遥感教程第11-1页¶
A TIP TO THE USER: MANY OF THE IMAGES IN THIS SECTION ARE STEREO PAIRS. SOME PEOPLE CAN SEE THESE IN 3-D DIRECTLY FROM THE SCREEN, WITH UNAIDED EYES, BUT MOST NEED A STEREOSCOPE TO VIEW A PAIR. WE SUGGEST THAT YOU PRINT OUT A PAIR AND EXAMINE THEM WITH A STEREOSCOPE (OR BY THE VIEWING TECHNIQUE DESCRIBED LATER IN THE TEXT). IF IT STILL DOES NOT FUSE INTO 3-D, THEN CUT THE PAIR APART AND MOVE ONE RELATIVE TO THE OTHER WHEN PLACED SIDE BY SIDE UNTIL THE 3-D EFFECT IS CLEAR.
注：如果你没有立体镜，没有立体镜就看不见三维图像，那么你就无法回答其中的一些问题。跳过它们，或者至少阅读它们的答案。
One major topic that is customarily included in any review of Photogrammetry (Page 10-3) is that of experiencing the three-dimensional nature of objects that we see directly with our eyes. This stereo capability is vital to our sensual power to negotiate the world about us - for example, we must be aware of the depths or distances of objects before us as we move about. It is possible to duplicate this sense of stereo using aerial or space imagery. Normally, this requires two images offset along the direction of the flight line (or through sidelap) that each share part of the same scene but visualized from different angles. This mimics the way in which our eyes see from slightly different angles, owing to the distance apart between the eye pair. This Section examines what stereo is and how it is produced through sets of imagery. Its application to producing topography maps (also doable using altimetry) is a main topic. The first page reviews types of maps and map projections and introduces concepts of contours as seen on topographic maps.
从空间确定地形¶
在地图上描绘地球表面特征的方法¶
大多数“俯视”遥感都集中在地球表面。当然，最大的例外是对大气的遥感。一些地表特征很明显，如树梢、建筑物顶部等。在陆地上，真正的自然表面通常是土壤或岩石。在海洋上，显然是海平面，尽管我们可以说海底是固体陆地表面的延续。这些表面的一个决定性特征是其成分的性质，通常是岩石/土壤、水、植被或人造覆盖物。这些材料是目标的组成部分，通过形式和用途进一步定义，我们试图通过对目标发出的电磁辐射进行采样，利用遥感设备来识别目标。
` <>`__11-1: Such features appear two-dimensional in an aerial or space photo, although one often can get a sense of three-dimensionality from either shadowing effects or the psychology of recognizing a feature and knowing (commonly, intuitively) that it has a definite shape that we recognize as 3-D. Mention several advantages of being able to see a surface and objects thereon in three-dimensions. `ANSWER <Sect11_zanswers.html#11-1>`__ ****
地球表面在大距离上并不平坦，而且通常，甚至在局部也不平坦。地球球体的表面连续性随参考形状而变化或波动。事实上，测量表明地球的总形状不是真正的球体，即表面上的所有点与几何中心的距离都不相等。相反，它是一个扁椭球体，其中极区的半径略小于赤道带的半径，因为它的内部物质在地球自转产生的离心力的作用下向外膨胀。位于地壳和外地幔中的大块致密岩土进一步改变了这个椭球面。
这个修正的椭球体产生了 大地水准面 当重力拉动这些质量时，表面在椭球体下方或上方呈宽曲线的图形。我们将大地水准面定义为地球仪假设的形状，假设重力在地球表面的所有点都是恒定的。在海洋中，这种形状几乎与平均海平面一致（见下文）。大地测量学是一门研究地球形状的科学，它告诉我们大地水准面与椭球体之间的距离，在全球范围内，椭球体的距离一般在-100到+70米之间。大地测量技术最初包括实地重力测量，在过去的40年中，其精度取决于由重力变化引起的卫星轨道扰动引起的。即使是这种形状也不能准确地描述地表的真实状态，因为海平面在不同的地方会发生轻微的变化，因为风会使水体膨胀，热膨胀，潮汐等。由于构造和均衡变形以及侵蚀，陆地形状会进一步发生变化。相对于大地水准面升高、降低和倾斜表面。尤其是在陆地上，如果理想地调整到重力，这些地表变化可能与它们所假设的位置不同步。与椭球体、大地水准面和陆地/海洋底面相关的表面之间的关系在下一张图中很明显。在这里，一部分外部全球内部的横截面显示了两个“OID”的平滑曲线和概括洋底和大陆表面轮廓的不规则轮廓。
` <>`__11-2: The geoid is itself not the actual surface but a gravitational approximation. If the maximum relief on the Earth's true surface is set as the difference in elevation from the high point (Mt Everest in the Himalayas, at just over 29000 ft) and the low point (about 36200 feet below sea level in the Marianas trench (Pacific Ocean), express this difference in elevation (relief), and thus an up-down (radial) departure from a true sphere as a percentage of the Earth's average radius (3980 miles). `ANSWER <Sect11_zanswers.html#11-2>`__
地图制图 是将选定区域的地球表面映射到纸上（通常）的专业。一 平面的 地图显示了位于参考（基准）平面上方或下方不同高度的表面上的位置和特征。在它们的相对位置上，它们看起来像投影到X-Y（水平）坐标系上。地图上的每个点对应于地球表面的一个点。然而，这些表面点分布在地球的曲面上。因此，要定位这些点，我们必须参考地理坐标或网格系统，最常见的是纬度和经度。纬度线与赤道平行，当我们向两极移动时，每一条都是一个连续的小圆圈。经线是子午线，是一个半径相等的大圆，它穿过磁极，垂直于所有的纬度线。
当我们将这些点投影到地图平面上时，我们会遇到沿曲面（拓扑扭曲）表示这些点的问题。制图员通过在球面几何和平面几何之间进行变换来解决这个问题。它们创建一个特定的投影，系统地将表面点（纬度和经度）传输到一个参考表面，例如一个圆柱体，包围着球体、一个圆锥体或一个与它的某些部分相切的平面，它们可以进一步“展开”成二维平面（地图）。球面上一个区域向平面的任何变换都会导致面积比例或形状的扭曲。不同的投影力求将其中一个或另一个变形最小化。 保角的 投影试图保持真实的形状：其中最著名的是 墨卡托 （圆柱形），它们在空间上的子午线相等，平行线在赤道附近变得更近。这种几何学倾向于扩大高纬度（靠近两极）的陆地面积。 Equal-area 投影，例如 古德同氯辛 ，通常有非直线的经度，可能有不寻常的轮廓。最适合代表极地区域的极性投影以北极或南极为中心，其周围是一系列同心圆（纬度）和从最外面的圆（地图轮廓）向外的直线径向线（经度）。根据投影类型，地图比例可以是恒定的，也可以是可变的。
` <>`__11-3: What does this notation mean: lat 34°12'31" S, long. 77°03'41' E? Is the length of 1° of latitude and 1° of longitude the same at the equator and near the poles? `ANSWER <Sect11_zanswers.html#11-3>`__
地形图与等高线概念
一旦连接到大地水准面上，测量员就测量确定内陆（或海底）的海拔高度。在陆地上，一个多世纪以来，他们一直使用经纬仪（Transits），这是一种测量角度的仪器，由一个水平自由旋转360°和垂直旋转0°到90°的望远镜组成。如今，他们可以使用激光束进行测距（确定测量点的方向、距离和高程）和全球定位系统进行定位。通过使用链条和视距杆，他们可以确定从仪器到测量点或测量站的水平距离和方向（方位或方位角），并具有高精度。他们沿着水平面测量直线，并用三角法计算点之间的垂直高程差。通过这种方式，他们可以从沿海海平面位置或已知三维位置的内陆点开始测量线，以建立基准点（精确确定地理位置和高程的点）。他们利用三角测量法和其他测量程序，开发由这些基准点固定的基线和延长线网，并逐渐扩展到整个区域，最终可能覆盖一个大陆。这些网络作为控制点，从中我们可以得到各种比例尺的地形图（因此也可以得到细节）。这些地图显示了通常的平面特征，包括经纬度坐标、特定比例和投影类型。
这些测量的附带用途之一是建立特定的地面控制点，以便在航拍照片中进行适当测量，特别是我们将看到的，当这些用于制作地形图时。这些控制点可以是水平或垂直控制点，或者两者都是。这些点必须在地面和照片中都能识别。例如，两条道路的有趣部分将实现这一功能，它们很容易位于地面上，通常在具有广泛比例尺（但不一定在中等分辨率或更低分辨率的空间图像中可见）的航空照片中易于识别。
第三维度的变化，从中可以预见表面曲率的变化，并计算表面上不同点的相对高度，可以用 轮廓线 . 等高线连接地图区域内所有等高点。想象一下这样一条线，想象一下你站在一座从平面上升的小山的底部，在一个海拔100米（328英尺）的山峰上。如果你绕着山脚走，一直保持在同一个高度，并且不知何故地追踪你的路径（比如画出你的轨迹线），你会得到一条线，类似于地图上的等高线。现在，如果你向山上移动一段固定的距离，比如说比底部高20米（66英尺），然后再绕着整个山走一圈，标出你的路线，你会得到另一条轮廓线，它的形状稍有不同。如果你继续以20米（垂直或高度）的间隔向上移动，每次在山上水平行走，并标出你的路线，当你接近山顶时，你的行走将是最小的长度，但仍将返回到最初的起点（已关闭）。当您从上面的高处查看这些记录道时，您将看到连续的记录道是一组同心闭合的线，每个内部的总长度比外部的较低的一条短。如果有标签，每一行的值比下一行高20米。如果底部被指定为零，则向上序列将经过20、40、60、80……，直到100 m的值。顶部可能比100高几米，例如105 m，并将绘制为最里面轮廓内的一个点。如果选择的基地位于海平面以上，比如说海拔120米，那么序列将是120…140…160…180…200…220米（顶点标记为225米）。
` <>`__11-4: Imagine drawing contours on the top half of your head. Starting at the top of your ears, you can trace a circle around your head (perhaps using a scissors to cut away hair along a very thin trace path). Then trace the next contour a quarter inch higher, and so forth, until you reach the top. From above what would this circle-line haircut look like? `ANSWER <Sect11_zanswers.html#11-4>`__