目 录 内容摘要 II第1章 绪论 11．1外方位元素在遥感中的作用 11.2外方位元素的获取方法 4第2章 外方位元素的获取方法 72.1 获取外方位元素的传统方式 72.2 直接地理参考中外方位元素应用和解求 15第3章 直接地理参考软件中外方位元素的求解 25第4章 结论 29参考文献 30致谢 31 内容摘要随着科学技术的进步，传统的测绘科学正发展成为以(GPS,RS,GIS)为代表的空间信息科学，与此同时数据获取与处理技术对我们也提出了更高的要求本文介绍了两种解算外方位元素的方法:传统的摄影测量方法和直接地理参考方法应用高精度定位定向系统(简称POS 系统)能够获取机载传感器的空间位置和三惟空间信息，从而定量化反演遥感信息获取过程，实现机载遥感直接对地定位 最后通过Pospac软件的应用，实现了遥感中外方位元素的求解关键词：全球定位系统，惯性导航系统，外方位元素，直接地理参考，定位定姿Abstract It is increasingly diffcult for the data acquirement and up data to meet the requirement ,while the traditional surveying growing into the spatial information science reprensengted bu GPS,RS and GIS. This paper introduces two ways of calculating exterior orientation elements.which include the ordinary way and the way of Direct Geo-reference.. By combination of GPS with Inertial Measurement Unit ( IMU) , Positioning Orientation System(POS) may conduct direct measurement of all parameters of the exterior orientation for airborne sensors so as torealize direct geo - referencing.. At last ,we actualize calculating of exrerior orientation elements on Romote-Sensing through the help of the Pospac sofeware.Keywords:GPS, INS, exterior orientation elements, DirectGeo-feference, integration.31第1章 绪论 1．1外方位元素在遥感中的作用1.1.1摄影测量与遥感的定义和特点摄影测量学有着悠久的历史，19 世纪中叶，摄影技术一经问世，便应用于测量，它从模拟摄影测量开始，经过解析摄影测量阶段，现在已经进入数字摄影测量阶段，当代的数字摄影测量是传统摄影测量与计算机视觉相结合的产物。
摄影测量的特点是通过图像对被摄目标进行间接量测，无须接触被摄物体本身这一间接量测的特点，以及摄影构像的几何特性和物理特性，使摄影测量具有如下优点：①量测工作绝大部分在室内进行，可以不受自然地理等条件的限制；②量测工作和信息获取在时间和空间上是独立的；③机械化和自动化程度较高；④从所获信息中可以任意选择所需要测量和处理的对象；⑤全部信息都可以作为文献储存遥感的信息资料还具有覆盖面积大，不受地区，国界的限制，信息获得快，能及时反映地面的动态变化等特点摄影测量与遥感的主要特点是在像片上进行量测和解译，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可摄得瞬间的动态物体影像像片及其他各种类型影像均是客观物体或目标的真实反映，信息丰富，逼真，人们可以从中获得物体的大量几何信息和物理信息遥感即遥远的感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术具体地讲，是指在高空和外空间的各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换和处理，提取有用的信息，实现研究地物空间现状，位置，性质，变化及其与环境的相互关系的一门现代应用技术科学空间中的电磁场，声场，势场等由于物体的存在而发生变化，测量这些场的变化就可以获得物体的信息，因而电磁波，机械波，重力场，地磁场都可以用左遥感。
例于：蝙蝠可以发射25000～70000 Hz的超强声波并接收这些声波的反射回波，进而它可以觅食或自由地飞行；人们利用重力场来探测地形变换或地质构造但目前的人们所说的“遥感”，一般是指电磁波遥感摄影测量由模拟摄影测量，解析摄影测量发展到数字摄影测量时代，已经从传统的测绘产业发展为新兴的信息产业摄影测量与遥感技术，GPS技术的联合应用，以及地理信息系统GIS的建立，更使其在国民经济和重大国情的调查研究，资源与环境的调查研究，自然灾害的监测和估计等诸多领域大有用武之地从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义是摄影测量与遥感的的主要任务在已取得影像匹配成果的基础上" 影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类"处理的对象既包括高分辨率影像"也包括高光谱影像!随着遥感数据量的增大"数据融合和信息融合技术愈渐成熟!压缩倍率高#速度快的影像数据压缩方法也已商业化! 随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现" 实时自动化检测已成为研究的一个热点! 自动变化检测研究包括利用新旧影像的对比，新影像与旧数字地图的对比来自动发现变化和更新数据库! 变化检测是先将新影像与旧影像$或数字地图%进行配准"然后再提取变化目标"这在精度#速度与自动化处理方面都有不足之处!目前的方法是将影像目标三维重建与变化检测一起进行"实现三维变化检测和自动更新!进一步的发展则是利用智能传感器"将数据处理在轨完成"而发送回来的直接为信息"而不一定为影像数据!1.1.2 摄影测量常用的坐标系摄影测量几何处理的任务是根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置，为次，首先必须选择适当的坐标系来定量地描述像点和地面点，然后，才能实现坐标系地变换，从像方量测值求出相应点在物方地坐标。
摄影测量中常用地坐标系有两大类，一类是用于描述像点地位置，称为像方空间坐标系；另一类是用于描述地面点地位置，称为物方空间坐标系常用的像方空间坐标系主要有以下几种：(1) 像平面坐标系 像平面坐标系是一种在像平面内的右旋直角平面坐标系，它用来表示像点在像平面内的位置通常以像主点作为坐标原点，以航线方向的一对框标连线作为x轴，y轴与x方向构成右手系，用小写字母o-xy表示2)像空间坐标系 像空间坐标系是一种右手空间直角坐标系，用来表示像点在像方空间的位置是一种便于进行坐标变换的过渡性坐标系坐标原点定义在摄影机物镜后节点，也就是投影中心S，x，y轴分别与像平面坐标系的x，y轴相平行，z轴与摄影方向线oS重合，向上为正，任一点的像空间坐标表示为（x、y、-f）像空间坐标系的几何意义在于确定像片摄影光束的形状3) 像空间辅助坐标系像点的像空间坐标直接以像平面坐标求得，但这钟坐标的特点是每张像片的像空间坐标系不统一，这给计算带来困难为此，需要建立一种相对统一的坐标系，称为像空间辅助坐标系，用S-XYZ表示坐标系的原定仍选在摄影中心S，坐标轴系的选择视需要而定，通常有三钟选取方法其一是取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成右手直角坐标系。
其二是以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系其三是以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系物方空间坐标系用于描述地面点在物方空间的位置，包括一下三种坐标系：(1)摄影测量坐标系摄影测量坐标系简称摄测坐标系，也是一种右手空间直角坐标系用以表示模型空间中各点的相应位置坐标原点定义在某一摄站或某已知点上， X坐标轴大体与航线方向一致；Y、Z轴任选与X轴构成右手系，Z轴为竖直向上 由于用像点坐标直接计算相应地面点的大地坐标比较困难，为了方便起见，在像空间坐标系与大地坐标系之间引入一种过渡坐标系，这样就在像空间坐标系与大地坐标系之间搭起一座桥梁，使得它们之间的转化更为方便这种过渡性质的坐标系统称为摄测坐标系在不同的场合，有不同的过渡坐标系，a. 航线坐标系b. 基线坐标系c. 地辅坐标系(2)地面测量坐标系 地面测量坐标系通常指地面投影坐标系，也就是国家测图所采用的高斯－克吕格3°带或6°带投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是左手系，用T-XtYtZt表示3) 地面辅助坐标系地面辅坐标系也是一种右手空间直角坐标系，是摄影测量计算中经常使用的一种过渡性的地面坐标系统，表示地面上各点的相关位置，就地面辅助坐标系的性质而言，可以将其视作摄测坐标系。
坐标系原点可以选在任一已知的地面点，Z轴必须处于铅垂的方向，XY坐标面必须为通过原点的水平面1.1.3航摄像片的内外方位元素用摄影测量方法，研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该物体与像片之间的数学关系为此，首先要确定航空摄影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系中的位置和姿态，描述这些位置和姿态的参数称为像片的方位元素其中，表示摄影中心与像片之间相关位置的参数称为内方位元素，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称为外方位元素内方位元素是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括3个参数，即摄影中心S到像片的垂距f及像主点o在像框坐标系中的坐标x0,y0.内方位元素值一般视为已知，它由制造厂家通过摄影机鉴定设备检验得到，检验的数据写在仪器说明书上在制造摄影机时，一般应将像主点置于框标连线交点上，但安装中有误差，所以内方位元素中的x0,y0是一个微小值内方位元素值的正确与否，直接影像测图的精度，因此对航摄机须作定期的鉴定 在恢复了内方位元素的基础上，确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外方位元素一张像片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值；另外三个是角元素，用于表达像片的空间姿态。
1.2外方位元素的获取方法1．2．1 传统的外方位元素的获取方式传统的摄影测量学是利用光学摄影摄影的像片，研究和确定被摄物品的形状，大小，位置，性质和相互关系的一门科学和技术它包括的内容有：获取被摄物体的影像，研究单张和多张影像的处理方法，包括理论，设备和技术，以及将所测得的成果以图解形式或数字形式输出的方法和设备若从1839年尼普斯和达意尔发明摄影术算起，摄影测量学已有150多年的历史，1851～1859年法国陆军上校劳斯达特提出和进行的交会摄影测量，被称为摄影测量学的真正起点由于当时飞机尚未发明，摄影测量的几何交会原理仅限于处理地面的正直投影，主要用来作建筑物摄影测量，而并不是用来进行地形测量1903年莱特兄弟发明了飞机，使航空摄影测量成为可能第一次世界大战中第一台航空摄。