作业4--空间后方交会

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1、摄影测量作业报告之空间后方交会陈闻亚 20080729作业报告空间后方交会专 业： 测绘工程 班 级： 2008级(1)班 姓 名： 陈闻亚 指导教师： 陈强 2010 年 4 月 16 日1 作业任务 -32 作业思想 -33 作业条件及数据-34 作业过程 -35 源程序 - 46 计算结果 - 177心得体会与建议- 171 作业任务计算近似垂直摄影情况下后方交会解。即利用摄影测量空间后方交会的方法，获取相片的6个外方位元素。限差为0.1。2作业思想利用摄影测量空间后方交会的方法求解。该方法的基本思想是利用至少三个一直地面控制点的坐标A（XA，YA，ZA）、B（XB，YB，ZB）C（XC

2、，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，反求该相片的外方位元素XS、YS、ZS、。3作业条件及数据已知摄影机主距f=153.24mm，四对点的像点坐标与相应的地面坐标列入下表：表1点号像点坐标地面坐标x（mm）y(mm)X(m)Y(m)Z(m)1-86.15-68.9936589.4125273.322195.172-53.40-82.2137631.0831324.51.728.69314.7876.6339100.9724934.982386.50410.4664.4340426.5430319.81757.31

3、4作业过程 41 获取已知数据 相片比例尺1/m=1：10000，内方位元素f=153.24mm，x0，y0；获取控制点的地面测量坐标Xt、Yt、Zt。42 量测控制点的像点坐标： 本次作业中为已知。见表1。43 确定未知数的初始值： 在近似垂直摄影情况下，胶原素的初始值为0，即0 = 0 = 0=0；线元素中，ZS0=H=mf=1532.4m，XS0、YS0的取值可用四个控制点坐标的平均值，即：XS0= =38437.00YS0= =89106.6244 计算旋转矩阵R： 利用胶原素的近似值计算方向余弦值，组成R阵。45 逐点计算像点坐标的近似值： 利用未知数的近似值按共线方程式计算控制点像

4、点坐标的近似值（x）（y）。46 组成误差方程： 逐点计算误差方程式的系数和常数项。47 组成法方程式： 计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL。48 求解外方位元素： 根据法方程，由式X=（AtA）-1 ATL解求外方位元素改正数，并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值。49 求解外方位元素： 将求得的外方位元素的改正数与规定的限差（0.1）比较，小于限差则计算终止，否则用新的近似值重复第4.4至4.8步骤的计算，知道满足要求为止。5 源程序#include #include #include const double PRECISION=1e-5;typedef double D

5、OUBLE5;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

6、(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=

7、order | r=order) system(data.txt); else break; 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*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

8、.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*/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,&N

9、um,&m);if (Num4) return 2;fscanf(fp_input,%lf%lf%lf,&f,&x0,&y0);f/=1000;if (m0 | f0) return 3;Data=new DOUBLENum;double *temp= new doubleNum-1;double scale=0;int i;for (i=0;iNum;i+) /读取数据，忽略编号 if(fscanf(fp_input,%*d%lf%lf%lf%lf%lf, &Datai0,&Datai1,&Datai2, &Datai3,&Datai4)!=5) return 3; /单位换算成m Data

10、i0/=1000.0; Datai1/=1000.0;/如果m未知则归算其值if (0=m) for (i=0;iNum-1;i+) tempi=(Datai2-Datai+12)/(Datai0-Datai+10)+ (Datai3-Datai+13)/(Datai1-Datai+11); scale+=tempi/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

11、),com(第一个*矩阵列数),(out)JgJz(存放结果矩阵)*返回值：void*/void MatrixMul(double *Jz1,const int &row,double *Jz2, const int &line,const int &com,double *JgJz)for (int i=0;irow;i+) for (int j=0;jline;j+) double temp=0; for (int k=0;kcom;k+) temp+=*(Jz1+i*com+k)*(*(Jz2+k*line+j); *(JgJz+i*line+j)=temp; /*函数名：OutPut

12、*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*/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.tx

13、t,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(CC+)n测绘一班n 学号：20080729n姓名：陈闻亚nn);fprintf(fp_out,* * * *n);fprintf(fp_out,已知数据：nn已知点数：);int num;double temp,x,y;fscanf(fp_input,%d%lf,&num,&temp);fprintf(fp_out,%dn,num);fprintf(fp

14、_out,摄影比例尺（0表示其值位置）：);fprintf(fp_out,%10.0lfn,temp);fprintf(fp_out,内方位元素(f x0 y0)：);fscanf(fp_input,%lf%lf%lf,&temp,&x,&y);fprintf(fp_out,%10lft%10lft%10lfn,temp,x,y);for (int i=0;inum;i+) double temp5; fscanf(fp_input,%*d%lf%lf%lf%lf%lf, &temp0,&temp1,&temp2,&temp3,&temp4); fprintf(fp_out,%3dt%10lf

15、t%10lft%10lft%10lft%10lfn, i+1,temp0,temp1,temp2,temp3,temp4);fclose(fp_input);fprintf(fp_out,* * * *n);fprintf(fp_out,计算结果如下：nn外方位元素：n);fprintf(fp_out,tXs=%10lfn,Xs);fprintf(fp_out,tYs=%10lfn,Ys);fprintf(fp_out,tZs=%10lfn,Zs);fprintf(fp_out,tPhi=%10lfn,Phi);fprintf(fp_out,tOmega=%10lfn,Omega);fprin

16、tf(fp_out,tKappa=%10lfnn,Kappa);fprintf(fp_out,旋转矩阵：n);for (i=0;i3;i+) fprintf(fp_out,t); for (int j=0;j3;j+) fprintf(fp_out,%10lft,*(R+i*3+j); fprintf(fp_out,n);fprintf(fp_out,n单位权中误差：%10lfnn,m0);fprintf(fp_out,协因数阵：n);for (i=0;i6;i+) fprintf(fp_out,t); for (int j=0;j6;j+) fprintf(fp_out,%20lft,*(Q

17、+i*6+j); fprintf(fp_out,n);fprintf(fp_out,n外方位元素精度：);for (i=0;i6;i+) fprintf(fp_out,%10lft,mi);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*/int Resection(const int &Num,const DOUBLE *&Data,const double

18、 &m, const double &f)double Xs=0,Ys=0,Zs=0;int i,j;/设置初始值for (i=0;iNum;i+) Xs+=Datai2; Ys+=Datai3;Xs/=Num;Ys/=Num;Zs=m*f;double Phi(0),Omega(0),Kappa(0);double R33=0.0;double *L=new double2*Num;typedef double Double66;Double6 *A=new Double62*Num;double *AT=new double2*Num*6;double *ATA=new double6*6

19、;double *ATL=new double6;double *Xg=new double6;/迭代计算do /旋转矩阵 R00=cos(Phi)*cos(Kappa)-sin(Phi)*sin(Omega)*sin(Kappa); R01=-cos(Phi)*sin(Kappa)-sin(Phi)*sin(Omega)*cos(Kappa); R02=-sin(Phi)*cos(Omega); R10=cos(Omega)*sin(Kappa); R11=cos(Omega)*cos(Kappa); R12=-sin(Omega); R20=sin(Phi)*cos(Kappa)+cos(

20、Phi)*sin(Omega)*sin(Kappa); R21=-sin(Phi)*sin(Kappa)+cos(Phi)*sin(Omega)*cos(Kappa); R22=cos(Phi)*cos(Omega); for (i=0;iNum;i+) double X=R00*(Datai2-Xs)+R10*(Datai3-Ys)+ R20*(Datai4-Zs); double Y=R01*(Datai2-Xs)+R11*(Datai3-Ys)+ R21*(Datai4-Zs); double Z=R02*(Datai2-Xs)+R12*(Datai3-Ys)+ R22*(Datai4-

21、Zs); double xxx,yyy; xxx=-f*X/Z; yyy=-f*Y/Z; /常数项 L2*i=Datai0-(-f*X/Z); L2*i+1=Datai1-(-f*Y/Z); A2*i0=(R00*f+R02*(xxx)/Z; A2*i1=(R10*f+R12*(xxx)/Z; A2*i2=(R20*f+R22*(xxx)/Z; A2*i3=(yyy)*sin(Omega)-(xxx)/f)* (xxx)*cos(Kappa)-(yyy)*sin(Kappa)+ f*cos(Kappa)*cos(Omega); A2*i4=-f*sin(Kappa)-(xxx)/f)*(xxx

22、)* sin(Kappa)+(yyy)*cos(Kappa); A2*i5=(yyy); A2*i+10=(R01*f+R02*(yyy)/Z; A2*i+11=(R11*f+R12*(yyy)/Z; A2*i+12=(R21*f+R22*(yyy)/Z; A2*i+13=-(xxx)*sin(Omega)-(yyy)/f)* (xxx)*cos(Kappa)-(yyy)*sin(Kappa)- f*sin(Kappa)*cos(Omega); A2*i+14=-f*cos(Kappa)-(yyy)/f)*(xxx)* sin(Kappa)+(yyy)*cos(Kappa); A2*i+15=

23、-(xxx); /求矩阵A的转置矩阵AT for (i=0;i2*Num;i+) for (j=0;j=PRECISION |fabs(Xg1)=PRECISION | fabs(Xg2)=PRECISION |fabs(Xg3)=PRECISION | fabs(Xg4)=PRECISION | (Xg5)=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 double2*Num;MatrixMul(&A00,2*Num,Xg,1,6,V);double VTV=0;for(i=0;i2*

24、Num;i+) Vi-=Li; VTV+=Vi*Vi;double m0=sqrt(VTV/(2*Num-6);double *mm=new double6;for (i=0;i6;i+) mmi=sqrt(*(Q+i*6+i)*m0;OutPut(Q,mm,m0,Xs,Ys,Zs,Phi,Omega,Kappa,&R00);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;

25、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&)*/int InverseMatrix(double *matrix,const int &row)double *m=new doublerow*row;double *ptemp,*pt=m;int i,j;ptemp=matrix;for (i=0;irow;i+) for (j=0;

26、jrow;j+) *pt=*ptemp; ptemp+; pt+; int k;int *is=new introw,*js=new introw;for (k=0;krow;k+) double max=0; /全选主元 /寻找最大元素 for (i=k;irow;i+) for (j=k;jmax) max=*(m+i*row+j); isk=i; jsk=j; if (0 = max) return 1; /行交换 if (isk!=k) for (i=0;irow;i+) swap(*(m+k*row+i),*(m+isk*row+i); /列交换 if (jsk!=k) for (i

27、=0;irow;i+) swap(*(m+i*row+k),*(m+i*row+jsk); *(m+k*row+k)=1/(*(m+k*row+k); for (j=0;jrow;j+) if (j!=k) *(m+k*row+j)*=*(m+k*row+k); for (i=0;irow;i+) if (i!=k) for (j=0;jrow;j+) if(j!=k) *(m+i*row+j)-=*(m+i*row+k)*(m+k*row+j); for (i=0;i=0;r-) if (jsr!=r) for (j=0;jrow;j+) swap(*(m+r*row+j),*(m+jsr*

28、row+j); if (isr!=r) for (i=0;irow;i+) swap(*(m+i*row+r),*(m+i*row+isr); ptemp=matrix;pt=m;for (i=0;irow;i+) for (j=0;jrow;j+) *ptemp=*pt; ptemp+; pt+; delete is;delete js;delete m;return 0;6 计算结果外方位元素：Xs=39795.452297Ys=27476.462210Zs=7572.685927 = - 0.003987= 0.002114= - 0.067578旋转矩阵： 0.997709 0.067

29、534 0.003987 -0.067526 0.997715 -0.002114 -0.004121 0.001840 0.999990单位权中误差： 0.0000077 心得体会与建议 有挑战才会有激情，成功了便更有满足感。此次作业，便是又一次的挑战。总体来说，空间后方交会的知识，在学习时就有点懵，后来自己下来又看书加深了理解，把它弄懂了。而编程方面所面临的问题就比较多了，上一学期就有过一个类似的作业，当时没有攻破编程这一题，便用的Excel解决，但事后也没有继续研究，实为遗憾。直到遇到这次作业，又是同样的问题，才后悔当初没有继续学习把它解决了。其实主要总结起来就一个比较难的点：编程实现矩阵的运算尤其是矩阵求逆。搜集资料时，在网上搜索到了一些矩阵求逆的代码，但是有些也不能实现，找到合适的后，也要考虑把它运用到主程序的问题。不断调试，不断改进，这个过程还是有些难度的，最后还实现了用文本导入数据计算及文本输出结果。此次作业虽然比较波折，但是收获还是很大，也解决了一个可以算是拖延了很久的问题。虽然有些地方是效仿的，不过也是自己要弄懂以后，再试着自己一步步理出来。对自己可以说是又一次提高。 - 17 -