時間：2023-01-24 15:20:23
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇攝影測量技術論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
【關鍵詞】三維建模；三維空間模型；人機交互；攝影測量；三維點云
1、引言
隨著數字采集技術的不斷發展以及“數字地球”、“數字城市”概念的不斷深化，人們已不再滿足于傳統二維手段描述的三維信息，目前三維模型已成為繼圖像、聲音和視頻之后的第四種多媒體數據類型[1]，物體的表現形式也逐漸從二維表示向三維自動化建模的方向過渡。
目前實現三維建模的方法大致有以下幾種：一是直接利用三維建模軟件，如計算機輔助設計軟件（AutoCAD）、三維動畫渲染和制作軟件（3D Studio Max）等工具人機交互式三維建模；二是直接利用GIS的二維數據和高度信息建立三維模型，但這種方法只局限于規則對象的建模；三是基于數字攝影測量原理對物體快速建模。隨著數據采集技術的不斷發展和自動化，根據三維激光點云數據自動構建三維模型正成為研究的熱點。本文對現今常用的地物建模方法進行比較分析，總結出了各種建模方法的特點。
2、三維建模方法
本文以校園中建筑物為建模對象，分別通過以下3種常用的建模方法進行三維模型重建：基于AutoCAD的人機交互式建模、基于掃描點云的建模、基于近景攝影測量的建模。
2.1 基于AutoCAD的人機交互式建模
對于幾何形體相對規則的建筑，常規使用免棱鏡電子全站儀對建筑物構件的三維特征點進行散點式數據采集。本文采集數據同時采用“四位編碼法”對特征點編碼[2]，并按建筑構件分類分層存儲。繪圖時根據特征點編碼結合測繪順序在CAD中編寫LISP程序對建筑物實現自動展點和自動連線生成線框圖。以同濟大學某學生宿舍為例，在CAD中連線后的線框圖見圖1（a），圖中3個藍點為門上3個特征點，這些點不同時位于門所確定的豎直面內。可見三維繪圖不是實測點位的簡單連線或修補，需以實測點位為基礎，綜合考慮建筑的施工、形變和測量誤差及建筑特性，采用擬合的方法對線框圖進行局部處理，最后構建三維實體，如圖1（b）所示。
（a）門窗的4個圖元不共面
（b）構建后的實體效果
圖1 繪制步驟及效果
此外，游天[3]等人利用對象三視圖為底圖在三維制作軟件中直接建模，并將三面圖對模型進行紋理映射提高模型的真實度。本文也以學校校門為例對此方法進行了驗證，實驗證明該方法構建的三維實體模型精度也能滿足一般要求。
2.2基于掃描點云的建模
對于不規則物體，全站儀則顯得無能為力了。三維激光掃描技術克服了傳統數據采集方式的不足，應運而生的模型自動化重建技術愈來愈受到重視。目前基于掃描點云的建模一般流程可概括為點云的獲取、表面重建、點云的處理與建模三個階段。以校園某建筑為例具體實驗步驟如下：
（1）點云數據獲取。本實驗采用Leica C10對某樓進行掃描測量，根據該樓的輪廓特征和實際掃描范圍等影響因子，本次測量共設16站。
（2）點云數據預處理
為了給建模階段提供較理想的點云數據，需對原始點云數據進行點云拼接、去噪、采樣等預處理。點云數據預處理既可通過算法[4] [5] [6] [7] [8] [9]實現，也可以通過掃描儀配套軟件如Cyclone、Faro Scene等完成。這一步操作十分重要，是決定后續數據質量好壞和執行效率的關鍵。
（3）點云數據建模
目前，對建筑物點云數據模型重建的研究多數從兩個方面展開：一方面提取建筑物的邊界特征，以特征為約束構建三維實體模型；另一方面是直接對點云數據網格化，建立拓撲關系，進行表面重建和優化。本實驗采用點云數據分割、曲面擬合以及交互組合的方法來實現建筑物對象的三維建模。建模步驟大致可分類以下三大步：
a）海量散亂點云數據分割
點云分割是為下階段精細建模做準備。本文根據空間點的鄰域關系估算點與點間的拓撲關系，將建筑模型分割為平整墻面、屋頂和附件幾大區域。
b）分割部分精細建模
自動識別提取點云數據特征，并以此特征為約束迭代擬合模型，在此基礎上構建三角網格。
c）模型拼接
根據模型間的特征及法矢拼接相鄰模型，對拼接后的兩模型公共區域部分的三角網進行裁剪、檢查以及模型修補和優化。
綜合以上步驟，基于點云數據建成的三維模型效果如圖2所示。
圖2 文遠樓三維模型
2.3基于近景攝影測量的建模
本實驗攝影采用的是非量測型相機，以同濟大學某建筑正門為例，根據近景攝影測量原理構建三維模型的流程步驟如下：
（1）影像采集。以多攝站正直環繞攝影方式用普通相機對大禮堂進行攝影，共布設8個攝站。圖3為正門前的觀測示意圖，其中S1、S2為兩個觀測站，J1～J4分別為正門前4根柱子上粘貼的4個人工標志。
圖3 現場觀測圖
（2）坐標解算。考慮到非量測數碼相機的內、外方位元素的初始近似值未知以及像點、攝影中心、相應地物點間的不共線，需使用加入像點坐標改正數（本實驗僅考慮物鏡輻射方向的光學畸變改正數）的直接線性變換解法，建立像點坐標與相應物點空間坐標之間的線性關系。
（1）
式中，）為像片上以任意點為原點的像點坐標，為點的物方空間坐標，L1～L11為11個變換參數。
（3）繪制實體
在相片上采集一定密度的特征點并解算該特征點的三維坐標，反向投影到三維空間后借助三維繪圖軟件展繪建筑上的特征點，增補遺漏點，并利用計算機視覺技術構建一個線框和幾何實體模型。圖4為繪制的建筑前門線框模型。
圖4 前門構建線框圖
3、三維建模方法對比分析
基于人機交互的建模、基于掃描點云和基于攝影測量的建模這三種建模方法都是基于測量的建模方式，都需要以外業采集的三維坐標數據為基礎進行建模。
基于人機交互的建模方法應用時間較長，技術路線較成熟，國內外研發的許多控制集成建模軟件都可以利用基本的幾何元素構建復雜的幾何場景。這種建模方法靈活，能逼真再現對象的幾何結構和表面紋理信息，適合用于對建模效果和細節要求較高的對象。但對于諸如小區、城市這樣的大規模場景，如果每個模型都進行精細建模，不僅工作量大、費時費力，而且龐大的數據量也要求計算機硬件具備配套的處理能力，這也成為日后模型調用、管理的一大瓶頸。
基于點云的三維建模方法適用于不規則對象的三維建模，三維激光掃描技術克服了傳統數據采集方式的不足，提高了數據采集的精度和效率，獲得的點云數據信息量大，包含三維空間信息、顏色屬性和反射強度信息，通過一定的算法對點云數據進行處理即可快速構建被測物體的三維模型。這種方法自動化程度高，構建的數字模型不僅精度較高還帶有豐富的細節信息。但三維激光掃描在掃描過程中容易產生漏洞，且龐大的點云和數據處理技術也制約了該技術的進一步發展和廣泛應用。
基于攝影測量的建模包括近景攝影和相片處理兩個過程，且兩階段可獨立進行。攝影時可根據測量精度要求選用量測攝影機或非量測攝影機；目前相片處理技術已相對成熟，許多現成的成熟軟件和算法可以直接使用。這種方法建模速度快、自動化程度高。但近景攝影測量也存在一定的局限性，例如獲取影像時需要布設控制網，這就加大了外業的工作強度；而且影像上灰度變化不明顯部位無法獲得同名點，這也就制約著三維建模的精度。
4、結論
通過以上的對比分析不難看出，三維模型重建過程中，建模方法和技術路線的選擇尤為重要。在實際建模過程中，不要局限于某一種建模方法和技術，應從項目的實際情況出發，分析數據采集方式和數據類型，選擇合適的建模方法。一般采集特征點及近景攝影測量技術結合建模軟件構建簡單建筑等規則對象模型，利用三維激光掃描點云對不規則物體進行精確建模。在實際應用中會遇到或規則或不規則的建筑物（群），需要采用不同的數據采集技術、三維建模方法和可視化工具，因此不同建模方法應相互融合、交織使用。
參考文獻：
[1]許敏，張永生.三維實體模型庫的設計與實現.微計算機信息.2008，vol.24（3-7）： 207～209
[2]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學.第四版.上海：同濟大學出版社，2011
[3]游天，夏青.三維實體模型的建模技術.測繪科學.2012，vol.37（6）：172～174
[4]高志國.地面三維激光掃描數據處理及建模研究：[博士學位論文].長安：長安大學，2010
尹婷.三維激光掃描數據處理技術的研究：[博士學位論文].武漢：武漢理工大學，2010
[5]楊維國.基于OpenGL在激光掃描數據處理中的應用研究：[博士學位論文].上海：上海交通大學，2010
[6]尹婷.三維激光掃描數據處理技術的研究：[博士學位論文].武漢：武漢理工大學，2010
[7]盛業華，張卡，張凱等.地面三維激光掃描點云的多站數據無縫拼接.中國礦業大學學報.2010，vol.39（2）：233～237
[8]官云蘭.地面三維激光掃描數據處理中的若干問題研究：[博士學位論文].上海：同濟大學，2008
[9]施貴剛.地面三維激光掃描數據處理技術及作業方法的研究：[博士學位論文].上海：同濟大學，2010
關鍵詞：攝影測量；數字；測量系統；計算機
中圖分類號： J4 文獻標識碼： A
引言
數字工業攝影測量技術是隨著攝影測量技術、計算機技術和遙感技術的發展而形成的新興技術，是指對非地形目標進行攝影并確定其外形、形態和幾何位置的技術。數字工業攝影測量技術融合了數字近景攝影測量的基本原理、計算機視覺的相關理論、計算機技術、數字圖像處理技術、模式識別等學科的理論和方法，利用數字像機獲取被測目標的數字影像來得到物體的形態、位置、姿態和運動從而完成對物體的測量。由于該技術利用計算機處理信息，屬于非接觸性測量技術。具有危險性低、信息容量高、信息易存儲、可重復使用、精度高、速度快等優點。因此廣泛應用于國民經濟、科技研究和國防建設等領域。隨著科技的不斷向前發展,研究的進一步深入,數字工業攝影測量將向實時近景攝影測量發展,它將成為對非地形目標進行測量的主要手段,并且實時性、全自動源數據獲取及仿真虛擬手段的研究將成為應用研究的趨勢。
一、數字工業攝影測量技術的發展歷程
（一）國外發展歷程
早在上世紀60年代，國外就開始了數字工業攝影測量的研究。將攝影測量的相關理論、算法及軟硬件逐步應用到工業測量領域，促進了工業的發展。數字工業攝影測量技術快速發展階段始于90年代，隨著計算機技術的快速發展和日益普及，同時工業對高精度攝影測量技術的要求越來越高，工業攝影測量技術逐步進入數字化時代。目前，數字工業攝影測量理論趨于完善，技術趨于成熟。
國外已經有多家公司推出了自己的數字工業攝影測量系統：美國大地測量公司的“V-STARS系統”、挪威Metronor公司的“Metronor系統”和德國Aicon3D公司的“DPA-Pro系統”等。
（二）國內發展歷程
國內對數字工業攝影測量的研究開始于70年代。當時，一些研究機構就開始著力于攝影測量技術在工業領域的應用。由于知識的落后和生產水平的限制，該技術仍處于起步階段，發展較為緩慢。90年代初，隨著高精度攝影測量技術的進步，工業攝影測量技術大量應用在冶金、機械、車輛和采礦等工業領域，并且取得了顯著的成效。同時，高校及研究機構對有關工業攝影測量技術的國內外相關理論及工程實踐進行了研究，并針對數字工業攝影測量技術如何應用在工業測量領域提出了一系列創新理論，形成了一套新的。該階段為初步發展階段。數字工業攝影測量技術在理論和應用方面都有新的發展。目前，數字工業攝影測量技術已經進入快速發展階段。隨著攝影測量技術、計算機技術和遙感技術的快速發展以及國內工業的飛速發展，許多研究機構引進國外的先進攝影測量技術、吸收新的工業攝影測量理念。 在數字工業攝影測量方面進行了很多的研究及應用工作。
目前，國內數字工業攝影測量產品主要有：天津大學研制的“汽車車輪定位參數激光視覺測量系統”、西安交通大學研制的“大型復雜曲面產品的反求和三維快速檢測系統”和武漢大學研究的“Lensphoto”等。
二、數字工業攝影測量的關鍵技術
數字工業攝影測量技術是指對非地形目標進行攝影并確定其外形、形態和幾何位置的技術。它屬于高精度、大尺度三維坐標測量。為滿足以上要求，需要解決以下關鍵性技術問題。
（一） 高質量影像的獲取
獲取高質量數字圖像是高精度測量的基礎之一。數字工業攝影測量技術需要對測量中使用的人工標志及其屬性、光源特性、數字像機的設置和與成像質量有關的技術和設備等進行研究。
（二）攝影測量的人工標志
數字工業攝影測量技術使用人工標志作為測量的特征點。工業部件表面通常缺乏豐富、明顯的紋理信息，在攝影測量過程中產生的圖像，往往缺乏足夠的、準確的特征點。為了避免這一不足，數字工業攝影測量中，采用設置人工標志點的方式產生足夠數量且對比明顯的特征點。發光二極管、投影激光、回光反射標志等均為人工標志點。
（三）圓形人工標志偏心差
在高精度工業攝影測量中，標志中心點定位偏心差是影響測量精度的因素。確定偏心差數學模型以及模型矯正工作有利于提高測量精度。
人工編碼標志
使用人工編碼標志可以加快測量速度，實現測量的自動化。每個編碼標志對應一個唯一的編碼，因此能夠利用數字圖像處理技術進行自動識別。設計編碼標志應遵循以下原則：具有足夠的編碼容量、尺寸不宜過大、有唯一定位點和易于自動、準確識別。在數字工業攝影測量中，常用的編碼標志有同心圓環型編碼標志和點分布編碼標志。同心圓環型編碼標志采用二進制編碼原理，具有原理簡單、易于識別等優點。點分布編碼標志由一組圓形標志點按照一定規則排列而成。
數字工業攝影測量技術發展趨勢
現階段，數字工業攝影測量技術在理論研究和工業實踐方面都日趨完善。經過幾十年的發展，該技術逐步走向產品化、實用化和高效化。從數字工業攝影測量技術的發展歷程和現狀，可以預測其發展趨勢。
相機呈多樣化、專業化
數字工業攝影測量常用的傳感器主要是數碼單反相機、紅外相機、工業攝像頭等。數碼單反相機的價格低廉且成像性能強大，成為攝影測量的常用傳感器。研究者也對單反相機進行了專業改進，使其更加適用于攝影測量。
測量精度、自動化程度不斷提高
工業部件制造精度、表面復雜程度不斷提高，數字工業攝影測量技術也必然向著高精度、超高精度和高度自動化方向發展。
三維數據分析軟件專業化、精細化
獲取三維坐標信息是數字工業攝影測量的基本功能。獲取的三維坐標信息需要處理分析，才可以應用到所需的領域。多樣性和復雜性的應用領域需要我們針對不同用戶開發各種專用的、精細的數據分析軟件。
結語
數字工業攝影測量技術是隨著攝影測量技術、計算機技術和遙感技術的發展而形成的新興技術，是指對非地形目標進行攝影并確定其外形、形態和幾何位置的技術。數字工業攝影測量技術隨著科技的不斷進步、研究的不斷深入,數字工業攝影測量將向實時近景攝影測量發展,它將成為對非地形目標進行測量的主要手段。
參考文獻
關鍵詞：GPS輔助空中三角測量；精密單點定位；POS；精度
中圖分類號：TN141文獻標識碼： A 文章編號：
測量工作在礦山勘探、設計、開發和生產運營的各個階段起著重要的保障作用，隨著空間信息技術、數字信息技術和自動化、智能化技術的飛速發展，新型測繪儀器迅速出現與普及，使礦山測量在工作內容和技術方法等方面發生了深刻的變革。運用現代數字化測量技術進行礦山測量有助于提高礦山測量精度，降低測量工作勞動強度，提高礦山測量效率。
航空攝影測量技術在礦山測量中的應用已經歷了較長的時間，并積累了豐富的經驗，較之傳統的測圖方法，利用航空攝影測量技術成圖速度快、成本低、精度高，是一種應用極為廣泛的測圖方法。
精密單點定位技術的出現，為航空攝影提供了新的解決方案。目前國際服務組織所提供的精密星歷和精密鐘差的精度已經很高。隨著接收機性能的不斷改善，載波相位精度不斷提高，以及大氣改正模型和改正方法不斷深入，為精密單點定位技術應用航空攝影中提供了可能性。[1]
本文以礦區大小比例尺地形圖測繪生產為例，介紹了并進行基于精密單點定位的GPS/ POS輔助空中三角測量試驗，分析并比較了空中三角測量方法的加密精度，得出了基于精密單點定位的GPS/ POS輔助攝影進行大小比例尺航測成圖時新的像控布點、像控測量以及GPS/ POS輔助空中三角測量加密的方法。
1精密單點定位技術
精密單點定位(PPP-Precise Point Positioning)指得是利用載波相位觀測值以及IGS等組織提供的高精度的衛星星歷及衛星鐘差來進行高精度單點定位的方法。利用IGS提供的高精度的GPS精密衛星星歷和衛星鐘差，以及單臺雙頻GPS接收機采集的載波相位觀測值，采用非差模型進行精密單點定位。精密單點定位的優點在于在進行精密單點定位時，除能解算出測站坐標，同時解算出接收機鐘差、衛星鐘差、電離層和對流層延遲改正信息等參數,這些結果可以滿足不同層次用戶的需要(如研究授時、電離層、接收機鐘差、衛星鐘差及地球自轉等)。[1]
2GPS輔助空中三角測量的定義及方法
GPS輔助空中三角測量是利用GPS定位技術獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標，然后將GPS攝站坐標視為帶權觀測值與攝影測量數據進行聯合平差，確定目標點位，并評定其質量的理論、技術和方法。[4]
3IMU/DGPS輔助航空攝影測量定義及方法
IMU/DGPS輔助航空攝影測量是指利用裝在飛機上的GPS接收機和設在地面上的一個或多個基站上的GPS接收機同步而連續地觀測GPS衛星信號，通過GPS載波相位測量差分定位技術獲取航攝儀的位置參數，應用與航攝儀緊密固連的高精度慣性測量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）直接測定航攝儀的姿態參數，通過IMU, DGPS數據的聯合后處理技術獲得測圖所需的每張像片高精度外方位元素的航空攝影測量理論、技術和方法。
將基于IMU/DGPS技術直接獲取的每張像片的外方位元素，作為帶權觀測值參與攝影測量區域網平差，獲得更高精度的像片外方位元素成果。這種方法即IMU/DGPS輔助空中三角測量方法（國際上稱Integrated Sensor Orientation，簡稱ISO）。[6]
4 試驗及其結果分析
本文就以兩個測區進行試驗，試驗1GSD為0.272m，相對航高為2000m，成圖比例尺為1：25000，試驗2 GSD為0.15m，相對航高為1100m，成圖比例尺為1：2000，以試驗在礦區基于精密單點定位技術的航空攝影測量方法成圖的應用。
4.1 試驗資料
試驗1為了滿足某礦區信息化管理的需求，為礦區決策、規劃、普查、資源整合、開發、資料申報及建立礦區全區域地形圖信息化管理數據庫系統提供基礎資料，某礦區實施全區域地形圖信息化管理數據庫系統-1:25000地形圖航測成圖工程。測區地處太行山南段與中條山北緣的結合部，地形復雜，地貌特征以山地為主。要保質保量的按時完成工程任務只有依靠科技創新，采用新技術，新方法和新裝備才能解決常規測繪技術無法解決的難題。
在本工程航空攝影、像片控制測量、空中三角測量和調繪等環節中均采用了新技術。航空攝影時采用了先進的SWDC數碼攝影系統；像片控制測量中同時采用了精密單點定位技術和似大地水準面模型兩項新技術；空中三角測量使用GPS輔助空中三角測量等。
試驗2為了保證某礦區更好的發展規劃和數字地形圖的現勢性，建設成數字化、生態型、工業旅游型中國煤炭工業品牌礦井，為生產建設提供科學、可靠的基礎數據，某礦區利用航測方法成1:2000地形圖測繪工程，本工程采用新技術POS航攝技術。
4.2試驗數據分析
為了分析利用精密單點定位技術進行GPS/POS輔助航空攝影測量方法所能達到的加密精度，通過試驗和數碼相機的固有優點，得出一些結論。圖1為試驗1的像控布點方案，圖2為試驗2的像控布點方案，表1列出了GPS/POS輔助空中三角測量精度統計表，表2列出了光束法區域網平差精度統計表。
圖1 試驗1布點方案
圖2 試驗2布點方案
表1 GPS/POS輔助空中三角測量精度統計表
表2 光束法區域網平差精度統計表
在GPS/POS輔助航空攝影時必須架設地面基準站，是需花費人力物力而且費時的工作，尤其是當測區范圍較大,在帶狀管線項目中需要設置多個基準站時，作業難度相當大。此次精密單點定位技術與數碼相機結合應用的成功探索，減少了航飛時基站布設的工作量。通過上述試驗說明，在GPS/POS輔助航空攝影測量中，可以無需布設地面基準站。GPS/POS輔助航空攝影按照常規航空攝影技術規程進行攝影作業是可行的。
從表1、表2可以看出， GPS輔助光束法區域網平差與自檢校光束法的結果是一致的。這表明,該測區的航攝資料是可用的,GPS攝站坐標的解算是正確的,利用該試驗區來進行GPS輔助光束法平差的精度分析是值得信賴的。
采用現行幾種航空攝影空中三角測量測量方法，加密點的精度均可滿足所處地
形相應比例尺航測內業加密的精度要求。試驗1、試驗2的精度均符合GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測量內業規范》、GB/T 12340-2008《1:25000、1:50000、1:100000地形圖航空攝影測量內業規范》的規定。對于常規光束區域網平差來說精度主要取決于地面控制點的分布與間距，區域越大，所需的地面控制點越多，本次試驗1分別布設了69個地面控制點；對于小比例尺成圖GPS輔助空中三角測量測量而言只需在區域網的四角布設4個平高地面控制點，其不隨區域網的大小而變化。對于GPS輔助空中三角測量測量從表1可以看出，隨著地面控制點的減少，區域網平差的精度有所降低，當無地面控制點時尤為明顯。所以，要達到測量規范所要求的精度，必須采用合理的地面控制方案；對于POS輔助空中三角測量測量來說，布點方案須經實驗區確定，在試驗2測區共計600平方公里共布設39個像控點（包括檢測點），節省了80%的像控點，節約了60%的做像控費用。
由于精密單點定位所獲取的攝站坐標還不能完全達到空中三角測量所需要的控
制點的精度要求，區域網平差中利用地面控制點進行強制的系統誤差補償是必不可少的，從表1可看出無地面控制的檢查點的殘差帶有明顯的系統誤差。在區域的四角布設4個地面控制點被認為是一種可完全改正GPS系統漂移誤差的實用方法。實際作業中，在區域的四角布設4個平高控制點是必要的，它們可用于GPS單點定位誤差、WGS84系與國家統一坐標系不一致所引起的坐標變換誤差以及測定空間偏移分量誤差等系統誤差的改正。從表1成1::25000地形圖可以看出，未加入地面控制點時，GPS存在系統誤差；加入地面控制點后，進行了GPS漂移改正，平差解算結果精度得以明顯提高。[7]
本次試驗中像控點測量采用GPS精密單點定位（PPP）技術與利用高精度似大
地水準面模型進行GPS高程測量的方式施測。采用PPP技術僅使用單臺GPS接收機就可以精確確定點位位置，實現高精度定位導航的功能。單機作業，靈活機動，大大節約用戶成本，定位精度不受作用距離的限制。
5 結語
通過上述試驗可得出基于精密單點定位技術的GPS輔助及慣導航測技術在礦區成圖中使用可節約了傳統像片控制測量的作業成本,優化了傳統空中三角測量加密工序的技術流程，縮短了航測成圖周期，可高效、高質量的服務于礦區成圖。精密單點定位技術在航測成圖中的應用不僅改變了過去先航攝,接著外業象控測量,最后內業空中三角測量加密的工序流程,而且提高了精度,減少作業的工序提高了作業效率,并實現了無地面基站，為最終實現數字攝影測量的自動化生產奠定了堅實的基礎。
目前精密單點定位技術還處于研究實驗階段，在航空攝影測量中的應用才剛剛開始，相信隨著精密星歷與精密鐘差的進一步發展，精密單點定位算法進一步成熟化，將精密單點定位技術應用航空攝影中成為一種必然的趨勢。
參 考 文 獻
[1] 精密單點定位技術在輔助航空攝影中的應用研究[學位論文].中國地質大學碩士學位論文.
[2]王成龍等.基于SWDC的國家基礎航空攝影測量可行性研究[J]. 測繪工程,2009,18(1)
[3]袁路晴等.超輕型飛機搭載SWDC系列數字航攝儀的航空攝影測量一體化作業思路[J].鐵路勘察,2007,6.
[4] 袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應用[M] .北京：測繪出版社,2001.
[5] 袁修孝.GPS輔助空中三角測量及其質量控制[D] .武漢大學博士論文,1999.
[6] 李學友.IMU/DGPS輔助航空攝影測量綜述[J]. 測繪科學,2005,5（30）：110-113.
關鍵詞：地面攝影測量 精度 控制點 觀測目標
中圖分類號：P232 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0050-02
地面攝影測量是變形測量方法中的一種，它在各個行業的應用十分廣泛。在監測建筑沉降的程度、建筑物發生傾斜的程度、對環境方面的工程甚至是在考古專業也可以有所作用。由于它應用的區域十分廣泛所以它的精確度就顯得很重要，在大量的工程應用中數據必須盡可能地做到精準。地面攝影測量是未來的監測行業中不可或缺的部分，所以必須共同努力采取正確的措施來提高精確率。
1 影響精度的基本因素
對于地面攝影測量精度的影響主要來自幾何、物理、數學和多余觀測4個方面。下文將詳細地進行說明。
（1）影響地面攝影測量精確度的數學模型方面主要來自于選取的攝影材料不合格。例如攝影機里的硬片是否足夠平整、攝影機里軟片安裝對其壓平并且要有一定的拉力這兩點如果做得不合標準就會引起攝影片產生變形還有攝影機的物鏡是由很多透鏡組合而成，理論上透鏡的中心要在一個光軸上，但是在制造的過程中不可能達到，因此造成的切向畸變對攝影監測數據產生影響。
（2）由于多種因素而產生的觀測上數據的誤差，在使用儀器測量坐標時，儀器本身的觀測準確度還有工作人員在使用儀器時的對儀器的使用方法是否嫻熟以及所處的觀測地點等這些因素都能對檢測數據產生影響。
（3）攝像儀的鏡頭焦距是透鏡到焦點的距離，由于鏡頭都是由多個透鏡組成所以攝像儀自身的特性對測量結果還是有著很大影響的。
（4）在實際測量中對地面攝影數值精確度有很大影響的是控制點的布局和數量情況。在測量的過程中控制點的數量越多，一般來說最后測量的數據值也就會越精確。
（5）攝影過程中對攝影器材的選取也很重要。一般來說，攝影器材內部設備的性能直接可以影響測量的精確度。
2 提高精度的措施
2.1 數據處理方法
共線方程光束法平差解一般在建筑行業檢測中應用比較廣泛，它所計算出的數值更加具有說服力。那么什么是共線方程呢？共線方程描述了像點a、攝影中心S與地面點A位于同一條直線上。這種方法主要分為近似方法和嚴密方法，近似方法是通過對測量物運用直接觀測出的數據作為測量的基礎數據，而嚴密方法是作用測量中所測取的數據結合在一起并取數據的平均值作為基礎進行計算。這樣看來近似方法的數據由于是一次測量的結果所以比起嚴密方法所采用的基礎數據來說沒有更強的說服力，產生的誤差較大。
2.2 控制點的數量及其分布
地面攝影測量的數據的準確度與控制點的數量及其分布情況之間相互影響比較大，在想要測量數據目標的區域內，想要使測量數據值達到最高，那么就要盡可能地讓控制點分布在測量的區域內，一般來說在測量的區域內控制點的數量值與測量的準確程度是呈正比的。下面為大家提到關于誤差的計算規律公式：
m2=m2拉+m2攝
2.3 觀測誤差和觀測目標
觀測過程中產生的誤差情況主要包括技術人員在觀測過程中由于自身的技術水平不夠所產生的誤差還有測量儀本身設備的問題所產生的誤差。對于這些誤差所要采取最佳的方法就是在測試的數據值中取平均值，把誤差減到最小。
在攝影地面測量的過程中，我們的工作人員要保證最后測量構成的圖像要比實際的測量目標大，這樣會比較方便觀察。下面是計算觀測目標為圓形的公式：
D=5/3?（Y/t）?d
2.4 “多次”攝影
在實際的測量過程中，由于左右眼的不同也可能產生誤差，還有測量儀器左右的設備稍有不同也會對測量值產生影響，這種情況通常采用的是“多次”攝影的方法，最后對所測量的數值取平均值。
3 建筑行業進入信息化時代
在原有的地面攝影測量的方法上現代化設計應用了更新穎的測量技術――數字近景攝影技術。數字近景攝影技術的應用為我們的測量領悟帶來了新高度。在測量數據的處理上數字近景可以獲得比以往更加精準的信息。這對我們的建筑行業很有幫助。
近景攝影測量是指測量范圍小于100 m、像機布設在物體附近的攝影測量。它經歷了從模擬、解析到數字方法的變革，硬件也從膠片像機發展到數字像機。數字近景攝影測量系統一般分為單臺像機的脫機測量系統、多臺像機的聯機測量系統。它具有其他系統無法比擬的優點：測量現場工作量小、快速、高速和不易受溫度變化、震動等外界因素的干擾。現在近景攝影測量技術被很多大公司應用到工程當中。
數字近景攝影測量的發展主要分為5個不同特征的時期：基礎階段的早期；初進入數字階段的逐步發展時期；進入數字階段的全面發展時期、穩步研究和加大推廣應用的深入發展時期和近代的成熟時期。現階段的數字近景測量技術已經可以滿足醫學界的圖像要求具有實時性，幾何高精度方面的高要求也能得到滿足。數字近景的快速發展不僅為工程的測量數值提高了精確度也使得測量的結果更加具有說服力。為工程的質量提供保證。
4 結語
該文為簡單地介紹了地面攝影現階段所存在的問題以及面對問題可以采取的有效措施，同時也為我們簡述了擁有著高精確度的數字近景攝影的測量技術，這一技術的到來，為各個領域都帶來了突破性的發展。它使醫學的攝像對人體的構造情況能夠清晰地展現在我們面前，使醫生的診斷工作更加確切。在建筑方面測量的數據更加精確，這對于建筑行業來說是非常重要的，數據的精確程度了解影響了建筑物的成果。由此看來，研究人員還要進一步地努力研發出更加精確的攝影方法。同時，也希望筆者結合認識與看法所寫出的這篇文章能夠對相關專業的人員有所幫助。
參考文獻
[1] 李仲.地面攝影測量在井架變形監測中的應用研究[J].測繪科學，2010（1）：139-142.
[2] 李仲，杜永剛，田萬壽，等.地面攝影測量在變形監測中的精度分析[J].北京測繪，2010（2）：94-95.
[3] 李仲.地面攝影測量在井架變形監測中的應用[D].西安建筑科技大學，2008.
[4] 孫佳.攝影測量在變形測量中的應用及精度分析[J].科技創新與應用，2015（17）：299.
【關鍵詞】近景攝影測量 控制點坐標 長度測量誤差（LME）
隨著計算機應用技術的飛速發展，普通數碼相機性能的提升，將普通數碼相機所攝照片轉化成數字地形圖、數字高程模型DEM、三維坐標點云DMS等產品的理論[1][2][3]越來越完善。典型的生成點云數據的數字近景攝影測量過程需要精確的控制點測量數據。最常見的控制點測量方法是使用全站儀進行測量[7]。文獻[3]中張祖勛院士等人提出了多基線近景攝影測量方法，該方法解決了傳統數字近景攝影測量中交會角、點匹配和精度這三者不相容的問題，并將空三測量和光束平差首次引入近景攝影測量中。這個方法不需要任何測量設備而獲得精確的控制點坐標（X，Y，Z），但該方法獲取的控制點坐標精度還不是很高。因此本文通過加入約束條件優化光束區域網平差法，提高計算所得控制點坐標的精度，并對實驗結果的精度進行分析和評估。
一、控制點坐標獲取算法
在本算法中控制點的坐標由獨立的攝影測量平差法求得，該方法使用待測對象已知的空間信息和校準框架計算控制點的相對空間位置，而后通過不同攝站對待測對象進行拍攝，通過空間前交會確定其它未知點的坐標。此算法中涉及到的待測對象空間信息包括：模擬場地內校準框邊線所提供的平行約束，已知可測量距離，校準框或場地中其他物體上點之間的高程差。這些信息作為光束區域網平差的一組約束條件解算出控制點的坐標。
光束區域網平差法是獲取精確相機參數和物方坐標的攝影測量方法，該方法解算這些參數時需要一個初始的外方位元素近似值。我們采用的文獻中的算法在實驗場地中利用平行約束條件來獲取相機的外方位元素。用校準框的四個頂點之間的距離以及對應平行線確定旋轉矩陣和攝站x0。
此算法的優點在于可以直接求得外方位元素，進一步用于光線束平差法的解算模型中。如圖2 所示，此實驗中影像的攝影方位不知，但采用上述算法求得影像的相關參數。一旦已知外方位元素就可用來求解未知點的坐標初始值，而后用于進行下一步的平差計算。
表1 參數用于領帶點生成、光束法空中三角測量和數字高程模型提取
一旦控制點的物方和像點坐標手動輸入到LPS后，利用表1所列參數的連接生成程序就可以運行了。LPS中的連接點生成程序采用組合的多影像匹配技術，即高分辨率到低分辨率的灰度匹配，特征匹配和塊匹配。生成的連接點和手動測量的控制點由LPS用光束法空中三角測量處理以確定影像的外方位參數。測區控制點的布設方式使得LPS可以自動計算方位參數的初始值。因為相機實驗之前已進行標定，在空三測量時相機的內部參數作為改正數保持不變。而后LPS自動地形工具利用光束法空中三角測量的結果生成不規則三角網用于生成DEM。
三、實驗結果及分析
。
四、結論
通過以上實驗結果可以得出，由加入約束條件方程如距離或高程差的近景攝影測量方法得到的地理模型精度較高，精度檢驗實驗中兩步法生成DEM計算所得結果的最大LEM為3.4mm。由近景攝影測量方法獲得的控制點的坐標與全站儀測量得到的坐標相比，在X和Y方向的最大偏差在±20mm以內，而在Z軸方向的偏差能達到±10mm的精度。因此使用條件約束方程，如距離和高程差的光束法近景攝影測量法能夠提高計算得到的控制點精度。
參考文獻：
[1]測繪科學數字近景攝影測量在高速公路邊坡物理模型變形測量中的應用.李 欣，李樹文，王樹根，任偉中.2011.09 ，36（5）
[2]多基線數字近景攝影測量系統測圖作業方法探索.繆志選，李祖鋒，巨天力，鹿恩峰.西北水電，2010，4：21-23
[3]多基線-近景攝影測量.張祖勛，楊生春，張劍清，柯濤.地理空間信息，2007，5（1）：1-4
[4]于希娟.雙目立體視覺技術的理論研究與程序實現.碩士學位論文，北京：華北電力大學，2004，4-5：42-43.
[5]計算機視覺―計算理論與算法基礎[M]. 馬頌德，張正友.北京：科學出版社，1998.
論文關鍵詞:原圖處理數字化繪圖數字攝影測量技術
論文摘要:文章根據工作中的一些實踐,簡要介紹了數字化技術在原圖處理和攝影測量中的應用特點和一些要注意的方面,希望能給同行們作一些經驗參考。
傳統工程測量技術的服務領域主要包括水利、交通、建筑等行業,隨著計算機、網絡技術的發展、測量儀器的智能化,數字化測繪技術得到了廣泛的應用,而全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數字化測繪和地面測量先進技術的發展,測量數據采集和處理的逐漸自動化、實時化和數字化,工程測量的服務領域也應進一步延伸,以滿足不斷提高的社會需要。
一、數字化技術在原圖處理中的應用
(一)原圖數字化處理
在建立各種GIS系統時,需要對原有地圖進行數字化處理,對于原始地圖,若其現勢性、精度和比例尺能滿足要求,就可以利用數字化儀對其進行數字化處理工作。當前主要有手扶跟蹤數字化和掃描矢量化、GPS數據輸入三種方法,手扶跟蹤數字化需要的儀器為計算機,數字化儀及相關軟件,是較早的一種數字化輸入方法,輸入速度較慢,勞動強度也較大。掃描矢量化是通過掃描儀輸入掃描圖像,然后通過矢量跟蹤,確定實體的空間位置。隨著掃描儀的普及和矢量化軟件的不斷升級,其作業方法越來越趨于自動化,它是一種省時,高效的數據輸入方法。GPS輸入是依據GPS工具能確定地球表面圖形精確位置,由于它測定的是三維空間位置的數字,因此不需作任何轉換,可直接輸入數據庫,目前主要是應用RTK(RealTimeKinematics-實時動態)技術,它是在GPS基礎上發展起來的、能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果,并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式,通過將1臺GPS接收機安裝在已知點上對GPS衛星進行觀測,將采集的載波相位觀測量調制到基準站電臺的載波上,再通過基準站電臺發射出去;流動站在對GPS衛星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時,也接收由基準站電臺發射的信號,經解調得到基準站的載波相位觀測量,流動站的GPS接收機再利用0TF(運動中求解整周模糊度)技術由基準站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度,最后求出厘米級精度流動站的位置。應用這種測量方法測量可以不布設各級控制點,僅依據一定數量的基準控制點,便可以高精度快速地測定圖根控制點、界址點、地形點、地物點的坐標,利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時,也可以根據已有的數據成果快速地進行施工放樣。而實際應用得較多的主要是數字掃描矢量化軟件,針對大比例尺地形圖,大多數掃描矢量化軟件能自動提取多邊形信息,高效、便捷、保真的對地圖進行數字化處理。下面簡單介紹MAPCAD軟件的原圖數字化處理作業流程。
(二)數字化原圖作業流程
由于MAPCAD軟件掃描矢量化輸入方法具有圖像清晰、編輯方便、易于轉換等特點一般外設精度都能滿足,所以地形圖的精度主要取決于人工跟蹤精度和輸出設備精度,而人工跟蹤精度主要取決于作業人員的技能掌握熟練程度和工作態度,所以必須在加強作業人員基本技能培訓上下工夫,要求工作人員嚴格按矢量化方案作業,確保圖件的精度和質量高于國家現行數字化測圖規范所規定的數字化精度和質量。在工程測量實踐中,要做好地形圖外業測點與數字化圖縮放相結合、符號圖層的劃分子圖、線型符號庫的設計等工作保證滿足工程進度的同時又節約項目經費,設計出的數字地圖簡單易用、美觀整潔、易于使用地形圖的工作人員判讀。
二、數字化繪圖
(一)數字化繪圖的特點
大比例尺地形圖和工程圖的測繪是傳統工程測量的重要內容,數字化繪圖克服了手工繪圖存在的許多弊端,如工作量大,作業艱苦,作業程序復雜,煩瑣的內業數據處理和繪圖工作,成圖周期長,產品單一等缺點,符合現代飛速發展的工程需要。目前,數字化成圖技術主要有內外業一體化和電子平板兩種模式。內外業一體化是一種外業數據采集方法,主要設備是全站儀、電子手簿等,其特點是精度高、內外業分工明確、便于人員分配,從而具有較高的成圖效率。具有以下的特點:
1.一測多用:如在一些綜合性較強的工程中需要對同一地形圖繪制不同比例尺的地形圖,過去的平板測圖方法則需要重復工作,而數字化測圖則可以同時根據完成的地形圖繪制不同比例尺的多個地形圖,因為往往小比例尺包含了大比例尺地形圖測圖范圍。僅需先測大比例尺圖范圍,再補充小比例尺測圖范圍即可滿足各不同專業人員對不同比例尺的地形圖的需要。
2.精度高:數字化成圖系統在外業采集數據時,利用全站儀現場自動采集地形地物點的三維坐標,并自動存儲,在內業數據處理時,完全保持了外業測量的精度,消除了人為的錯誤及誤差來源,而且外業工作省略了讀數、計算、展點繪圖等外業工序,減少了作業人員,外業工效大大提高,時間縮短,直接生產成本大幅度下降。
3.勞動強度:小數字化成圖的過程,減輕了作業人員的勞動強度,使生產周期大大縮短,能及時滿足用戶的要求。
4.便于保存管理及更新方便:數字化產品既可以存儲在軟盤上,也可以通過繪圖儀繪在所需的圖紙上,線條、線劃粗細均勻,注記、字體工整,圖面整齊、美觀。且便于修改,能更好地保證圖形的現勢性和不變形性,避免重復測繪造成的浪費,增加地形圖的實用性和用戶的廣泛性。
(二)外業數據的采集
在采集數據時,數據采集人員要準確應用地物代碼,以免在內業成圖時出現錯誤;在觀測開始時,相關工作人員需嚴格按照要求應對測站點進行檢查,跑尺人員應嚴格按照自動成圖的要求作業,確保能完整地描述地形地貌的特征點,必須通過繪制草圖來表明各個地物碎部點的屬性及相互關系,測量坎子時,要量取坎子比高,坎下也要進行地形點采集。當一個測區完成后,如果有必要可把數據備份。
(三)繪制內業數據處理
無論是工程進程各階段的測量工作,還是不同工程的測量工作,都需要根據誤差分析和測量平差理論選擇適當的測量手段,并對測量成果進行處理和分析。
三、工程測量中的數字攝影測量技術
數字攝影測量是基于數字影像與攝影測量的基本原理,應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法。就攝影測量本身而言,從測繪的角度上來看數字攝影測量還是利用影像來進行測繪的科學與技術;而從信息科學和計算機視覺科學的角度來看,它是利用影像來重建三維表面模型的科學與技術,也就是在“室內”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進行測繪,從本質上來說,它與原來的攝影測量沒有區別。因而,在數字攝影測量系統中,整個的生產流程與作業方式,和傳統的攝影測量差別似乎不大,但是它給傳統的攝影測量帶來了重大的變革。
目前通過在空中利用數字攝影機所獲得的數字影像,內業使用專門的航測軟件處理,進行的航空攝影測量是大面積、大比例尺地形測圖、地籍測量的重要手段與方法,在計算機上對數字影像進行像對匹配,建立地面的數字模型,再通過專用的軟件來獲得數字地圖。該方法的特點是可將大量的外業測量工作移到室內完成,它具有成圖速度快、精度高而均勻、成本低,不受氣候及季節的限制等優點。特別適合于城市密集地區的大面積成圖。但是該方法的初期投入較大,如果一個測區較小,它的成本就顯得較高。但可以說是今后數字測圖的一個重要發展方向,未來社會要求的是可以提供數字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產品。并且隨著全數字攝影工作站的出現,加上GPS技術在攝影測量中的應用,使得攝影測量向自動化、數字化方向邁進。
關鍵詞：高職工程測量技術 人才培養模式實踐教學改革
中圖分類號： TB22 文獻標識碼： A
近年來，隨著“3S”技術（全球定位系統GPS技術、地理信息系統GIS技術、攝影測量與遙感RS技術）的廣泛應用，工程測量技術也發生著實質性的變化。那么對工程測量技術人員也有著更高的要求。原有的人才培養模式下培養出來的工程測量人員已不適應當前市場對工程測量人才的需求。
因此，對原有工程測量人才的培養模式進行一次改革勢在必行。
一、工程測量人才需求狀況分析
工程測量技術人員須有扎實的基礎理論知識，對工程常用的測量儀器能夠熟練使用。同時具備強的計算機應用能力，綜合運用專業知識解決實際問題的能力以及良好的職業素養和職業道德。
近年來，國家經濟建設飛速發展，各行業對測量專業復合型人才需求是不斷增大。同時各省市水利、土地、工程建筑等行業對工程測量技術人才需求量加大。各用人單位急需掌握新技術的應用型工程測量人才。然而在這種量的需求增加的同時對工程測量人才的質的要求也越來越高。
二、測量專業人才實踐能力的重要性
工程測量技術專業是實踐性很強的專業。實踐教學是教學環節中的重要一環。其重點在于強調實踐性和應用型。根據企事業用人單位對工程測量技術人才的反饋意見，用人單位對學生的實踐動手能力及學習新知識，掌握新技術能力要求較高。因此，測量人員的實踐能力是非常重要的，是每一位合格的測量人員必須具備的專業素養。
三、“2+1”人才培養模式
“2+1”人才培養模式是“工學結合”教學模式的一種具體體現，主要應用于高職高專院校。學生在學校的前兩年進行基礎知識和技能訓練，最后一年到企事業單位參加頂崗實習。通過這種方式使學生在學習好專業知識的同時積累生產工作經驗，實現學生畢業后知識能力與崗位需求的無縫對接。
四、測量專業實踐教學改革
（一）改革實踐教學體系
根據工程測量技術專業的教學目標及崗位需求，應構建起“夯實基礎，加強能力”的實踐教學體系，使實踐教學循序漸進。早期實訓課程以提升學生專業興趣為目標，鞏固學生專業基礎理論知識與實踐動手能力為基礎。專業應用實踐課程注重提升應用實踐技能培養，以幫助學生更好地理解各種專業技術在實踐中的應用情況，培養學生對實際問題的分析與解決能力。
（二）改革畢業設計（論文）教學模式
畢業設計（論文）是高職高專學生培養方案中的一個必修的教學環節，目的在于總結專業學習的成果，培養學生綜合應用所學專業知識解決實際問題的能力。畢業設計（論文）應推行校企聯合指導畢業生進行畢業設計（論文）。學生在最后一年進行頂崗實習，學生在單位實習期間由單位的技術人員與教師共同指導學生，確定學生畢業設計（論文）的中心內容。這樣畢業實習與畢業設計相輔相成，同時學生通過畢業實習、收集資料、學習方法、解決問題進而完成畢業設計（論文）。
[1]歐龍.高職工程測量技術專業“2+1”人才培養模式下“地籍測量”課程教學改革探討[J].全球定位系統，2013,(02).38
科技教育活動作為素質教育理念施行的重要手段之一，是以實踐項目為載體，以發展學生的科學精神、知識與技能、方法與能力、行為與習慣為目的的教育活動。長期以來，一線教育工作者在組織科技教育活動時，往往面臨著度淺（活動研究深度不夠）、面窄（活動參與人數較少）等諸多的困擾。根據“多元智能理論”“豐富教學模式”的指導，針對不同智能類型、不同能力水平的學生設計不同方向、深度的項目活動，可以在一定程度上解決上述困擾。下面，我們以“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”為例，談談如何基于項目來實施分層次的科技教育活動。
一、活動背景
光污染是繼水、氣、聲和渣污染之后的一種新型污染，主要包括白亮污染、人工白晝和彩光污染。光污染的影響首先在于破壞天文觀測環境，歷史上天文臺因此而被迫搬遷的案例屢見不鮮。英國格林尼治天文臺早在1948年就為躲避光污染和大氣污染而遷往東南沿海環境優美、觀測條件更好的赫斯特蒙蘇堡地區。在美國、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等國，多個著名天文臺都曾幾次遷址。我國紫金山天文臺的觀測工作也全部轉移到了其他觀測站點，紫臺園區則已改建為天文博物館，以天文科普和天文旅游為主，僅保留了少量與太陽觀測有關的科研工作。
光污染的影響其實并不局限于天文觀測。居高不下的學生近視率、迷途的海龜幼崽、撞上玻璃幕墻的飛鳥、爆發性增殖的水藻、能源緊缺與氣候變暖，這些看似并無關聯的人與事，其實背后都與燈光之擾息息相關。
作為長三角地區的重要城市之一――無錫的光污染較為嚴重。在距市中心三陽廣場約6.2公里遠的天一中學校園里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天權是看不到的，獅子座的鐮刀是認不全的……在距三陽廣場16.9公里遠的斗山山頂，連仙女座大星系M31和獵戶座大星云M42都僅能勉強分辨，山腳下的路燈和遠近城鎮的光源清晰可見，天空泛著淺淺的灰白色……在與市區間隔有10公里的太湖十八灣地區竟連天頂附近的銀河都徹夜不現，三角座星系M33也必須要通過雙筒鏡才能被觀察到……
為提高學生及公眾對光污染的認識，學校針對性地引進了一批測光儀，并依托天一天文社加賀谷穰工作室（文化宣傳部）、達蓋爾工作室（學術委員會）、伽利略工作室（普及委員會）和斯科特工作室（項目辦公室），設計了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”，策劃并實施了多個文宣、教育、科普和研究性項目。
二、活動目標
知識與技能：
1.理解夜空光度、光污染的概念，了解導致夜空光度增大的主要原因。
2.掌握夜空光度分級的方法，并能運用器材測量夜空光度值。
3.了解背景光對天文觀測的影響，
學會設計反映此原理的科普實驗。
過程與方法：
1.開展觀星活動、光污染攝影與夜空光度測量活動，掌握天文觀測及夜空光度測量的基本方法。
2.了解策劃、組織活動的過程，學會科學研究的一般方法，實驗設計的一般結構。
情感、態度和價值觀：
1.了解城市對自然地理環境的改變，不合理的城市亮化帶來的環境問題，敢于解決問題。
2.在活動中，提升科學素養，發展科學思維、合作創新精神。
三、參與對象與活動形式
活動對象以天一天文社社員為主體，包括國際分社約40人，少年分社約40人，高中分社約70人，榮譽分社約20人。此外，還包括無錫市中小學天文聯合會（錫天聯）下屬成員學校約150人，以及其他相關單位的學生約300人。
活動主體――天一天文社社員參與了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環節的活動，包括項目研究、實驗設計、科普觀測和攝影活動。錫天聯成員學校、無錫市少年宮等其他相關單位的學生主要參與了科普觀測和攝影活動。
四、活動的重點、難點、創新點
活動重點：搭建天文研究平臺，以光污染研究為抓手，調動學生積極性，讓更多的學生參與到天文活動中來。
活動難點：城市夜空光度測量研
究，光污染相關實驗設計。
活動創新點：由中學發起并組織
的使用國際頂尖測光儀對城市進行高覆蓋度的夜空光度測量研究，夜天光監測站點建設在世界范圍內都具有唯一性；由中學生開展科普實驗設計與教材編寫同樣具有開創性；以光污染為主題的攝影大賽在當今世界也是少見的。
五、可利用的各類科技教育資源
1.技術指導：中科院紫金山天文臺科普部、北京師范大學天文系高爽老師、國家天文臺劉博洋博士等以技術顧問的身份，參與了“城市夜空光度測量”的相關活動指導。此外，南京大學、中國科技大學、北京天文館的專家教授們也曾多次來校指導天文課程建設。
2.團隊建設：錫天聯成員學校、無錫市少年宮等作為天一天文社緊密的合作伙伴，不僅為開展與夜空光度相關的科普活動提供了場地與學生支持，而且還有一批教師參與共同開展天文教研活動，形成了教研團隊。
3.資金支持：天一中學為開展天文教育投入了大量的資金，已多批次采購天文實驗器材如望遠鏡、測光儀、相機、野營設備、圖書等，并已建設完成天文創新實驗室一間；天文創新實驗室作為學校“STS綜合創新課程基地”的重要組成部分，還得到了省市區各級教育部門的專項建設資金支持；錫天聯成員學校、無錫市少年宮等單位也配套投入了相關的天文基地建設。
六、活動內容
“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環節的活動，包括項目研究、實驗設計、觀測實踐和攝影活動等多個層次，分別由天一天文社斯科特工作室（項目辦公室）、伽利略工作室（普及委員會）、達蓋爾工作室（學術委員會）和加賀谷穰工作室（文化宣傳部）等四大工作室具體負責。表1為各工作室的智能類型列表。
（一）主題活動一：城市夜空光度測量（項目研究）
1.選題背景及意義：
無錫作為長三角地區的重要城市之一，經濟發達，城市光污染情況總體比較嚴重，但是不同區域的污染程度也存在明顯差異。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指標，通過使用專門的測光儀器，對無錫城區進行高覆蓋度的光度測量，從而了解無錫城區整體的污染程度，不同區域的污染水平差異，以及分析光污染產生的背景，并嘗試提出防治的建議，有利于提高公眾對光污染的認識，也能為城市管理部門在優化城市燈光設置時提供參考。
2.活動過程和步驟：
（1）編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案。指導學生收集、整理與夜空光度測量相關的研究論文及其他材料，對“光污染”“夜空光度”等概念進行界定，并組織編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案，就測量時間、地點、方法及報告填寫的格式予以統一規范。
（2）撰寫開題報告。指導學生撰寫《無錫城市夜空光度測量》開題報告，對研究背景、要解決的問題、選題意義及研究價值，核心概念的界定、相關現狀、參考文獻，研究目標、研究內容、研究假設，研究思路、研究計劃，預期成果等內容進行項目論證。經論證后的項目被中國教育學會地理教學專業委員會研究性學習課題專家組立項。
（3）開展測量活動。指導學生開展城市夜空光度測量活動，具體步驟有：
①儀器編號：為支持本課題組
的研究工作，學校從加拿大購置了9臺SQM測光儀，并予以編號（以分辨儀器本身存在的機械誤差）。
②路線設計：將無錫市區劃分為
不同的片區，并設計好測光的具體行
進路線和測光任務。
③實地測量：將課題組成員分成不同的小組，每組由3人組成，分別負責儀器操作、數據記錄和坐標定位，每個坐標點測5個數據，以減小誤差。
④數據處理：將測光所得的數據（經度、緯度、時間、測光值）輸入EXCEL表格，進行誤差分析，取平均值，得到各坐標點夜空光亮度的最終值。
（4）撰寫結題論文。指導學生根據開題報告中預期成果的要求對收集的數據進行不同角度的分析，并將結論撰寫成結題論文《無錫城市夜空光度測量研究》。結題論文主要結構包括：夜空光概述，測量儀器及方法，數據分析及測量結果（數據測量與分析步驟、夜空光亮度的地區分異、夜空光亮度的地區變化、夜空光亮度的地平高度及方位分異、夜空光亮度的時間變化），反思及討論等。于2015年第4期《地理教學》雜志。
3.活動效果及呈現方式：
活動進行過程中及之后，我們得到了諸多媒體的關注：指導教師受邀赴上海復旦大學為2015年第六屆全國天文社團發展論壇作了《也談高中天文社團建設》的專題報告，赴江陰為2015年第二屆無錫市高中生峰會作了《城市天文學》的專題報告。項目組還收到了國際天文學聯合會普及工作委員會及香港大學物理系的邀請函，受邀加入國際夜空光度監測網絡并赴香港大學開展項目交流與培訓。
在前期活動的基礎上，天一天文社發起成立了錫天聯、無錫城市夜空光度監測網絡兩個組織，吸引了南菁中學、青陽中學、山明中學、旺莊實驗小學等多家單位參與，將在無錫建設若干城市夜空光度監測站，并以此為抓手，開展進一步的天文教育活動。
（二）主題活動二：光學相關實驗設計（科普實驗）
1.選題背景及意義：
激發學生對科學的熱情，培養并學習掌握科學研究的方法與技能是我國進行素質教育的目的之一。科學研究的方法和技能至少應包括：分析和觀察周圍世界的技能，發現問題、提出問題、作出假設、安排實驗的技能，真實地記錄觀察結果與數據的技能，按照正確方法處理數據的技能。
天文因為不屬于中小學必修課程而不被大多數學生所了解，中學階段非常缺乏天文科普實驗或科技制作的教學內容，非常有必要利用天一天文社的資源優勢整理、設計一些科普天文實驗或制作，這些源自我們身邊的天文科學知識將極大地激發學生對天文的興趣，增加他們對天文的認識，促進天文知識在基礎教育階段的普及。
2.活動過程和步驟：
（1）編寫“光學相關實驗設計”模板。指導學生學習《高中物理實驗手冊》等專業書籍，在此基礎上，編寫“光污染相關實驗設計”模板：活動目標、概念與方法、材料準備、活動步驟、活動建議、活動拓展等，同時，設計一份樣稿《在微光中辨認顏色》。
（2）開展“光學相關實驗設計”。指導學生開展“光學相關實驗設計”，具體步驟有：
①創意征集：發動學生提出光學
相關實驗（及制作）設計的創意，組織人員從投稿的創意中精選可操作性較高的方案。
②方案編寫：制訂編寫計劃，并為課題組每一位學生分配編寫方案（草案），指導他們根據模板和樣稿的格式及要求進行方案編寫。
③實驗驗證：將課題組成員分成不同的小組，每組2人，以小組為單位對所編寫的方案進行實驗驗證。
（3）組織“光學相關實驗設計”比賽。面向全校師生組織開展“光學相關實驗設計”比賽，吸引對天文有興趣、樂于動手實踐的學生參加“在微光中辨認顏色”“彗星為什么長尾巴”“簡易望遠鏡制作”等比賽，并評優頒獎。
（4）舉辦“光學相關實驗設計”科普活動。面向錫天聯成員學校、無錫市少年宮及無錫地區其他中小學、幼兒園開展“光學相關實驗設計”科普活動，針對不同年齡階段的受眾舉辦光污染科普講座或科普游戲。
3.活動效果及呈現方式：
學生編寫的“光學相關實驗設計”將被編入校本教材《中小學生天文學習指南3》，這是一本專門介紹天文相關科普實驗及科技制作的教材，受眾定位為中小學天好者及天文指導教師。
上述科普實驗及科技制作被引入天文社“宇宙意識”少兒天文科普項目及“天文全球化”社區天文科普項目，作為寓教于樂的教學素材向少年兒童及社區的天好者推廣。
（三）主題活動三：星空光害旅行團（觀測實踐）
1.選題背景及意義：
對業余天好者來說，觀星是極大的樂趣所在。然而，嚴重的光污染正將燦爛的星空從我們身邊
奪走。
為便于普通學生及其他業余天好者通過對比觀測，直觀地了解無錫各地的光污染情況，我們依托天一天文社組織的“天一觀星營”項目，開展了“星空光害旅行團”活動，帶領旅行團的團員們利用晚上的時間，去往錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數目，從而普及光污染的防治意識、夜空光度的概念。
2.活動過程和步驟：
（1）編寫觀測方案。指導學生編寫觀測方案，使用最常見的目視極限星等法，即通過肉眼能觀察到的最暗星等來進行估算：選擇2個或2個以上地平高度大于40°的定標天區，數出該天區內能觀察到的恒星數目，與國際流星組織提供的表格對應來確定極限星等。同時，為便于零天文基礎的團員參與，我們設計了簡易觀測法，請同學們觀測標志性星座所在天區的恒星數量，來比較不同地點的光污染程度。
（2）開展觀測實踐。帶領旅行團的團員們利用晚上的時間，去往無錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數目。具體觀測過的地點有太湖廣場、馨和苑廣場、天一中學、斗山、保利廣場、崇安寺廣場、南禪寺廣場、安鎮高鐵新城、太湖十八灣等。（見圖9、圖10）
3.活動效果及呈現方式：
通過“星空光害旅行團”活動，結識了一批無錫地區的成年及未成年業余天好者。以此為抓手，天一天文社發起成立了“無錫市業余天
好者協會”QQ群。以此活動為素材撰寫的《星星都去哪兒了》發表在《天好者》雜志2016年第2期。
（四）主題活動四：光污染攝影大賽（文化藝術）
1.選題背景及意義：
為推動公眾思考光污染在無錫及其所在社區的狀況，讓公眾參與光污染活動，我們發起了“光污染攝影大賽”活動。邀請公眾使用攝影設備捕捉各種光污染的畫面，從而了解及思考無錫地區乃至全世界日益嚴重的光污染問題。比賽主題分為：光污染與生態、光污染與健康、光污染與能源、光污染的分布、光污染的來源等。評選標準主要有：攝影照片視覺美感、作品說明表達技巧、光污染意涵、手法創意等。
2.活動過程和步驟：
指導學生起草“光污染攝影大賽章程”，包括組織單位、大賽目的、比賽主題、參賽資格、參賽設備、照片格式、相關權益、比賽日程、評選規則等。
章程起草完畢后，通過錫天聯官網、錫天聯微信公眾號（AUWS2015）、無錫市業余天好者協會QQ群（91462404）、牧夫天文論壇無錫天協專版等渠道向外比賽信息。
投稿截止后，組織專家對作品進行評審，并舉辦頒獎儀式。
3.活動效果及呈現方式：
通過光污染攝影比賽，一方面間接了解了無錫地區光污染的來源、分布情況，另一方面，在公眾中對光污染進行了有效的宣傳與普及。光污染攝影作品還被制作成海報，用于專題展覽。
七、活動可能出現的問題及解決預案
1.項目研究中的技術問題：
考慮到光污染問題在大陸地區的研究仍處于起步階段，即便在世界范圍內也未引起足夠的重視，我們在開展夜空光度測量時會遇到各種各樣的技術問題。對此我們的解決方案主要是：
（1）開題報告與測量指南兩個指
導性文件必須花大力氣保證質量，保證指導性和可操作性。
（2）爭取學校在測光儀采購上的
支持，以及年級組、班主任在學生活動時間上的支持。
（3）遇到實在難以解決的技術問題，請教中科院紫金山天文臺等相關研究機構。
2.科普實驗中的素材問題：
中學生的專業知識儲備畢竟是有限的，對生活的觀察能力也仍有待提高，這直接導致了科普實驗素材的缺乏。對此我們的解決方案主要是：
（1）大量、深度閱讀中小學階段及國外的實驗手冊，學習實驗編寫的一般結構，積累與光學相關的實驗和科技制作素材。
（2）通過天文科普書籍和天文歷
史故事，尋求實驗和科技制作素材。
（3）面向全校發起光污染相關實
驗和科技制作素材的征集活動。
3.觀測實踐中的安全問題：
夜間開展天文觀測實踐活動遇到的最大挑戰是人身與財產安全問題，很多學生、家長或教師不支持天文活動也主要是對此有深深的顧慮。對此我們的解決方案主要是：
（1）與參加活動的學生簽訂合同，
并要求學校同意、學生簽字、家長簽字。
（2）統一、強制購買意外險，分擔風險。
（3）與有資質、口碑好的旅行社合作，聯系包車或食宿。
（4）對每一個觀測地點進行事先
的實地探訪，確保觀測地的安全性，遠離陡坡與水體。
4.攝影大賽中的發動問題：
攝影大賽看似簡單，就是摁一下快門的事。但真正要發動公眾參加，激發大家的熱情卻并不是一件簡單的事。對此我們的解決方案主要是：
（1）通過錫天聯成員學校的天文
指導教師，發動學生中的天好者參賽。
（2）通過官網、微信公眾號、QQ群等網絡平臺推送攝影大賽比賽通知。
（3）積極聯系贊助，為獲獎選手準備證書、獎杯及獎品。
八、效果評價標準與方式
在評價的過程中，堅持“主體多元”“方式多樣”“向度多維”等原則。
1.主體多元：
在活動過程中，要求學生首先進行自評和互評，不同組別之間也可以進行他評。這有利于加深學生對評價標準的認識與理解，可以促進學生自我反思和自我發展。教師在此基礎上，對學生自評、互評及他評進行再評價，保證了評價的指導性。
2.方式多樣：
在活動過程中，靈活運用即時評價與延時評價。即時評價有利于表揚先進，糾正缺陷；延時評價則體現了尊重、關愛與期待。此外，還將口頭評價與書面評價，一次評價與多次評價，診斷性評價、過程性評價與終結性評價等多樣化的評價方式相結合，以保護學生的積極性，強化學生的成就感。
3.向度多維：
