时间：2023-01-24 15:20:23
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇摄影测量技术论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
【关键词】三维建模；三维空间模型；人机交互；摄影测量；三维点云
1、引言
随着数字采集技术的不断发展以及“数字地球”、“数字城市”概念的不断深化，人们已不再满足于传统二维手段描述的三维信息，目前三维模型已成为继图像、声音和视频之后的第四种多媒体数据类型[1]，物体的表现形式也逐渐从二维表示向三维自动化建模的方向过渡。
目前实现三维建模的方法大致有以下几种：一是直接利用三维建模软件，如计算机辅助设计软件（AutoCAD）、三维动画渲染和制作软件（3D Studio Max）等工具人机交互式三维建模；二是直接利用GIS的二维数据和高度信息建立三维模型，但这种方法只局限于规则对象的建模；三是基于数字摄影测量原理对物体快速建模。随着数据采集技术的不断发展和自动化，根据三维激光点云数据自动构建三维模型正成为研究的热点。本文对现今常用的地物建模方法进行比较分析，总结出了各种建模方法的特点。
2、三维建模方法
本文以校园中建筑物为建模对象，分别通过以下3种常用的建模方法进行三维模型重建：基于AutoCAD的人机交互式建模、基于扫描点云的建模、基于近景摄影测量的建模。
2.1 基于AutoCAD的人机交互式建模
对于几何形体相对规则的建筑，常规使用免棱镜电子全站仪对建筑物构件的三维特征点进行散点式数据采集。本文采集数据同时采用“四位编码法”对特征点编码[2]，并按建筑构件分类分层存储。绘图时根据特征点编码结合测绘顺序在CAD中编写LISP程序对建筑物实现自动展点和自动连线生成线框图。以同济大学某学生宿舍为例，在CAD中连线后的线框图见图1（a），图中3个蓝点为门上3个特征点，这些点不同时位于门所确定的竖直面内。可见三维绘图不是实测点位的简单连线或修补，需以实测点位为基础，综合考虑建筑的施工、形变和测量误差及建筑特性，采用拟合的方法对线框图进行局部处理，最后构建三维实体，如图1（b）所示。
（a）门窗的4个图元不共面
（b）构建后的实体效果
图1 绘制步骤及效果
此外，游天[3]等人利用对象三视图为底图在三维制作软件中直接建模，并将三面图对模型进行纹理映射提高模型的真实度。本文也以学校校门为例对此方法进行了验证，实验证明该方法构建的三维实体模型精度也能满足一般要求。
2.2基于扫描点云的建模
对于不规则物体，全站仪则显得无能为力了。三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，应运而生的模型自动化重建技术愈来愈受到重视。目前基于扫描点云的建模一般流程可概括为点云的获取、表面重建、点云的处理与建模三个阶段。以校园某建筑为例具体实验步骤如下：
（1）点云数据获取。本实验采用Leica C10对某楼进行扫描测量，根据该楼的轮廓特征和实际扫描范围等影响因子，本次测量共设16站。
（2）点云数据预处理
为了给建模阶段提供较理想的点云数据，需对原始点云数据进行点云拼接、去噪、采样等预处理。点云数据预处理既可通过算法[4] [5] [6] [7] [8] [9]实现，也可以通过扫描仪配套软件如Cyclone、Faro Scene等完成。这一步操作十分重要，是决定后续数据质量好坏和执行效率的关键。
（3）点云数据建模
目前，对建筑物点云数据模型重建的研究多数从两个方面展开：一方面提取建筑物的边界特征，以特征为约束构建三维实体模型；另一方面是直接对点云数据网格化，建立拓扑关系，进行表面重建和优化。本实验采用点云数据分割、曲面拟合以及交互组合的方法来实现建筑物对象的三维建模。建模步骤大致可分类以下三大步：
a）海量散乱点云数据分割
点云分割是为下阶段精细建模做准备。本文根据空间点的邻域关系估算点与点间的拓扑关系，将建筑模型分割为平整墙面、屋顶和附件几大区域。
b）分割部分精细建模
自动识别提取点云数据特征，并以此特征为约束迭代拟合模型，在此基础上构建三角网格。
c）模型拼接
根据模型间的特征及法矢拼接相邻模型，对拼接后的两模型公共区域部分的三角网进行裁剪、检查以及模型修补和优化。
综合以上步骤，基于点云数据建成的三维模型效果如图2所示。
图2 文远楼三维模型
2.3基于近景摄影测量的建模
本实验摄影采用的是非量测型相机，以同济大学某建筑正门为例，根据近景摄影测量原理构建三维模型的流程步骤如下：
（1）影像采集。以多摄站正直环绕摄影方式用普通相机对大礼堂进行摄影，共布设8个摄站。图3为正门前的观测示意图，其中S1、S2为两个观测站，J1～J4分别为正门前4根柱子上粘贴的4个人工标志。
图3 现场观测图
（2）坐标解算。考虑到非量测数码相机的内、外方位元素的初始近似值未知以及像点、摄影中心、相应地物点间的不共线，需使用加入像点坐标改正数（本实验仅考虑物镜辐射方向的光学畸变改正数）的直接线性变换解法，建立像点坐标与相应物点空间坐标之间的线性关系。
（1）
式中，）为像片上以任意点为原点的像点坐标，为点的物方空间坐标，L1～L11为11个变换参数。
（3）绘制实体
在相片上采集一定密度的特征点并解算该特征点的三维坐标，反向投影到三维空间后借助三维绘图软件展绘建筑上的特征点，增补遗漏点，并利用计算机视觉技术构建一个线框和几何实体模型。图4为绘制的建筑前门线框模型。
图4 前门构建线框图
3、三维建模方法对比分析
基于人机交互的建模、基于扫描点云和基于摄影测量的建模这三种建模方法都是基于测量的建模方式，都需要以外业采集的三维坐标数据为基础进行建模。
基于人机交互的建模方法应用时间较长，技术路线较成熟，国内外研发的许多控制集成建模软件都可以利用基本的几何元素构建复杂的几何场景。这种建模方法灵活，能逼真再现对象的几何结构和表面纹理信息，适合用于对建模效果和细节要求较高的对象。但对于诸如小区、城市这样的大规模场景，如果每个模型都进行精细建模，不仅工作量大、费时费力，而且庞大的数据量也要求计算机硬件具备配套的处理能力，这也成为日后模型调用、管理的一大瓶颈。
基于点云的三维建模方法适用于不规则对象的三维建模，三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，提高了数据采集的精度和效率，获得的点云数据信息量大，包含三维空间信息、颜色属性和反射强度信息，通过一定的算法对点云数据进行处理即可快速构建被测物体的三维模型。这种方法自动化程度高，构建的数字模型不仅精度较高还带有丰富的细节信息。但三维激光扫描在扫描过程中容易产生漏洞，且庞大的点云和数据处理技术也制约了该技术的进一步发展和广泛应用。
基于摄影测量的建模包括近景摄影和相片处理两个过程，且两阶段可独立进行。摄影时可根据测量精度要求选用量测摄影机或非量测摄影机；目前相片处理技术已相对成熟，许多现成的成熟软件和算法可以直接使用。这种方法建模速度快、自动化程度高。但近景摄影测量也存在一定的局限性，例如获取影像时需要布设控制网，这就加大了外业的工作强度；而且影像上灰度变化不明显部位无法获得同名点，这也就制约着三维建模的精度。
4、结论
通过以上的对比分析不难看出，三维模型重建过程中，建模方法和技术路线的选择尤为重要。在实际建模过程中，不要局限于某一种建模方法和技术，应从项目的实际情况出发，分析数据采集方式和数据类型，选择合适的建模方法。一般采集特征点及近景摄影测量技术结合建模软件构建简单建筑等规则对象模型，利用三维激光扫描点云对不规则物体进行精确建模。在实际应用中会遇到或规则或不规则的建筑物（群），需要采用不同的数据采集技术、三维建模方法和可视化工具，因此不同建模方法应相互融合、交织使用。
参考文献：
[1]许敏，张永生.三维实体模型库的设计与实现.微计算机信息.2008，vol.24（3-7）： 207～209
[2]顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学.第四版.上海：同济大学出版社，2011
[3]游天，夏青.三维实体模型的建模技术.测绘科学.2012，vol.37（6）：172～174
[4]高志国.地面三维激光扫描数据处理及建模研究：[博士学位论文].长安：长安大学，2010
尹婷.三维激光扫描数据处理技术的研究：[博士学位论文].武汉：武汉理工大学，2010
[5]杨维国.基于OpenGL在激光扫描数据处理中的应用研究：[博士学位论文].上海：上海交通大学，2010
[6]尹婷.三维激光扫描数据处理技术的研究：[博士学位论文].武汉：武汉理工大学，2010
[7]盛业华，张卡，张凯等.地面三维激光扫描点云的多站数据无缝拼接.中国矿业大学学报.2010，vol.39（2）：233～237
[8]官云兰.地面三维激光扫描数据处理中的若干问题研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2008
[9]施贵刚.地面三维激光扫描数据处理技术及作业方法的研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2010
关键词：摄影测量；数字；测量系统；计算机
中图分类号： J4 文献标识码： A
引言
数字工业摄影测量技术是随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的发展而形成的新兴技术，是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。数字工业摄影测量技术融合了数字近景摄影测量的基本原理、计算机视觉的相关理论、计算机技术、数字图像处理技术、模式识别等学科的理论和方法，利用数字像机获取被测目标的数字影像来得到物体的形态、位置、姿态和运动从而完成对物体的测量。由于该技术利用计算机处理信息，属于非接触性测量技术。具有危险性低、信息容量高、信息易存储、可重复使用、精度高、速度快等优点。因此广泛应用于国民经济、科技研究和国防建设等领域。随着科技的不断向前发展,研究的进一步深入,数字工业摄影测量将向实时近景摄影测量发展,它将成为对非地形目标进行测量的主要手段,并且实时性、全自动源数据获取及仿真虚拟手段的研究将成为应用研究的趋势。
一、数字工业摄影测量技术的发展历程
（一）国外发展历程
早在上世纪60年代，国外就开始了数字工业摄影测量的研究。将摄影测量的相关理论、算法及软硬件逐步应用到工业测量领域，促进了工业的发展。数字工业摄影测量技术快速发展阶段始于90年代，随着计算机技术的快速发展和日益普及，同时工业对高精度摄影测量技术的要求越来越高，工业摄影测量技术逐步进入数字化时代。目前，数字工业摄影测量理论趋于完善，技术趋于成熟。
国外已经有多家公司推出了自己的数字工业摄影测量系统：美国大地测量公司的“V-STARS系统”、挪威Metronor公司的“Metronor系统”和德国Aicon3D公司的“DPA-Pro系统”等。
（二）国内发展历程
国内对数字工业摄影测量的研究开始于70年代。当时，一些研究机构就开始着力于摄影测量技术在工业领域的应用。由于知识的落后和生产水平的限制，该技术仍处于起步阶段，发展较为缓慢。90年代初，随着高精度摄影测量技术的进步，工业摄影测量技术大量应用在冶金、机械、车辆和采矿等工业领域，并且取得了显著的成效。同时，高校及研究机构对有关工业摄影测量技术的国内外相关理论及工程实践进行了研究，并针对数字工业摄影测量技术如何应用在工业测量领域提出了一系列创新理论，形成了一套新的。该阶段为初步发展阶段。数字工业摄影测量技术在理论和应用方面都有新的发展。目前，数字工业摄影测量技术已经进入快速发展阶段。随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的快速发展以及国内工业的飞速发展，许多研究机构引进国外的先进摄影测量技术、吸收新的工业摄影测量理念。 在数字工业摄影测量方面进行了很多的研究及应用工作。
目前，国内数字工业摄影测量产品主要有：天津大学研制的“汽车车轮定位参数激光视觉测量系统”、西安交通大学研制的“大型复杂曲面产品的反求和三维快速检测系统”和武汉大学研究的“Lensphoto”等。
二、数字工业摄影测量的关键技术
数字工业摄影测量技术是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。它属于高精度、大尺度三维坐标测量。为满足以上要求，需要解决以下关键性技术问题。
（一） 高质量影像的获取
获取高质量数字图像是高精度测量的基础之一。数字工业摄影测量技术需要对测量中使用的人工标志及其属性、光源特性、数字像机的设置和与成像质量有关的技术和设备等进行研究。
（二）摄影测量的人工标志
数字工业摄影测量技术使用人工标志作为测量的特征点。工业部件表面通常缺乏丰富、明显的纹理信息，在摄影测量过程中产生的图像，往往缺乏足够的、准确的特征点。为了避免这一不足，数字工业摄影测量中，采用设置人工标志点的方式产生足够数量且对比明显的特征点。发光二极管、投影激光、回光反射标志等均为人工标志点。
（三）圆形人工标志偏心差
在高精度工业摄影测量中，标志中心点定位偏心差是影响测量精度的因素。确定偏心差数学模型以及模型矫正工作有利于提高测量精度。
人工编码标志
使用人工编码标志可以加快测量速度，实现测量的自动化。每个编码标志对应一个唯一的编码，因此能够利用数字图像处理技术进行自动识别。设计编码标志应遵循以下原则：具有足够的编码容量、尺寸不宜过大、有唯一定位点和易于自动、准确识别。在数字工业摄影测量中，常用的编码标志有同心圆环型编码标志和点分布编码标志。同心圆环型编码标志采用二进制编码原理，具有原理简单、易于识别等优点。点分布编码标志由一组圆形标志点按照一定规则排列而成。
数字工业摄影测量技术发展趋势
现阶段，数字工业摄影测量技术在理论研究和工业实践方面都日趋完善。经过几十年的发展，该技术逐步走向产品化、实用化和高效化。从数字工业摄影测量技术的发展历程和现状，可以预测其发展趋势。
相机呈多样化、专业化
数字工业摄影测量常用的传感器主要是数码单反相机、红外相机、工业摄像头等。数码单反相机的价格低廉且成像性能强大，成为摄影测量的常用传感器。研究者也对单反相机进行了专业改进，使其更加适用于摄影测量。
测量精度、自动化程度不断提高
工业部件制造精度、表面复杂程度不断提高，数字工业摄影测量技术也必然向着高精度、超高精度和高度自动化方向发展。
三维数据分析软件专业化、精细化
获取三维坐标信息是数字工业摄影测量的基本功能。获取的三维坐标信息需要处理分析，才可以应用到所需的领域。多样性和复杂性的应用领域需要我们针对不同用户开发各种专用的、精细的数据分析软件。
结语
数字工业摄影测量技术是随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的发展而形成的新兴技术，是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。数字工业摄影测量技术随着科技的不断进步、研究的不断深入,数字工业摄影测量将向实时近景摄影测量发展,它将成为对非地形目标进行测量的主要手段。
参考文献
关键词：GPS辅助空中三角测量；精密单点定位；POS；精度
中图分类号：TN141文献标识码： A 文章编号：
测量工作在矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段起着重要的保障作用，随着空间信息技术、数字信息技术和自动化、智能化技术的飞速发展，新型测绘仪器迅速出现与普及，使矿山测量在工作内容和技术方法等方面发生了深刻的变革。运用现代数字化测量技术进行矿山测量有助于提高矿山测量精度，降低测量工作劳动强度，提高矿山测量效率。
航空摄影测量技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富的经验，较之传统的测图方法，利用航空摄影测量技术成图速度快、成本低、精度高，是一种应用极为广泛的测图方法。
精密单点定位技术的出现，为航空摄影提供了新的解决方案。目前国际服务组织所提供的精密星历和精密钟差的精度已经很高。随着接收机性能的不断改善，载波相位精度不断提高，以及大气改正模型和改正方法不断深入，为精密单点定位技术应用航空摄影中提供了可能性。[1]
本文以矿区大小比例尺地形图测绘生产为例，介绍了并进行基于精密单点定位的GPS/ POS辅助空中三角测量试验，分析并比较了空中三角测量方法的加密精度，得出了基于精密单点定位的GPS/ POS辅助摄影进行大小比例尺航测成图时新的像控布点、像控测量以及GPS/ POS辅助空中三角测量加密的方法。
1精密单点定位技术
精密单点定位(PPP-Precise Point Positioning)指得是利用载波相位观测值以及IGS等组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。利用IGS提供的高精度的GPS精密卫星星历和卫星钟差，以及单台双频GPS接收机采集的载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。精密单点定位的优点在于在进行精密单点定位时，除能解算出测站坐标，同时解算出接收机钟差、卫星钟差、电离层和对流层延迟改正信息等参数,这些结果可以满足不同层次用户的需要(如研究授时、电离层、接收机钟差、卫星钟差及地球自转等)。[1]
2GPS辅助空中三角测量的定义及方法
GPS辅助空中三角测量是利用GPS定位技术获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将GPS摄站坐标视为带权观测值与摄影测量数据进行联合平差，确定目标点位，并评定其质量的理论、技术和方法。[4]
3IMU/DGPS辅助航空摄影测量定义及方法
IMU/DGPS辅助航空摄影测量是指利用装在飞机上的GPS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号，通过GPS载波相位测量差分定位技术获取航摄仪的位置参数，应用与航摄仪紧密固连的高精度惯性测量单元（IMU，Inertial Measurement Unit）直接测定航摄仪的姿态参数，通过IMU, DGPS数据的联合后处理技术获得测图所需的每张像片高精度外方位元素的航空摄影测量理论、技术和方法。
将基于IMU/DGPS技术直接获取的每张像片的外方位元素，作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，获得更高精度的像片外方位元素成果。这种方法即IMU/DGPS辅助空中三角测量方法（国际上称Integrated Sensor Orientation，简称ISO）。[6]
4 试验及其结果分析
本文就以两个测区进行试验，试验1GSD为0.272m，相对航高为2000m，成图比例尺为1：25000，试验2 GSD为0.15m，相对航高为1100m，成图比例尺为1：2000，以试验在矿区基于精密单点定位技术的航空摄影测量方法成图的应用。
4.1 试验资料
试验1为了满足某矿区信息化管理的需求，为矿区决策、规划、普查、资源整合、开发、资料申报及建立矿区全区域地形图信息化管理数据库系统提供基础资料，某矿区实施全区域地形图信息化管理数据库系统-1:25000地形图航测成图工程。测区地处太行山南段与中条山北缘的结合部，地形复杂，地貌特征以山地为主。要保质保量的按时完成工程任务只有依靠科技创新，采用新技术，新方法和新装备才能解决常规测绘技术无法解决的难题。
在本工程航空摄影、像片控制测量、空中三角测量和调绘等环节中均采用了新技术。航空摄影时采用了先进的SWDC数码摄影系统；像片控制测量中同时采用了精密单点定位技术和似大地水准面模型两项新技术；空中三角测量使用GPS辅助空中三角测量等。
试验2为了保证某矿区更好的发展规划和数字地形图的现势性，建设成数字化、生态型、工业旅游型中国煤炭工业品牌矿井，为生产建设提供科学、可靠的基础数据，某矿区利用航测方法成1:2000地形图测绘工程，本工程采用新技术POS航摄技术。
4.2试验数据分析
为了分析利用精密单点定位技术进行GPS/POS辅助航空摄影测量方法所能达到的加密精度，通过试验和数码相机的固有优点，得出一些结论。图1为试验1的像控布点方案，图2为试验2的像控布点方案，表1列出了GPS/POS辅助空中三角测量精度统计表，表2列出了光束法区域网平差精度统计表。
图1 试验1布点方案
图2 试验2布点方案
表1 GPS/POS辅助空中三角测量精度统计表
表2 光束法区域网平差精度统计表
在GPS/POS辅助航空摄影时必须架设地面基准站，是需花费人力物力而且费时的工作，尤其是当测区范围较大,在带状管线项目中需要设置多个基准站时，作业难度相当大。此次精密单点定位技术与数码相机结合应用的成功探索，减少了航飞时基站布设的工作量。通过上述试验说明，在GPS/POS辅助航空摄影测量中，可以无需布设地面基准站。GPS/POS辅助航空摄影按照常规航空摄影技术规程进行摄影作业是可行的。
从表1、表2可以看出， GPS辅助光束法区域网平差与自检校光束法的结果是一致的。这表明,该测区的航摄资料是可用的,GPS摄站坐标的解算是正确的,利用该试验区来进行GPS辅助光束法平差的精度分析是值得信赖的。
采用现行几种航空摄影空中三角测量测量方法，加密点的精度均可满足所处地
形相应比例尺航测内业加密的精度要求。试验1、试验2的精度均符合GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量内业规范》、GB/T 12340-2008《1:25000、1:50000、1:100000地形图航空摄影测量内业规范》的规定。对于常规光束区域网平差来说精度主要取决于地面控制点的分布与间距，区域越大，所需的地面控制点越多，本次试验1分别布设了69个地面控制点；对于小比例尺成图GPS辅助空中三角测量测量而言只需在区域网的四角布设4个平高地面控制点，其不随区域网的大小而变化。对于GPS辅助空中三角测量测量从表1可以看出，随着地面控制点的减少，区域网平差的精度有所降低，当无地面控制点时尤为明显。所以，要达到测量规范所要求的精度，必须采用合理的地面控制方案；对于POS辅助空中三角测量测量来说，布点方案须经实验区确定，在试验2测区共计600平方公里共布设39个像控点（包括检测点），节省了80%的像控点，节约了60%的做像控费用。
由于精密单点定位所获取的摄站坐标还不能完全达到空中三角测量所需要的控
制点的精度要求，区域网平差中利用地面控制点进行强制的系统误差补偿是必不可少的，从表1可看出无地面控制的检查点的残差带有明显的系统误差。在区域的四角布设4个地面控制点被认为是一种可完全改正GPS系统漂移误差的实用方法。实际作业中，在区域的四角布设4个平高控制点是必要的，它们可用于GPS单点定位误差、WGS84系与国家统一坐标系不一致所引起的坐标变换误差以及测定空间偏移分量误差等系统误差的改正。从表1成1::25000地形图可以看出，未加入地面控制点时，GPS存在系统误差；加入地面控制点后，进行了GPS漂移改正，平差解算结果精度得以明显提高。[7]
本次试验中像控点测量采用GPS精密单点定位（PPP）技术与利用高精度似大
地水准面模型进行GPS高程测量的方式施测。采用PPP技术仅使用单台GPS接收机就可以精确确定点位位置，实现高精度定位导航的功能。单机作业，灵活机动，大大节约用户成本，定位精度不受作用距离的限制。
5 结语
通过上述试验可得出基于精密单点定位技术的GPS辅助及惯导航测技术在矿区成图中使用可节约了传统像片控制测量的作业成本,优化了传统空中三角测量加密工序的技术流程，缩短了航测成图周期，可高效、高质量的服务于矿区成图。精密单点定位技术在航测成图中的应用不仅改变了过去先航摄,接着外业象控测量,最后内业空中三角测量加密的工序流程,而且提高了精度,减少作业的工序提高了作业效率,并实现了无地面基站，为最终实现数字摄影测量的自动化生产奠定了坚实的基础。
目前精密单点定位技术还处于研究实验阶段，在航空摄影测量中的应用才刚刚开始，相信随着精密星历与精密钟差的进一步发展，精密单点定位算法进一步成熟化，将精密单点定位技术应用航空摄影中成为一种必然的趋势。
参 考 文 献
[1] 精密单点定位技术在辅助航空摄影中的应用研究[学位论文].中国地质大学硕士学位论文.
[2]王成龙等.基于SWDC的国家基础航空摄影测量可行性研究[J]. 测绘工程,2009,18(1)
[3]袁路晴等.超轻型飞机搭载SWDC系列数字航摄仪的航空摄影测量一体化作业思路[J].铁路勘察,2007,6.
[4] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用[M] .北京：测绘出版社,2001.
[5] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量及其质量控制[D] .武汉大学博士论文,1999.
[6] 李学友.IMU/DGPS辅助航空摄影测量综述[J]. 测绘科学,2005,5（30）：110-113.
关键词：地面摄影测量 精度 控制点 观测目标
中图分类号：P232 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0050-02
地面摄影测量是变形测量方法中的一种，它在各个行业的应用十分广泛。在监测建筑沉降的程度、建筑物发生倾斜的程度、对环境方面的工程甚至是在考古专业也可以有所作用。由于它应用的区域十分广泛所以它的精确度就显得很重要，在大量的工程应用中数据必须尽可能地做到精准。地面摄影测量是未来的监测行业中不可或缺的部分，所以必须共同努力采取正确的措施来提高精确率。
1 影响精度的基本因素
对于地面摄影测量精度的影响主要来自几何、物理、数学和多余观测4个方面。下文将详细地进行说明。
（1）影响地面摄影测量精确度的数学模型方面主要来自于选取的摄影材料不合格。例如摄影机里的硬片是否足够平整、摄影机里软片安装对其压平并且要有一定的拉力这两点如果做得不合标准就会引起摄影片产生变形还有摄影机的物镜是由很多透镜组合而成，理论上透镜的中心要在一个光轴上，但是在制造的过程中不可能达到，因此造成的切向畸变对摄影监测数据产生影响。
（2）由于多种因素而产生的观测上数据的误差，在使用仪器测量坐标时，仪器本身的观测准确度还有工作人员在使用仪器时的对仪器的使用方法是否娴熟以及所处的观测地点等这些因素都能对检测数据产生影响。
（3）摄像仪的镜头焦距是透镜到焦点的距离，由于镜头都是由多个透镜组成所以摄像仪自身的特性对测量结果还是有着很大影响的。
（4）在实际测量中对地面摄影数值精确度有很大影响的是控制点的布局和数量情况。在测量的过程中控制点的数量越多，一般来说最后测量的数据值也就会越精确。
（5）摄影过程中对摄影器材的选取也很重要。一般来说，摄影器材内部设备的性能直接可以影响测量的精确度。
2 提高精度的措施
2.1 数据处理方法
共线方程光束法平差解一般在建筑行业检测中应用比较广泛，它所计算出的数值更加具有说服力。那么什么是共线方程呢？共线方程描述了像点a、摄影中心S与地面点A位于同一条直线上。这种方法主要分为近似方法和严密方法，近似方法是通过对测量物运用直接观测出的数据作为测量的基础数据，而严密方法是作用测量中所测取的数据结合在一起并取数据的平均值作为基础进行计算。这样看来近似方法的数据由于是一次测量的结果所以比起严密方法所采用的基础数据来说没有更强的说服力，产生的误差较大。
2.2 控制点的数量及其分布
地面摄影测量的数据的准确度与控制点的数量及其分布情况之间相互影响比较大，在想要测量数据目标的区域内，想要使测量数据值达到最高，那么就要尽可能地让控制点分布在测量的区域内，一般来说在测量的区域内控制点的数量值与测量的准确程度是呈正比的。下面为大家提到关于误差的计算规律公式：
m2=m2拉+m2摄
2.3 观测误差和观测目标
观测过程中产生的误差情况主要包括技术人员在观测过程中由于自身的技术水平不够所产生的误差还有测量仪本身设备的问题所产生的误差。对于这些误差所要采取最佳的方法就是在测试的数据值中取平均值，把误差减到最小。
在摄影地面测量的过程中，我们的工作人员要保证最后测量构成的图像要比实际的测量目标大，这样会比较方便观察。下面是计算观测目标为圆形的公式：
D=5/3・（Y/t）・d
2.4 “多次”摄影
在实际的测量过程中，由于左右眼的不同也可能产生误差，还有测量仪器左右的设备稍有不同也会对测量值产生影响，这种情况通常采用的是“多次”摄影的方法，最后对所测量的数值取平均值。
3 建筑行业进入信息化时代
在原有的地面摄影测量的方法上现代化设计应用了更新颖的测量技术――数字近景摄影技术。数字近景摄影技术的应用为我们的测量领悟带来了新高度。在测量数据的处理上数字近景可以获得比以往更加精准的信息。这对我们的建筑行业很有帮助。
近景摄影测量是指测量范围小于100 m、像机布设在物体附近的摄影测量。它经历了从模拟、解析到数字方法的变革，硬件也从胶片像机发展到数字像机。数字近景摄影测量系统一般分为单台像机的脱机测量系统、多台像机的联机测量系统。它具有其他系统无法比拟的优点：测量现场工作量小、快速、高速和不易受温度变化、震动等外界因素的干扰。现在近景摄影测量技术被很多大公司应用到工程当中。
数字近景摄影测量的发展主要分为5个不同特征的时期：基础阶段的早期；初进入数字阶段的逐步发展时期；进入数字阶段的全面发展时期、稳步研究和加大推广应用的深入发展时期和近代的成熟时期。现阶段的数字近景测量技术已经可以满足医学界的图像要求具有实时性，几何高精度方面的高要求也能得到满足。数字近景的快速发展不仅为工程的测量数值提高了精确度也使得测量的结果更加具有说服力。为工程的质量提供保证。
4 结语
该文为简单地介绍了地面摄影现阶段所存在的问题以及面对问题可以采取的有效措施，同时也为我们简述了拥有着高精确度的数字近景摄影的测量技术，这一技术的到来，为各个领域都带来了突破性的发展。它使医学的摄像对人体的构造情况能够清晰地展现在我们面前，使医生的诊断工作更加确切。在建筑方面测量的数据更加精确，这对于建筑行业来说是非常重要的，数据的精确程度了解影响了建筑物的成果。由此看来，研究人员还要进一步地努力研发出更加精确的摄影方法。同时，也希望笔者结合认识与看法所写出的这篇文章能够对相关专业的人员有所帮助。
参考文献
[1] 李仲.地面摄影测量在井架变形监测中的应用研究[J].测绘科学，2010（1）：139-142.
[2] 李仲，杜永刚，田万寿，等.地面摄影测量在变形监测中的精度分析[J].北京测绘，2010（2）：94-95.
[3] 李仲.地面摄影测量在井架变形监测中的应用[D].西安建筑科技大学，2008.
[4] 孙佳.摄影测量在变形测量中的应用及精度分析[J].科技创新与应用，2015（17）：299.
【关键词】近景摄影测量 控制点坐标 长度测量误差（LME）
随着计算机应用技术的飞速发展，普通数码相机性能的提升，将普通数码相机所摄照片转化成数字地形图、数字高程模型DEM、三维坐标点云DMS等产品的理论[1][2][3]越来越完善。典型的生成点云数据的数字近景摄影测量过程需要精确的控制点测量数据。最常见的控制点测量方法是使用全站仪进行测量[7]。文献[3]中张祖勋院士等人提出了多基线近景摄影测量方法，该方法解决了传统数字近景摄影测量中交会角、点匹配和精度这三者不相容的问题，并将空三测量和光束平差首次引入近景摄影测量中。这个方法不需要任何测量设备而获得精确的控制点坐标（X，Y，Z），但该方法获取的控制点坐标精度还不是很高。因此本文通过加入约束条件优化光束区域网平差法，提高计算所得控制点坐标的精度，并对实验结果的精度进行分析和评估。
一、控制点坐标获取算法
在本算法中控制点的坐标由独立的摄影测量平差法求得，该方法使用待测对象已知的空间信息和校准框架计算控制点的相对空间位置，而后通过不同摄站对待测对象进行拍摄，通过空间前交会确定其它未知点的坐标。此算法中涉及到的待测对象空间信息包括：模拟场地内校准框边线所提供的平行约束，已知可测量距离，校准框或场地中其他物体上点之间的高程差。这些信息作为光束区域网平差的一组约束条件解算出控制点的坐标。
光束区域网平差法是获取精确相机参数和物方坐标的摄影测量方法，该方法解算这些参数时需要一个初始的外方位元素近似值。我们采用的文献中的算法在实验场地中利用平行约束条件来获取相机的外方位元素。用校准框的四个顶点之间的距离以及对应平行线确定旋转矩阵和摄站x0。
此算法的优点在于可以直接求得外方位元素，进一步用于光线束平差法的解算模型中。如图2 所示，此实验中影像的摄影方位不知，但采用上述算法求得影像的相关参数。一旦已知外方位元素就可用来求解未知点的坐标初始值，而后用于进行下一步的平差计算。
表1 参数用于领带点生成、光束法空中三角测量和数字高程模型提取
一旦控制点的物方和像点坐标手动输入到LPS后，利用表1所列参数的连接生成程序就可以运行了。LPS中的连接点生成程序采用组合的多影像匹配技术，即高分辨率到低分辨率的灰度匹配，特征匹配和块匹配。生成的连接点和手动测量的控制点由LPS用光束法空中三角测量处理以确定影像的外方位参数。测区控制点的布设方式使得LPS可以自动计算方位参数的初始值。因为相机实验之前已进行标定，在空三测量时相机的内部参数作为改正数保持不变。而后LPS自动地形工具利用光束法空中三角测量的结果生成不规则三角网用于生成DEM。
三、实验结果及分析
。
四、结论
通过以上实验结果可以得出，由加入约束条件方程如距离或高程差的近景摄影测量方法得到的地理模型精度较高，精度检验实验中两步法生成DEM计算所得结果的最大LEM为3.4mm。由近景摄影测量方法获得的控制点的坐标与全站仪测量得到的坐标相比，在X和Y方向的最大偏差在±20mm以内，而在Z轴方向的偏差能达到±10mm的精度。因此使用条件约束方程，如距离和高程差的光束法近景摄影测量法能够提高计算得到的控制点精度。
参考文献：
[1]测绘科学数字近景摄影测量在高速公路边坡物理模型变形测量中的应用.李 欣，李树文，王树根，任伟中.2011.09 ，36（5）
[2]多基线数字近景摄影测量系统测图作业方法探索.缪志选，李祖锋，巨天力，鹿恩峰.西北水电，2010，4：21-23
[3]多基线-近景摄影测量.张祖勋，杨生春，张剑清，柯涛.地理空间信息，2007，5（1）：1-4
[4]于希娟.双目立体视觉技术的理论研究与程序实现.硕士学位论文，北京：华北电力大学，2004，4-5：42-43.
[5]计算机视觉―计算理论与算法基础[M]. 马颂德，张正友.北京：科学出版社，1998.
论文关键词:原图处理数字化绘图数字摄影测量技术
论文摘要:文章根据工作中的一些实践,简要介绍了数字化技术在原图处理和摄影测量中的应用特点和一些要注意的方面,希望能给同行们作一些经验参考。
传统工程测量技术的服务领域主要包括水利、交通、建筑等行业,随着计算机、网络技术的发展、测量仪器的智能化,数字化测绘技术得到了广泛的应用,而全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展,测量数据采集和处理的逐渐自动化、实时化和数字化,工程测量的服务领域也应进一步延伸,以满足不断提高的社会需要。
一、数字化技术在原图处理中的应用
(一)原图数字化处理
在建立各种GIS系统时,需要对原有地图进行数字化处理,对于原始地图,若其现势性、精度和比例尺能满足要求,就可以利用数字化仪对其进行数字化处理工作。当前主要有手扶跟踪数字化和扫描矢量化、GPS数据输入三种方法,手扶跟踪数字化需要的仪器为计算机,数字化仪及相关软件,是较早的一种数字化输入方法,输入速度较慢,劳动强度也较大。扫描矢量化是通过扫描仪输入扫描图像,然后通过矢量跟踪,确定实体的空间位置。随着扫描仪的普及和矢量化软件的不断升级,其作业方法越来越趋于自动化,它是一种省时,高效的数据输入方法。GPS输入是依据GPS工具能确定地球表面图形精确位置,由于它测定的是三维空间位置的数字,因此不需作任何转换,可直接输入数据库,目前主要是应用RTK(RealTimeKinematics-实时动态)技术,它是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式,通过将1台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量,流动站的GPS接收机再利用0TF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。应用这种测量方法测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速地进行施工放样。而实际应用得较多的主要是数字扫描矢量化软件,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真的对地图进行数字化处理。下面简单介绍MAPCAD软件的原图数字化处理作业流程。
(二)数字化原图作业流程
由于MAPCAD软件扫描矢量化输入方法具有图像清晰、编辑方便、易于转换等特点一般外设精度都能满足,所以地形图的精度主要取决于人工跟踪精度和输出设备精度,而人工跟踪精度主要取决于作业人员的技能掌握熟练程度和工作态度,所以必须在加强作业人员基本技能培训上下工夫,要求工作人员严格按矢量化方案作业,确保图件的精度和质量高于国家现行数字化测图规范所规定的数字化精度和质量。在工程测量实践中,要做好地形图外业测点与数字化图缩放相结合、符号图层的划分子图、线型符号库的设计等工作保证满足工程进度的同时又节约项目经费,设计出的数字地图简单易用、美观整洁、易于使用地形图的工作人员判读。
二、数字化绘图
(一)数字化绘图的特点
大比例尺地形图和工程图的测绘是传统工程测量的重要内容,数字化绘图克服了手工绘图存在的许多弊端,如工作量大,作业艰苦,作业程序复杂,烦琐的内业数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一等缺点,符合现代飞速发展的工程需要。目前,数字化成图技术主要有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是全站仪、电子手簿等,其特点是精度高、内外业分工明确、便于人员分配,从而具有较高的成图效率。具有以下的特点:
1.一测多用:如在一些综合性较强的工程中需要对同一地形图绘制不同比例尺的地形图,过去的平板测图方法则需要重复工作,而数字化测图则可以同时根据完成的地形图绘制不同比例尺的多个地形图,因为往往小比例尺包含了大比例尺地形图测图范围。仅需先测大比例尺图范围,再补充小比例尺测图范围即可满足各不同专业人员对不同比例尺的地形图的需要。
2.精度高:数字化成图系统在外业采集数据时,利用全站仪现场自动采集地形地物点的三维坐标,并自动存储,在内业数据处理时,完全保持了外业测量的精度,消除了人为的错误及误差来源,而且外业工作省略了读数、计算、展点绘图等外业工序,减少了作业人员,外业工效大大提高,时间缩短,直接生产成本大幅度下降。
3.劳动强度:小数字化成图的过程,减轻了作业人员的劳动强度,使生产周期大大缩短,能及时满足用户的要求。
4.便于保存管理及更新方便:数字化产品既可以存储在软盘上,也可以通过绘图仪绘在所需的图纸上,线条、线划粗细均匀,注记、字体工整,图面整齐、美观。且便于修改,能更好地保证图形的现势性和不变形性,避免重复测绘造成的浪费,增加地形图的实用性和用户的广泛性。
(二)外业数据的采集
在采集数据时,数据采集人员要准确应用地物代码,以免在内业成图时出现错误;在观测开始时,相关工作人员需严格按照要求应对测站点进行检查,跑尺人员应严格按照自动成图的要求作业,确保能完整地描述地形地貌的特征点,必须通过绘制草图来表明各个地物碎部点的属性及相互关系,测量坎子时,要量取坎子比高,坎下也要进行地形点采集。当一个测区完成后,如果有必要可把数据备份。
(三)绘制内业数据处理
无论是工程进程各阶段的测量工作,还是不同工程的测量工作,都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段,并对测量成果进行处理和分析。
三、工程测量中的数字摄影测量技术
数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理,应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法。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,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,和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。
目前通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像,内业使用专门的航测软件处理,进行的航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法,在计算机上对数字影像进行像对匹配,建立地面的数字模型,再通过专用的软件来获得数字地图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低,不受气候及季节的限制等优点。特别适合于城市密集地区的大面积成图。但是该方法的初期投入较大,如果一个测区较小,它的成本就显得较高。但可以说是今后数字测图的一个重要发展方向,未来社会要求的是可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。并且随着全数字摄影工作站的出现,加上GPS技术在摄影测量中的应用,使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。
关键词：高职工程测量技术 人才培养模式实践教学改革
中图分类号： TB22 文献标识码： A
近年来，随着“3S”技术（全球定位系统GPS技术、地理信息系统GIS技术、摄影测量与遥感RS技术）的广泛应用，工程测量技术也发生着实质性的变化。那么对工程测量技术人员也有着更高的要求。原有的人才培养模式下培养出来的工程测量人员已不适应当前市场对工程测量人才的需求。
因此，对原有工程测量人才的培养模式进行一次改革势在必行。
一、工程测量人才需求状况分析
工程测量技术人员须有扎实的基础理论知识，对工程常用的测量仪器能够熟练使用。同时具备强的计算机应用能力，综合运用专业知识解决实际问题的能力以及良好的职业素养和职业道德。
近年来，国家经济建设飞速发展，各行业对测量专业复合型人才需求是不断增大。同时各省市水利、土地、工程建筑等行业对工程测量技术人才需求量加大。各用人单位急需掌握新技术的应用型工程测量人才。然而在这种量的需求增加的同时对工程测量人才的质的要求也越来越高。
二、测量专业人才实践能力的重要性
工程测量技术专业是实践性很强的专业。实践教学是教学环节中的重要一环。其重点在于强调实践性和应用型。根据企事业用人单位对工程测量技术人才的反馈意见，用人单位对学生的实践动手能力及学习新知识，掌握新技术能力要求较高。因此，测量人员的实践能力是非常重要的，是每一位合格的测量人员必须具备的专业素养。
三、“2+1”人才培养模式
“2+1”人才培养模式是“工学结合”教学模式的一种具体体现，主要应用于高职高专院校。学生在学校的前两年进行基础知识和技能训练，最后一年到企事业单位参加顶岗实习。通过这种方式使学生在学习好专业知识的同时积累生产工作经验，实现学生毕业后知识能力与岗位需求的无缝对接。
四、测量专业实践教学改革
（一）改革实践教学体系
根据工程测量技术专业的教学目标及岗位需求，应构建起“夯实基础，加强能力”的实践教学体系，使实践教学循序渐进。早期实训课程以提升学生专业兴趣为目标，巩固学生专业基础理论知识与实践动手能力为基础。专业应用实践课程注重提升应用实践技能培养，以帮助学生更好地理解各种专业技术在实践中的应用情况，培养学生对实际问题的分析与解决能力。
（二）改革毕业设计（论文）教学模式
毕业设计（论文）是高职高专学生培养方案中的一个必修的教学环节，目的在于总结专业学习的成果，培养学生综合应用所学专业知识解决实际问题的能力。毕业设计（论文）应推行校企联合指导毕业生进行毕业设计（论文）。学生在最后一年进行顶岗实习，学生在单位实习期间由单位的技术人员与教师共同指导学生，确定学生毕业设计（论文）的中心内容。这样毕业实习与毕业设计相辅相成，同时学生通过毕业实习、收集资料、学习方法、解决问题进而完成毕业设计（论文）。
[1]欧龙.高职工程测量技术专业“2+1”人才培养模式下“地籍测量”课程教学改革探讨[J].全球定位系统，2013,(02).38
科技教育活动作为素质教育理念施行的重要手段之一，是以实践项目为载体，以发展学生的科学精神、知识与技能、方法与能力、行为与习惯为目的的教育活动。长期以来，一线教育工作者在组织科技教育活动时，往往面临着度浅（活动研究深度不够）、面窄（活动参与人数较少）等诸多的困扰。根据“多元智能理论”“丰富教学模式”的指导，针对不同智能类型、不同能力水平的学生设计不同方向、深度的项目活动，可以在一定程度上解决上述困扰。下面，我们以“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”为例，谈谈如何基于项目来实施分层次的科技教育活动。
一、活动背景
光污染是继水、气、声和渣污染之后的一种新型污染，主要包括白亮污染、人工白昼和彩光污染。光污染的影响首先在于破坏天文观测环境，历史上天文台因此而被迫搬迁的案例屡见不鲜。英国格林尼治天文台早在1948年就为躲避光污染和大气污染而迁往东南沿海环境优美、观测条件更好的赫斯特蒙苏堡地区。在美国、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等国，多个著名天文台都曾几次迁址。我国紫金山天文台的观测工作也全部转移到了其他观测站点，紫台园区则已改建为天文博物馆，以天文科普和天文旅游为主，仅保留了少量与太阳观测有关的科研工作。
光污染的影响其实并不局限于天文观测。居高不下的学生近视率、迷途的海龟幼崽、撞上玻璃幕墙的飞鸟、爆发性增殖的水藻、能源紧缺与气候变暖，这些看似并无关联的人与事，其实背后都与灯光之扰息息相关。
作为长三角地区的重要城市之一――无锡的光污染较为严重。在距市中心三阳广场约6.2公里远的天一中学校园里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天权是看不到的，狮子座的镰刀是认不全的……在距三阳广场16.9公里远的斗山山顶，连仙女座大星系M31和猎户座大星云M42都仅能勉强分辨，山脚下的路灯和远近城镇的光源清晰可见，天空泛着浅浅的灰白色……在与市区间隔有10公里的太湖十八湾地区竟连天顶附近的银河都彻夜不现，三角座星系M33也必须要通过双筒镜才能被观察到……
为提高学生及公众对光污染的认识，学校针对性地引进了一批测光仪，并依托天一天文社加贺谷穰工作室（文化宣传部）、达盖尔工作室（学术委员会）、伽利略工作室（普及委员会）和斯科特工作室（项目办公室），设计了“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”，策划并实施了多个文宣、教育、科普和研究性项目。
二、活动目标
知识与技能：
1.理解夜空光度、光污染的概念，了解导致夜空光度增大的主要原因。
2.掌握夜空光度分级的方法，并能运用器材测量夜空光度值。
3.了解背景光对天文观测的影响，
学会设计反映此原理的科普实验。
过程与方法：
1.开展观星活动、光污染摄影与夜空光度测量活动，掌握天文观测及夜空光度测量的基本方法。
2.了解策划、组织活动的过程，学会科学研究的一般方法，实验设计的一般结构。
情感、态度和价值观：
1.了解城市对自然地理环境的改变，不合理的城市亮化带来的环境问题，敢于解决问题。
2.在活动中，提升科学素养，发展科学思维、合作创新精神。
三、参与对象与活动形式
活动对象以天一天文社社员为主体，包括国际分社约40人，少年分社约40人，高中分社约70人，荣誉分社约20人。此外，还包括无锡市中小学天文联合会（锡天联）下属成员学校约150人，以及其他相关单位的学生约300人。
活动主体――天一天文社社员参与了“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”的全部项目、环节的活动，包括项目研究、实验设计、科普观测和摄影活动。锡天联成员学校、无锡市少年宫等其他相关单位的学生主要参与了科普观测和摄影活动。
四、活动的重点、难点、创新点
活动重点：搭建天文研究平台，以光污染研究为抓手，调动学生积极性，让更多的学生参与到天文活动中来。
活动难点：城市夜空光度测量研
究，光污染相关实验设计。
活动创新点：由中学发起并组织
的使用国际顶尖测光仪对城市进行高覆盖度的夜空光度测量研究，夜天光监测站点建设在世界范围内都具有唯一性；由中学生开展科普实验设计与教材编写同样具有开创性；以光污染为主题的摄影大赛在当今世界也是少见的。
五、可利用的各类科技教育资源
1.技术指导：中科院紫金山天文台科普部、北京师范大学天文系高爽老师、国家天文台刘博洋博士等以技术顾问的身份，参与了“城市夜空光度测量”的相关活动指导。此外，南京大学、中国科技大学、北京天文馆的专家教授们也曾多次来校指导天文课程建设。
2.团队建设：锡天联成员学校、无锡市少年宫等作为天一天文社紧密的合作伙伴，不仅为开展与夜空光度相关的科普活动提供了场地与学生支持，而且还有一批教师参与共同开展天文教研活动，形成了教研团队。
3.资金支持：天一中学为开展天文教育投入了大量的资金，已多批次采购天文实验器材如望远镜、测光仪、相机、野营设备、图书等，并已建设完成天文创新实验室一间；天文创新实验室作为学校“STS综合创新课程基地”的重要组成部分，还得到了省市区各级教育部门的专项建设资金支持；锡天联成员学校、无锡市少年宫等单位也配套投入了相关的天文基地建设。
六、活动内容
“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”的全部项目、环节的活动，包括项目研究、实验设计、观测实践和摄影活动等多个层次，分别由天一天文社斯科特工作室（项目办公室）、伽利略工作室（普及委员会）、达盖尔工作室（学术委员会）和加贺谷穰工作室（文化宣传部）等四大工作室具体负责。表1为各工作室的智能类型列表。
（一）主题活动一：城市夜空光度测量（项目研究）
1.选题背景及意义：
无锡作为长三角地区的重要城市之一，经济发达，城市光污染情况总体比较严重，但是不同区域的污染程度也存在明显差异。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指标，通过使用专门的测光仪器，对无锡城区进行高覆盖度的光度测量，从而了解无锡城区整体的污染程度，不同区域的污染水平差异，以及分析光污染产生的背景，并尝试提出防治的建议，有利于提高公众对光污染的认识，也能为城市管理部门在优化城市灯光设置时提供参考。
2.活动过程和步骤：
（1）编写《无锡市夜空光度测量指导》方案。指导学生收集、整理与夜空光度测量相关的研究论文及其他材料，对“光污染”“夜空光度”等概念进行界定，并组织编写《无锡市夜空光度测量指导》方案，就测量时间、地点、方法及报告填写的格式予以统一规范。
（2）撰写开题报告。指导学生撰写《无锡城市夜空光度测量》开题报告，对研究背景、要解决的问题、选题意义及研究价值，核心概念的界定、相关现状、参考文献，研究目标、研究内容、研究假设，研究思路、研究计划，预期成果等内容进行项目论证。经论证后的项目被中国教育学会地理教学专业委员会研究性学习课题专家组立项。
（3）开展测量活动。指导学生开展城市夜空光度测量活动，具体步骤有：
①仪器编号：为支持本课题组
的研究工作，学校从加拿大购置了9台SQM测光仪，并予以编号（以分辨仪器本身存在的机械误差）。
②路线设计：将无锡市区划分为
不同的片区，并设计好测光的具体行
进路线和测光任务。
③实地测量：将课题组成员分成不同的小组，每组由3人组成，分别负责仪器操作、数据记录和坐标定位，每个坐标点测5个数据，以减小误差。
④数据处理：将测光所得的数据（经度、纬度、时间、测光值）输入EXCEL表格，进行误差分析，取平均值，得到各坐标点夜空光亮度的最终值。
（4）撰写结题论文。指导学生根据开题报告中预期成果的要求对收集的数据进行不同角度的分析，并将结论撰写成结题论文《无锡城市夜空光度测量研究》。结题论文主要结构包括：夜空光概述，测量仪器及方法，数据分析及测量结果（数据测量与分析步骤、夜空光亮度的地区分异、夜空光亮度的地区变化、夜空光亮度的地平高度及方位分异、夜空光亮度的时间变化），反思及讨论等。于2015年第4期《地理教学》杂志。
3.活动效果及呈现方式：
活动进行过程中及之后，我们得到了诸多媒体的关注：指导教师受邀赴上海复旦大学为2015年第六届全国天文社团发展论坛作了《也谈高中天文社团建设》的专题报告，赴江阴为2015年第二届无锡市高中生峰会作了《城市天文学》的专题报告。项目组还收到了国际天文学联合会普及工作委员会及香港大学物理系的邀请函，受邀加入国际夜空光度监测网络并赴香港大学开展项目交流与培训。
在前期活动的基础上，天一天文社发起成立了锡天联、无锡城市夜空光度监测网络两个组织，吸引了南菁中学、青阳中学、山明中学、旺庄实验小学等多家单位参与，将在无锡建设若干城市夜空光度监测站，并以此为抓手，开展进一步的天文教育活动。
（二）主题活动二：光学相关实验设计（科普实验）
1.选题背景及意义：
激发学生对科学的热情，培养并学习掌握科学研究的方法与技能是我国进行素质教育的目的之一。科学研究的方法和技能至少应包括：分析和观察周围世界的技能，发现问题、提出问题、作出假设、安排实验的技能，真实地记录观察结果与数据的技能，按照正确方法处理数据的技能。
天文因为不属于中小学必修课程而不被大多数学生所了解，中学阶段非常缺乏天文科普实验或科技制作的教学内容，非常有必要利用天一天文社的资源优势整理、设计一些科普天文实验或制作，这些源自我们身边的天文科学知识将极大地激发学生对天文的兴趣，增加他们对天文的认识，促进天文知识在基础教育阶段的普及。
2.活动过程和步骤：
（1）编写“光学相关实验设计”模板。指导学生学习《高中物理实验手册》等专业书籍，在此基础上，编写“光污染相关实验设计”模板：活动目标、概念与方法、材料准备、活动步骤、活动建议、活动拓展等，同时，设计一份样稿《在微光中辨认颜色》。
（2）开展“光学相关实验设计”。指导学生开展“光学相关实验设计”，具体步骤有：
①创意征集：发动学生提出光学
相关实验（及制作）设计的创意，组织人员从投稿的创意中精选可操作性较高的方案。
②方案编写：制订编写计划，并为课题组每一位学生分配编写方案（草案），指导他们根据模板和样稿的格式及要求进行方案编写。
③实验验证：将课题组成员分成不同的小组，每组2人，以小组为单位对所编写的方案进行实验验证。
（3）组织“光学相关实验设计”比赛。面向全校师生组织开展“光学相关实验设计”比赛，吸引对天文有兴趣、乐于动手实践的学生参加“在微光中辨认颜色”“彗星为什么长尾巴”“简易望远镜制作”等比赛，并评优颁奖。
（4）举办“光学相关实验设计”科普活动。面向锡天联成员学校、无锡市少年宫及无锡地区其他中小学、幼儿园开展“光学相关实验设计”科普活动，针对不同年龄阶段的受众举办光污染科普讲座或科普游戏。
3.活动效果及呈现方式：
学生编写的“光学相关实验设计”将被编入校本教材《中小学生天文学习指南3》，这是一本专门介绍天文相关科普实验及科技制作的教材，受众定位为中小学天好者及天文指导教师。
上述科普实验及科技制作被引入天文社“宇宙意识”少儿天文科普项目及“天文全球化”社区天文科普项目，作为寓教于乐的教学素材向少年儿童及社区的天好者推广。
（三）主题活动三：星空光害旅行团（观测实践）
1.选题背景及意义：
对业余天好者来说，观星是极大的乐趣所在。然而，严重的光污染正将灿烂的星空从我们身边
夺走。
为便于普通学生及其他业余天好者通过对比观测，直观地了解无锡各地的光污染情况，我们依托天一天文社组织的“天一观星营”项目，开展了“星空光害旅行团”活动，带领旅行团的团员们利用晚上的时间，去往锡城不同的地点，实地观测、考察并对比分析星星的数目，从而普及光污染的防治意识、夜空光度的概念。
2.活动过程和步骤：
（1）编写观测方案。指导学生编写观测方案，使用最常见的目视极限星等法，即通过肉眼能观察到的最暗星等来进行估算：选择2个或2个以上地平高度大于40°的定标天区，数出该天区内能观察到的恒星数目，与国际流星组织提供的表格对应来确定极限星等。同时，为便于零天文基础的团员参与，我们设计了简易观测法，请同学们观测标志性星座所在天区的恒星数量，来比较不同地点的光污染程度。
（2）开展观测实践。带领旅行团的团员们利用晚上的时间，去往无锡城不同的地点，实地观测、考察并对比分析星星的数目。具体观测过的地点有太湖广场、馨和苑广场、天一中学、斗山、保利广场、崇安寺广场、南禅寺广场、安镇高铁新城、太湖十八湾等。（见图9、图10）
3.活动效果及呈现方式：
通过“星空光害旅行团”活动，结识了一批无锡地区的成年及未成年业余天好者。以此为抓手，天一天文社发起成立了“无锡市业余天
好者协会”QQ群。以此活动为素材撰写的《星星都去哪儿了》发表在《天好者》杂志2016年第2期。
（四）主题活动四：光污染摄影大赛（文化艺术）
1.选题背景及意义：
为推动公众思考光污染在无锡及其所在社区的状况，让公众参与光污染活动，我们发起了“光污染摄影大赛”活动。邀请公众使用摄影设备捕捉各种光污染的画面，从而了解及思考无锡地区乃至全世界日益严重的光污染问题。比赛主题分为：光污染与生态、光污染与健康、光污染与能源、光污染的分布、光污染的来源等。评选标准主要有：摄影照片视觉美感、作品说明表达技巧、光污染意涵、手法创意等。
2.活动过程和步骤：
指导学生起草“光污染摄影大赛章程”，包括组织单位、大赛目的、比赛主题、参赛资格、参赛设备、照片格式、相关权益、比赛日程、评选规则等。
章程起草完毕后，通过锡天联官网、锡天联微信公众号（AUWS2015）、无锡市业余天好者协会QQ群（91462404）、牧夫天文论坛无锡天协专版等渠道向外比赛信息。
投稿截止后，组织专家对作品进行评审，并举办颁奖仪式。
3.活动效果及呈现方式：
通过光污染摄影比赛，一方面间接了解了无锡地区光污染的来源、分布情况，另一方面，在公众中对光污染进行了有效的宣传与普及。光污染摄影作品还被制作成海报，用于专题展览。
七、活动可能出现的问题及解决预案
1.项目研究中的技术问题：
考虑到光污染问题在大陆地区的研究仍处于起步阶段，即便在世界范围内也未引起足够的重视，我们在开展夜空光度测量时会遇到各种各样的技术问题。对此我们的解决方案主要是：
（1）开题报告与测量指南两个指
导性文件必须花大力气保证质量，保证指导性和可操作性。
（2）争取学校在测光仪采购上的
支持，以及年级组、班主任在学生活动时间上的支持。
（3）遇到实在难以解决的技术问题，请教中科院紫金山天文台等相关研究机构。
2.科普实验中的素材问题：
中学生的专业知识储备毕竟是有限的，对生活的观察能力也仍有待提高，这直接导致了科普实验素材的缺乏。对此我们的解决方案主要是：
（1）大量、深度阅读中小学阶段及国外的实验手册，学习实验编写的一般结构，积累与光学相关的实验和科技制作素材。
（2）通过天文科普书籍和天文历
史故事，寻求实验和科技制作素材。
（3）面向全校发起光污染相关实
验和科技制作素材的征集活动。
3.观测实践中的安全问题：
夜间开展天文观测实践活动遇到的最大挑战是人身与财产安全问题，很多学生、家长或教师不支持天文活动也主要是对此有深深的顾虑。对此我们的解决方案主要是：
（1）与参加活动的学生签订合同，
并要求学校同意、学生签字、家长签字。
（2）统一、强制购买意外险，分担风险。
（3）与有资质、口碑好的旅行社合作，联系包车或食宿。
（4）对每一个观测地点进行事先
的实地探访，确保观测地的安全性，远离陡坡与水体。
4.摄影大赛中的发动问题：
摄影大赛看似简单，就是摁一下快门的事。但真正要发动公众参加，激发大家的热情却并不是一件简单的事。对此我们的解决方案主要是：
（1）通过锡天联成员学校的天文
指导教师，发动学生中的天好者参赛。
（2）通过官网、微信公众号、QQ群等网络平台推送摄影大赛比赛通知。
（3）积极联系赞助，为获奖选手准备证书、奖杯及奖品。
八、效果评价标准与方式
在评价的过程中，坚持“主体多元”“方式多样”“向度多维”等原则。
1.主体多元：
在活动过程中，要求学生首先进行自评和互评，不同组别之间也可以进行他评。这有利于加深学生对评价标准的认识与理解，可以促进学生自我反思和自我发展。教师在此基础上，对学生自评、互评及他评进行再评价，保证了评价的指导性。
2.方式多样：
在活动过程中，灵活运用即时评价与延时评价。即时评价有利于表扬先进，纠正缺陷；延时评价则体现了尊重、关爱与期待。此外，还将口头评价与书面评价，一次评价与多次评价，诊断性评价、过程性评价与终结性评价等多样化的评价方式相结合，以保护学生的积极性，强化学生的成就感。
3.向度多维：
购物车(0)
