs,dYs,dZs，dq,dw,dk]=testvar(det）;detXs=abs（dXs）；detYs=abs（dYs)；detZs=abs(dZs)；detq=abs(dq)；detw=abs（dw)；detk=abs（dk)；%%％％%%％%%if （（detXs<0。
第2章后方交会
则
f sin H f a22 cos H y y0 a23 H ( x x0 )( y y0 ) ( y y0 ) 2 a24 cos ( f )sin f f a21 ( y y0 ) 2 ( x x0 )( y y0 ) a25 ( f ) cos sin f f
sin sin 0 0 cos cos
cos 0 sin
X Y 1 X X s 0 0 1 X X s Z R R 1 R 1 Y Y R 0 0 0 Y Y s s Z Z s 1 0 0 Z Z s
《摄影测量学》
第2 章
单片空间后方交会
主要内容
一、定义
二、误差方程和法方程 三、计算过程
一、定义 z
y s(Xs, Ys, Zs) Z
b a
x
c
根据影像覆盖范 围内一定数量的 分布合理的地面 控制点（已知其 像点和地面点的 坐标），利用共 线条件方程求解 像片外方位元素 C X
Y
B
A
注：如果我们有每张像片的六个外方位元素，就能恢复航摄像片 与被摄地面之间的几何关 R 1 Y Y s Z Z Z s
0 a 2 c1 a1c2 a c a c 3 1 1 3 0 b3 b 2 b3 0 b1
a1c2 a 2 c1 0 a 3 c 2 a 2 c3 b2 X b1 Y 0 Z
x f X X Z ( ) Z Z f b2 Z b3Y Z Y b2 f b3 f f Z X (b1Y b2 X ) Z X Y X (b1 b2 ) Z Z Z
摄影测量学空间后方交会实验报告
摄影测量学实验报告实验一、单像空间后方交会学院：建测学院班级：测绘082姓名：肖澎学号： 15一．实验目的1.深入了解单像空间后方交会的计算过程；2.加强空间后方交会基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆；3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。
二．实验原理以单幅影像为基础，从该影像所覆盖地面范围内若干控制点和相应点的像坐标量测值出发，根据共线条件方程，求解该影像在航空摄影时刻的相片外方位元素。
三．实验内容1.程序图框图2.实验数据（1）已知航摄仪内方位元素f＝153.24mm，Xo＝Yo＝0。
限差0.1秒（2）已知4对点的影像坐标和地面坐标：3.实验程序using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace ConsoleApplication3{class Program{static void Main(){//输入比例尺，主距，参与平参点的个数Console.WriteLine("请输入比例尺分母m：\r");string m1 = Console.ReadLine();double m = (double)Convert.ToSingle(m1);Console.WriteLine("请输入主距f：\r");string f1 = Console.ReadLine();double f = (double)Convert.ToSingle(f1);Console.WriteLine("请输入参与平差控制点的个数n：\r");string n1 = Console.ReadLine();int n = (int)Convert.ToSingle(n1);//像点坐标的输入代码double[] arr1 = new double[2 * n];//1.像点x坐标的输入for (int i = 0; i < n; i++){Console.WriteLine("请输入已进行系统误差改正的像点坐标的x{0}值：\r", i+1);string u = Console.ReadLine();for (int j = 0; j < n; j += 2){arr1[j] = (double)Convert.ToSingle(u);}}//2.像点y坐标的输入for (int i = 0; i < n; i++){Console.WriteLine("请输入已进行系统误差改正的像点坐标的y{0}值：\r", i+1);string v = Console.ReadLine();for (int j = 1; j < n; j += 2){arr1[j] = (double)Convert.ToSingle(v);}}//控制点的坐标输入代码double[,] arr2 = new double[n, 3];//1.控制点X坐标的输入for (int j = 0; j < n; j++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的X{0}值：\r", j+1);string u = Console.ReadLine();arr2[j , 0] = (double)Convert.ToSingle(u);}//2.控制点Y坐标的输入for (int k = 0; k < n; k++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的Y{0}值：\r", k+1);string v = Console.ReadLine();arr2[k , 1] = (double)Convert.ToSingle(v);}//3.控制点Z坐标的输入for (int p =0; p < n; p++){Console.WriteLine("请输入控制点在地面摄影测量坐标系的坐标的Z{0}值：\r", p+1);string w = Console.ReadLine();arr2[p , 2] = (double)Convert.ToSingle(w);}//确定外方位元素的初始值//1.确定Xs的初始值：double Xs0 = 0;double sumx = 0;for (int j = 0; j < n; j++){double h = arr2[j, 0];sumx += h;}Xs0 = sumx / n;//2.确定Ys的初始值：double Ys0 = 0;double sumy = 0;for (int j = 0; j < n; j++){double h = arr2[j, 1];sumy += h;}Ys0 = sumy / n;//3.确定Zs的初始值：double Zs0 = 0;double sumz = 0;for (int j = 0; j <= n - 1; j++){double h = arr2[j, 2];sumz += h;}Zs0 = sumz / n;doubleΦ0 = 0;doubleΨ0 = 0;double K0 = 0;Console.WriteLine("Xs0,Ys0,Zs0,Φ0,Ψ0,K0的值分别是：{0},{1},{2},{3},{4},{5}", Xs0, Ys0, Zs0, 0, 0, 0);//用三个角元素的初始值按（3-4-5）计算各方向余弦值，组成旋转矩阵,此时的旋转矩阵为单位矩阵I：double[,] arr3 = new double[3, 3];for (int i = 0; i < 3; i++)arr3[i, i] = 1;}double a1 = arr3[0, 0]; double a2 = arr3[0, 1]; double a3 = arr3[0, 2];double b1 = arr3[1, 0]; double b2 = arr3[1, 1]; double b3 = arr3[1, 2];double c1 = arr3[2, 0]; double c2 = arr3[2, 1]; double c3 = arr3[2, 2];/*利用线元素的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程（3-5-2），* 逐点计算像点坐标的近似值*///1.定义存放像点近似值的数组double[] arr4 = new double[2 * n];//----------近似值矩阵//2.逐点像点坐标计算近似值//a.计算像点的x坐标近似值（x）for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){for (int j = 0; j < n; j++){arr4[i] = -f * (a1 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b1 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c1 * (arr2[j, 2] - Zs0)) / (a3 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b3 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c3 * (arr2[j, 2] - Zs0)); }}//b.计算像点的y坐标近似值（y）for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){for (int j = 0; j < n; j++){arr4[i] = -f * (a2 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b2 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c2 * (arr2[j, 2] - Zs0)) / (a3 * (arr2[j, 0] - Xs0) + b3 * (arr2[j, 1] - Ys0) + c3 * (arr2[j, 2] - Zs0)); }}//逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程：double[,] arr5 = new double[2 * n, 6]; //------------系数矩阵（A）//1.计算dXs的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 0] = -1 / m; //-f/H == -1/m}//2.计算dYs的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 1] = -1 / m; //-f/H == -1/m}//3.a.计算误差方程式Vx中dZs的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2)arr5[i, 2] = -arr1[i] / m * f;}//3.b.计算误差方程式Vy中dZs的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 2] = -arr1[i] / m * f;}//4.a.计算误差方程式Vx中dΦ的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 3] = -f * (1 + arr1[i] * arr1[i] / f * f);}//4.a.计算误差方程式Vy中dΦ的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 3] = -arr1[i - 1] * arr1[i] / f;}//5.a.计算误差方程式Vx中dΨ的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 4] = -arr1[i] * arr1[i + 1] / f;}//5.b.计算误差方程式Vy中dΨ的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 4] = -f * (1 + arr1[i] * arr1[i] / f * f);}//6.a.计算误差方程式Vx中dk的系数for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 5] = arr1[i + 1];}//6.b.计算误差方程式Vy中dk的系数for (int i = 1; i < 2 * n; i += 2){arr5[i, 5] = -arr1[i - 1];}//定义外方位元素组成的数组double[] arr6 = new double[6];//--------------------外方位元素改正数矩阵（X）//定义常数项元素组成的数组double[] arr7 = new double[2 * n];//-----------------常数矩阵（L）//计算lx的值for (int i = 0; i < 2 * n; i += 2)arr7[i] = arr1[i] - arr4[i]; //将近似值矩阵的元素代入}//计算ly的值for (int i = 1; i <= 2 * (n - 1); i += 2){arr7[i] = arr1[i] - arr4[i]; //将近似值矩阵的元素代入}/* 对于所有像点的坐标观测值，一般认为是等精度量测，所以权阵P为单位阵.所以X=(ATA)-1ATL *///1.计算ATdouble[,] arr5T = new double[6, 2 * n];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 2 * n; j++){arr5T[i, j] = arr5[j, i];}}//A的转置与A的乘积,存放在arr5AA中double[,] arr5AA = new double[6, 6];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 6; j++){arr5AA[i, j] = 0;for (int l = 0; l < 2 * n; l++){arr5AA[i, j] += arr5T[i, l] * arr5[l, j];}}}nijuzhen(arr5AA);//arr5AA经过求逆后变成原矩阵的逆矩阵//arr5AA * arr5T存在arr5AARATdouble[,] arr5AARAT = new double[6, 2 * n];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 2 * n; j++){arr5AARAT[i, j] = 0;for (int p = 0; p < 6; p++){arr5AARAT[i, j] += arr5AA[i, p] * arr5T[p, j];}}}//计算arr5AARAT x L，存在arrX中double[] arrX = new double[6];for (int i = 0; i < 6; i++){for (int j = 0; j < 1; j++){arrX[i] = 0;for (int vv = 0; vv < 6; vv++){arrX[i] += arr5AARAT[i, vv] * arr7[vv];}}}//计算外方位元素值double Xs, Ys, Zs, Φ, Ψ, K;Xs = Xs0 + arrX[0];Ys = Ys0 + arrX[1];Zs = Zs0 + arrX[2];Φ = Φ0 + arrX[3];Ψ = Ψ0 + arrX[4];K = K0 + arrX[5];for (int i = 0; i <= 2; i++){Xs += arrX[0];Ys += arrX[1];Zs += arrX[2];Φ += arrX[3];Ψ += arrX[4];K += arrX[5];}Console.WriteLine("Xs,Ys,Zs,Φ,Ψ,K的值分别是：{0},{1},{2},{3},{4},{5}", Xs0, Ys0, Zs0, Φ, Ψ, K);Console.Read();}//求arr5AA的逆矩public static double[,] nijuzhen(double[,] a) {double[,] B = new double[6, 6];int i, j, k;int row = 0;int col = 0;double max, temp;int[] p = new int[6];for (i = 0; i < 6; i++){p[i] = i;B[i, i] = 1;}for (k = 0; k < 6; k++){//找主元max = 0; row = col = i;for (i = k; i < 6; i++){for (j = k; j < 6; j++){temp = Math.Abs(a[i, j]);if (max < temp){max = temp;row = i;col = j;}}}//交换行列，将主元调整到k行k列上if (row != k){for (j = 0; j < 6; j++){temp = a[row, j];a[row, j] = a[k, j];a[k, j] = temp;temp = B[row, j];B[row, j] = B[k, j];B[k, j] = temp;i = p[row]; p[row] = p[k]; p[k] = i; }if (col != k){for (i = 0; i < 6; i++){temp = a[i, col];a[i, col] = a[i, k];a[i, k] = temp;}}//处理for (j = k + 1; j < 6; j++){a[k, j] /= a[k, k];}for (j = 0; j < 6; j++){B[k, j] /= a[k, k];a[k, k] = 1;}for (j = k + 1; j < 6; j++){for (i = 0; j < k; i++){a[i, j] -= a[i, k] * a[k, j];}for (i = k + 1; i < 6; i++){a[i, j] -= a[i, k] * a[k, j];}}for (j = 0; j < 6; j++){for (i = 0; i < k; i++){B[i, j] -= a[i, k] * B[k, j];}for (i = k + 1; i < 6; i++){B[i, j] -= a[i, k] * B[k, j];}for (i = 0; i < 6; i++) {a[i, k] = 0;a[k, k] = 1;}}//恢复行列次序for (j = 0; j < 6; j++){for (i = 0; i < 6; i++) {a[p[i], j] = B[i, j]; }}for (i = 0; i < 6; i++){for (j = 0; j < 6; j++) {a[i, j] = a[i, j];}}return a;}4．实验结果四．实验总结此次实验让我深入了解单像空间后方交会的计算过程，加强了对空间后方交会基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆。
摄影测量后方交会
单张相片后方交会目录●作业任务 (3)●解算原理 (3)●具体过程 (4)●算法描述及程序流程 (4)●计算结果 (7)●结果分析 (8)●心得体会及建议 (8)●参考文献 (9)一，作业任务已知摄影机主距f=153.24mm，四对点的像点坐标与相应地面坐标列入下表：表1-1计算近似垂直摄影情况下后方交会解。
二，解算原理【关键词1】中心投影构像方程在摄影测量学中，最重要的方程就是中心投影构像方程（图2-1）。
这个方程将地面点在地面摄影测量坐标系中的坐标（物方坐标）和地面点对应像点的像平面坐标联系起来。
在解析摄影测量与数字摄影测量中是极其有用的。
在以后将要学习到的双像摄影测量光束法、解析测图仪原理及数字影像纠正等都要用到该式。
图2-1在上述公式中：x和y分别为以像主点为原点的像点坐标，相应地面点坐标为X,Y,Z，相片主距f以及外方位元素Xs，Ys，Zs，ψ，ω，κ。
而在此次作业中，就是已知四个地面控制点的坐标以及其对应的像点坐标，通过间接平差原理来求解此张航片的外方位元素。
【关键词2】间接平差在一个平差问题中，当所选的独立参数X的个数等于必要观测值t时，可将每个观测值表达成这t个参数的函数，组成观测方程，然后依据最小二乘原理求解，这种以观测方程为函数模型的平差方法，就是间接平差方法间接平差的函数模型为：随机模型为：平差准则为：VtPV=min【关键词3】单像空间后方交会利用至少三个已知地面控制点的坐标A（Xa，Ya，Za）、B（Xb，Yb，Zb）、Z（Xc，Yc，Zc），与其影像上对应的三个像点的影像坐标a（xa，ya）、b（xb，yb）、c（xc，yc），根据共线方程，反求该像点的外方位元素Xs，Ys，Zs，ψ，ω，κ。
这种解算方法是以单张像片为基础，亦称单像空间后方交会。
在此次作业中，就是已知四个控制点在地面摄影测量坐标系中的坐标和对应的像点坐标。
由此可以列出8个误差方程，存在两个多余观测数，则n=2。
简述单像空间后方交会的程序设计步骤
简述单像空间后方交会的程序设计步骤摘要：一、单像空间后方交会概念阐述二、单像空间后方交会程序设计目的三、单像空间后方交会程序设计步骤1.数据准备2.建立中心投影几何模型3.求解像片外方位元素4.评定精度四、实验意义及能力培养正文：单像空间后方交会是一种基于摄影测量原理的算法，通过计算影像的外方位元素，实现对影像的定位和测量。
在已知地面上若干点的地面坐标和对应像点的像片坐标的情况下，利用共线条件方程求解像片外方位元素。
以下详细介绍单像空间后方交会的程序设计步骤：一、单像空间后方交会概念阐述单像空间后方交会是指在影像覆盖范围内，根据一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素的过程。
它是摄影测量中一种基础的算法，为后续复杂算法的演进提供了基础。
二、单像空间后方交会程序设计目的单像空间后方交会程序设计的目的是让学生深入理解单片空间后方交会的原理，通过上机调试程序加强动手能力的培养，通过对实验结果的分析，增强学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。
三、单像空间后方交会程序设计步骤1.数据准备：已知航摄仪的内方位元素，摄影比例尺，以及地面控制点的地面坐标和对应像点的像片坐标。
2.建立中心投影几何模型：根据针孔相机模型，建立中心投影的几何模型，包括物空间坐标系、像空间坐标系和摄影坐标系。
3.求解像片外方位元素：利用共线条件方程，通过最小二乘平差方法求解像片的外方位元素。
4.评定精度：根据实验数据，评定求解得到的像片外方位元素的精度。
四、实验意义及能力培养单像空间后方交会实验有助于学生掌握摄影测量基本原理，了解单像空间后方交会的计算过程，提高动手实践能力。
通过实验，学生可以深入理解线性代数和微分学在摄影测量中的应用，为后续学习提供更扎实的基础。
此外，实验还可以培养学生的解决问题的能力和综合运用所学知识的能力，为未来从事相关领域工作打下坚实基础。
综上所述，单像空间后方交会是一种重要的摄影测量方法，通过程序设计实现对影像的定位和测量。
摄影测量学 空间前方后方交会
地球科学与环境工程学院实验报告书一实习任务在LPS中采集4个控制点及两个检查点的像平面坐标及其对应物方坐标；编写空间后方前方交会的程序，利用该程序计算出相片的外方位元素，并且利用内外方位元素解算出两个检查点的物方坐标，并与LPS工作站上的对应坐标相比较。
二实验原理前方交会数学模型及公式后方交会数学模型，公式计算时使用迭代计算附源代码三实验思路及步骤利用后方交会得出两张像片各自的外方位元素1)获取已知数据：从摄影资料中插曲像片比例尺、平均航高、内方位元素以及控制点的地面摄影测量坐标及对应的像点坐标。
2)确定未知数的初始值：在竖直摄影的情况下，胶原素的初始值为0，线元素其中Zs=m*f+∑Z 41，Xs=∑X 41，Ys=∑Z 41。
3) 计算旋转矩阵R 。
4) 逐点计算像点坐标的近似值：利用共线方程。
5) 组成误差方程并法化。
6) 解求外方位元素。
7) 检查计算是否收敛。
利用解求出的外方位元素进行前方交会1) 用各自像片的角元素计算出左右像片的旋转矩阵R1和R2。
2) 根据左右像片的外方位元素计算摄影基线分量Bx,By ，Bz 。
3) 逐点计算像点的空间辅助坐标。
4) 计算投影系数。
5) 计算未知点的地面摄影测量坐标。
6) 重复以上步骤完成所有点的地面坐标的计算。
四 程序框图后方交会程序框图五计算成果由四个地面控制点求出相片外方位元素的解航向倾角：-0.00398694旁向倾角：0.00211388相片旋角：-0.067578两检查点物方坐标分别为：2001 160.561 2127.272 2002 2031.232 2185.930Point ID rX rY rZ2001 -0.8600 -2.8281 1683.90242002 1.4830 -0.0987 2.31812001 670969.5900 114812.4019 1883.9024 22002 671410.2130 123166.4213 1986.0801 2误差：2001 +0.000231 -0.000729 +0.0010822002 -0.000196 -0.000238 +0.000374六心得体会通过本次实习，对于LPS有了更深的了解，操作上也更加熟练，同时在翻译操作手册的工程中，对本专业设计到的某些词汇有了初步的掌握在编写后方交会的程序过程中，对空间后方-前方交会的算法认识的更加深刻，对迭代计算的步骤也更加熟悉。
摄影测量实验报告(空间后方交会—前方交会)
空间后方交会—空间前方交会程序编程实验一．实验目的要求掌握运用空间后方交会-空间前方交会求解地面点的空间位置.学会运用空间后方交会的原理，根据所给控制点的地面摄影测量坐标系坐标以及相应的像平面坐标系中的坐标，利用计算机编程语言实现空间后方交会的过程，完成所给像对中两张像片各自的外方位元素的求解。
然后根据空间后方交会所得的两张像片的内外方位元素，利用同名像点在左右像片上的坐标，求解其对应的地面点在摄影测量坐标系中的坐标，并完成精度评定过程，利用计算机编程语言实现此过程.二．仪器用具计算机、编程软件(MATLAB）三．实验数据实验数据包含四个地面控制点（GCP）的地面摄影测量坐标及在左右像片中的像平面坐标。
此四对坐标运用最小二乘法求解左右像片的外方位元素，即完成了空间后方的过程.另外还给出了5对地面点在左右像片中的像平面坐标和左右像片的内方位元素。
实验数据如下：内方位元素：f=152。
000mm，x0=0，y0=0 四．实验框图此过程完成空间后方交会求解像片的外方位元素，其中改正数小于限差（0。
00003，相当于0。
1'的角度值)为止。
在这个过程中采用迭代的方法，是外方位元素逐渐收敛于理论值,每次迭代所得的改正数都应加到上一次的初始值之中。
在空间后方交会中运用的数学模型为共线方程确定Xs，Ys，Zs的初始值时，对于左片可取地面左边两个GCP的坐标的平均值作为左片Xs 和Ys的初始值，取右边两个GCP的坐标平均值作为右片Xs 和Ys的初始值。
Zs可取地面所有GCP的Z坐标的平均值再加上航高.空间前方交会的数学模型为：五．实验源代码function Main_KJQHFJH（）global R g1 g2 m G a c b1 b2;m=10000；a=5;c=4；feval（＠shuru)；％调用shuru(）shurujcp（)函数完成像点及feval（＠shurujcp)；%CCP有关数据的输入XYZ=feval（＠MQZqianfangjh）; %调用MQZqianfangjh（）函数完成空间前方、%%%％%% 单位权中误差％%%％%后方交会计算解得外方位元素global V1 V2；%由于以上三个函数定义在外部文件中故需VV=[］; ％用feval（）完成调用过程for i=1:2＊cVV(i)=V1（i)；VV(2*i+1）=V2(i)；endm0=sqrt（VV＊（VV’)/（2＊c-6））；disp('单位权中误差m0为正负：’）；disp(m0）; ％计算单位权中误差并将其输出显示输入GCP像点坐标及地面摄影测量坐标系坐标的函数和输入所求点像点坐标函数：function shurujcp（)global c m;m=input（’摄影比例尺:')；%输入GCP像点坐标数据函数并分别将其c=input（'GCP的总数=')；％存入到不同的矩阵之中disp（'GCP左片像框标坐标：')；global g1;g1=zeros（c，2）;i=1;while i<=cm=input('x='）；n=input（'y='）;g1(i，1)=m;g1（i，2)=n；i=i+1；enddisp('GCP右片像框标坐标：’);global g2；g2=zeros(c,2);i=1;while i〈=cm=input（'x=’）;n=input('y=’）;g2（i，1)=m；g2（i，2）=n;i=i+1;end％%%%％%%%%%%%%％％%%％％%％％％％%％%%％％%%％％%％％%%％% function shuru（)global a；a=input（'计算总像对点数='); %完成想计算所需的像平面坐标global b1；％坐标输入,存入不同的矩阵中b1=zeros(a,2)；disp('左片像点坐标：'）i=1；while i〈=am=input（'x=’）；n=input(’y=’);b1(i，1)=m；b1（i,2)=n;i=i+1;end%%global b2;b2=zeros（a,2）；disp（’右片像点坐标：')i=1;while i〈=am=input('x=’）;n=input（'y=’）；b2(i,1）=m；b2(i,2)=n；i=i+1;end％%global c;c=input(’GCP的总数='）；disp('GCP摄影测量系坐标：’)global G;G=zeros(3,c)；i=1；while i〈=cm=input（’X='）;n=input(’Y='）;v=input（’Z=')；G(i，1）=m;G（i，2)=n;G（i,3)=v；i=i+1;end %%％％％％%%％%%%%%%％％％％％％％％%%％％%％%%%％％%%%空间前方交会和后方交会函数:function XYZ=MQZqianfangjh（）global R1 R2 a f b1 b2 Ra Rb；global X1 X2;R1=Ra；R2=Rb;R1=zeros（3,3）;R2=zeros（3,3)；global g1 g2 G V1 V2 V WF c QXX QXX1 QXX2；xs0=（G（1，1)+G(3,1))/2；ys0=（G（1，2）+G(3，2)）/2;［Xs1，Ys1，Zs1,q1,w1，k1 R]=houfangjh(g1，xs0,ys0）；％对左片调用后方交会函数R1=R；V1=V；WF1=WF;QXX1=QXX;save '左片外方位元素为。
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摄影测量后方交会程序（c/c++）输入数据截图：结果截图：程序源代码（其中的矩阵求逆在前面已经有了，链接）：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <math.h>const double PRECISION=1e-5;typedef double DOUBLE[5];int InputData(int &Num, DOUBLE *&Data,double &m,double &f);int Resection(const int &Num,const DOUBLE *&Data,const double &m,const double &f); int InverseMatrix(double *matrix,const int &row);int main(int argc, char* argv[]){DOUBLE *Data=NULL;int Num;double f(0),m(0);if(InputData(Num,Data,m,f)){if (Data!=NULL){delete []Data;}return 1;}if(Resection(Num,Data,m,f)){if (Data!=NULL){delete []Data;}return 1;}if (Data!=NULL){delete []Data;}printf("解算完毕...\n");do{printf("计算结果保存于\"结果.txt\"文件中\n""请选择操作（输入P打开结果数据，R打开原始数据，其它退出程序）："); fflush(stdin); //刷新输入流char order=getchar();if ('P'==order || 'p'==order){system("结果.txt");}else if ('R'==order || 'r'==order){system("data.txt");}elsebreak;system("cls");}while(1);system("PAUSE");return 0;}/***********************************************函数名：InputData*函数介绍：从文件（data.txt）中读取数据,*文件格式如下：*点数 m(未知写作0)* 内方位元素(f x0 y0)*编号 x y X Y Z*下面是一个实例：4 0153.24 0 01 -86.15 -68.99 36589.41 25273.32 2195.172 -53.40 82.21 37631.08 31324.51 728.693 -14.78 -76.63 39100.97 24934.98 2386.504 10.46 64.43 40426.54 30319.81 757.31*参数：(in/out)Num(点数)，*(in/out)Data(存放数据),m,f,x0,y0*返回值：int ，0成功，1文件打开失败，2控制点个*数不足，3文件格式错误*作者：vcrs*完成时间：09-10-4**********************************************/int InputData(int &Num, DOUBLE *&Data,double &m,double &f) {double x0,y0;FILE *fp_input;if (!(fp_input=fopen("data.txt","r"))){return 1;}fscanf(fp_input,"%d%lf",&Num,&m);if (Num<4){return 2;}fscanf(fp_input,"%lf%lf%lf",&f,&x0,&y0);f/=1000;if (m<0 || f<0){return 3;}Data=new DOUBLE[Num];double *temp= new double[Num-1];double scale=0;int i;for (i=0;i<Num;i++){//读取数据，忽略编号if(fscanf(fp_input,"%*d%lf%lf%lf%lf%lf",&Data[i][0],&Data[i][1],&Data[i][2],&Data[i][3],&Data[i][4])!=5){return 3;}//单位换算成mData[i][0]/=1000.0;Data[i][1]/=1000.0;}//如果m未知则归算其值if (0==m){for (i=0;i<Num-1;i++){temp[i]=(Data[i][2]-Data[i+1][2])/(Data[i][0]-Data[i+1][0])+ (Data[i][3]-Data[i+1][3])/(Data[i][1]-Data[i+1][1]);scale+=temp[i]/2.0;}m=scale/(Num-1);}fclose(fp_input);delete []temp;return 0;}/***********************************************函数名：MatrixMul*函数介绍：求两个矩阵的积,*参数：Jz1(第一个矩阵),row(第一个矩阵行数),*Jz2(第二个矩阵),row(第二个矩阵列数),com(第一个*矩阵列数),(out)JgJz(存放结果矩阵)*返回值：void*作者：vcrs*完成时间：09-10-4**********************************************/void MatrixMul(double *Jz1,const int &row,double *Jz2,const int &line,const int &com,double *JgJz){for (int i=0;i<row;i++){for (int j=0;j<line;j++){double temp=0;for (int k=0;k<com;k++){temp+=*(Jz1+i*com+k)*(*(Jz2+k*line+j));}*(JgJz+i*line+j)=temp;}}}/***********************************************函数名：OutPut*函数介绍：向结果.txt文件输出数据*参数：Q协因数阵，m精度，m0单位权中误差，6个外*方位元素，旋转矩阵*返回值：int，0成功，1失败*作者：vcrs*完成时间：09-10-4**********************************************/int OutPut(const double *&Q,const double *&m,const double &m0, const double &Xs,const double &Ys,const double &Zs,const double &Phi,const double &Omega,const double &Kappa,const double *R){FILE *fp_out;if (!(fp_out=fopen("结果.txt","w"))){return 1;}FILE *fp_input;if (!(fp_input=fopen("data.txt","r"))){return 1;}fprintf(fp_out,"**************************************""**************************************""**************************************""*********************************\n");fprintf(fp_out,"\n空间后方交会程序(C\\C++)\n遥感信息工程学院\n班级：" "00000\n学号：0000000\n姓名：vcrs\n\n");fprintf(fp_out,"**************************************""**************************************""**************************************""*********************************\n");fprintf(fp_out,"已知数据：\n\n已知点数：");int num;double temp,x,y;fscanf(fp_input,"%d%lf",&num,&temp);fprintf(fp_out,"%d\n",num);fprintf(fp_out,"摄影比例尺（0表示其值位置）：");fprintf(fp_out,"%10.0lf\n",temp);fprintf(fp_out,"内方位元素(f x0 y0)：");fscanf(fp_input,"%lf%lf%lf",&temp,&x,&y);fprintf(fp_out,"%10lf\t%10lf\t%10lf\n",temp,x,y);for (int i=0;i<num;i++){double temp[5];fscanf(fp_input,"%*d%lf%lf%lf%lf%lf",&temp[0],&temp[1],&temp[2],&temp[3],&temp[4]);fprintf(fp_out,"%3d\t%10lf\t%10lf\t%10lf\t%10lf\t%10lf\n", i+1,temp[0],temp[1],temp[2],temp[3],temp[4]);}fclose(fp_input);fprintf(fp_out,"**************************************" "**************************************""**************************************""*********************************\n");fprintf(fp_out,"计算结果如下：\n\n外方位元素：\n");fprintf(fp_out,"\tXs=%10lf\n",Xs);fprintf(fp_out,"\tYs=%10lf\n",Ys);fprintf(fp_out,"\tZs=%10lf\n",Zs);fprintf(fp_out,"\tPhi=%10lf\n",Phi);fprintf(fp_out,"\tOmega=%10lf\n",Omega);fprintf(fp_out,"\tKappa=%10lf\n\n",Kappa);fprintf(fp_out,"旋转矩阵：\n");for (i=0;i<3;i++){fprintf(fp_out,"\t");for (int j=0;j<3;j++){fprintf(fp_out,"%10lf\t",*(R+i*3+j));}fprintf(fp_out,"\n");}fprintf(fp_out,"\n单位权中误差：%10lf\n\n",m0);fprintf(fp_out,"协因数阵：\n");for (i=0;i<6;i++){fprintf(fp_out,"\t");for (int j=0;j<6;j++){fprintf(fp_out,"%20lf\t",*(Q+i*6+j));}fprintf(fp_out,"\n");}fprintf(fp_out,"\n外方位元素精度：");for (i=0;i<6;i++){fprintf(fp_out,"%10lf\t",m[i]);}fprintf(fp_out,"\n");fprintf(fp_out,"**************************************""**************************************""**************************************""*********************************\n");fclose(fp_out);return 0;}/***********************************************函数名：Resection*函数介绍：计算*参数：Num(点数)，Data(数据)，m,,f(焦距),x0,y0*返回值：int，0成功，其它失败*作者：vcrs*完成时间：09-10-4**********************************************/int Resection(const int &Num,const DOUBLE *&Data,const double &m, const double &f){double Xs=0,Ys=0,Zs=0;int i,j;//设置初始值for (i=0;i<Num;i++){Xs+=Data[i][2];Ys+=Data[i][3];}Xs/=Num;Ys/=Num;Zs=m*f;double Phi(0),Omega(0),Kappa(0);double R[3][3]={0.0};double *L=new double[2*Num];typedef double Double6[6];Double6 *A=new Double6[2*Num];double *AT=new double[2*Num*6];double *ATA=new double[6*6];double *ATL=new double[6];double *Xg=new double[6];//迭代计算do{//旋转矩阵R[0][0]=cos(Phi)*cos(Kappa)-sin(Phi)*sin(Omega)*sin(Kappa); R[0][1]=-cos(Phi)*sin(Kappa)-sin(Phi)*sin(Omega)*cos(Kappa); R[0][2]=-sin(Phi)*cos(Omega);R[1][0]=cos(Omega)*sin(Kappa);R[1][1]=cos(Omega)*cos(Kappa);R[1][2]=-sin(Omega);R[2][0]=sin(Phi)*cos(Kappa)+cos(Phi)*sin(Omega)*sin(Kappa);R[2][1]=-sin(Phi)*sin(Kappa)+cos(Phi)*sin(Omega)*cos(Kappa); R[2][2]=cos(Phi)*cos(Omega);for (i=0;i<Num;i++){double X=R[0][0]*(Data[i][2]-Xs)+R[1][0]*(Data[i][3]-Ys)+R[2][0]*(Data[i][4]-Zs);double Y=R[0][1]*(Data[i][2]-Xs)+R[1][1]*(Data[i][3]-Ys)+R[2][1]*(Data[i][4]-Zs);double Z=R[0][2]*(Data[i][2]-Xs)+R[1][2]*(Data[i][3]-Ys)+R[2][2]*(Data[i][4]-Zs);double xxx,yyy;xxx=-f*X/Z;yyy=-f*Y/Z;//常数项L[2*i]=Data[i][0]-(-f*X/Z);L[2*i+1]=Data[i][1]-(-f*Y/Z);A[2*i][0]=(R[0][0]*f+R[0][2]*(xxx))/Z;A[2*i][1]=(R[1][0]*f+R[1][2]*(xxx))/Z;A[2*i][2]=(R[2][0]*f+R[2][2]*(xxx))/Z;A[2*i][3]=(yyy)*sin(Omega)-(((xxx)/f)*((xxx)*cos(Kappa)-(yyy)*sin(Kappa))+f*cos(Kappa))*cos(Omega);A[2*i][4]=-f*sin(Kappa)-((xxx)/f)*((xxx)*sin(Kappa)+(yyy)*cos(Kappa));A[2*i][5]=(yyy);A[2*i+1][0]=(R[0][1]*f+R[0][2]*(yyy))/Z;A[2*i+1][1]=(R[1][1]*f+R[1][2]*(yyy))/Z;A[2*i+1][2]=(R[2][1]*f+R[2][2]*(yyy))/Z;A[2*i+1][3]=-(xxx)*sin(Omega)-(((yyy)/f)*((xxx)*cos(Kappa)-(yyy)*sin(Kappa))-f*sin(Kappa))*cos(Omega);A[2*i+1][4]=-f*cos(Kappa)-((yyy)/f)*((xxx)*sin(Kappa)+(yyy)*cos(Kappa));A[2*i+1][5]=-(xxx);}//求矩阵A的转置矩阵ATfor (i=0;i<2*Num;i++){for (j=0;j<6;j++){*(AT+j*2*Num+i)=A[i][j];}}//求ATAMatrixMul(AT,6,&A[0][0],6,2*Num,ATA);if(InverseMatrix(ATA,6))return 1;MatrixMul(AT,6,L,1,2*Num,ATL);MatrixMul(ATA,6,ATL,1,6,Xg);Xs+=Xg[0];Ys+=Xg[1];Zs+=Xg[2];Phi+=Xg[3];Omega+=Xg[4];Kappa+=Xg[5];} while(fabs(Xg[0])>=PRECISION ||fabs(Xg[1])>=PRECISION || fabs(Xg[2])>=PRECISION ||fabs(Xg[3])>=PRECISION ||fabs(Xg[4])>=PRECISION || (Xg[5])>=PRECISION);//注：协因数阵，旋转矩阵等计算本应该使用最后外方位元素值，//由于变换很小忽略double *Q=ATA;double *V=new double[2*Num];MatrixMul(&A[0][0],2*Num,Xg,1,6,V);double VTV=0;for(i=0;i<2*Num;i++){V[i]-=L[i];VTV+=V[i]*V[i];}double m0=sqrt(VTV/(2*Num-6));double *mm=new double[6];for (i=0;i<6;i++){mm[i]=sqrt(*(Q+i*6+i))*m0;}OutPut(Q,mm,m0,Xs,Ys,Zs,Phi,Omega,Kappa,&R[0][0]);delete []L;delete []A;delete []AT;delete []ATA;delete []ATL;delete []Xg;delete []mm;delete []V;return 0;}void swap(double &a,double &b){double temp=a;a=b;b=temp;}/********************************************** *函数名：InverseMatrix*函数介绍：求矩阵的逆（高斯-约当法）*输入参数：(in/out)matrix（矩阵首地址），*（in）row（矩阵阶数）*输出参数：matrix（原矩阵的逆矩阵）*返回值：int ，0成功，1失败*调用函数：swap(double&,double&)*作者：vcrs*完成时间：09-10-4**********************************************/ int InverseMatrix(double *matrix,const int &row) {double *m=new double[row*row];double *ptemp,*pt=m;int i,j;ptemp=matrix;for (i=0;i<row;i++){for (j=0;j<row;j++){*pt=*ptemp;ptemp++;pt++;}}int k;int *is=new int[row],*js=new int[row];for (k=0;k<row;k++){double max=0;//全选主元//寻找最大元素for (i=k;i<row;i++){for (j=k;j<row;j++){if (fabs(*(m+i*row+j))>max){max=*(m+i*row+j);is[k]=i;js[k]=j;}}}if (0 == max){return 1;}//行交换if (is[k]!=k){for (i=0;i<row;i++){swap(*(m+k*row+i),*(m+is[k]*row+i)); }}//列交换if (js[k]!=k){for (i=0;i<row;i++){swap(*(m+i*row+k),*(m+i*row+js[k])); }}*(m+k*row+k)=1/(*(m+k*row+k));for (j=0;j<row;j++){if (j!=k){*(m+k*row+j)*=*((m+k*row+k));}}for (i=0;i<row;i++){if (i!=k){for (j=0;j<row;j++){if(j!=k){*(m+i*row+j)-=*(m+i*row+k)**(m+k*row+j); }}}}for (i=0;i<row;i++){if(i!=k){*(m+i*row+k)*=-(*(m+k*row+k));}}}int r;//恢复行列for (r=row-1;r>=0;r--){if (js[r]!=r){for (j=0;j<row;j++){swap(*(m+r*row+j),*(m+js[r]*row+j)); }}if (is[r]!=r){for (i=0;i<row;i++){swap(*(m+i*row+r),*(m+i*row+is[r])); }}}ptemp=matrix;pt=m;for (i=0;i<row;i++){for (j=0;j<row;j++){*ptemp=*pt;ptemp++;pt++;}}delete []is;delete []js;delete []m;return 0;}。