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高考申論題 112年 [測量製圖] 航空測量學與遙感探測

第 一 題

📖 題組:
共線條件(collinearity condition)是解析攝影測量的基礎,也是串連像片空間與物空間的橋梁,請回答下列問題。
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

繪圖說明共線條件。(5分)

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看到「共線條件」,應直指核心概念:「透視中心、像點與對應的地面物點,三點共線」。作答時務必以文字清楚描述如何繪製包含「像空間坐標系」與「物空間坐標系」的光路幾何圖,並點出其物理意義為理想針孔相機的成像光束路徑。

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【破題】共線條件(Collinearity Condition)是指在理想的中心透視投影成像幾何中,地面物點、相機透視中心(攝影中心)與底片上的對應像點,三點必須位在同一條直線上。 【論述】 一、幾何關係繪圖建議(考試作答時務必繪製此圖)

小題 (二)

推導並列出共線式。(需清楚說明各符號代表意義)(10分)

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看到「共線條件式推導」,應立刻在腦中浮現「透視中心、像點、物點三點共線」的光學幾何圖。解題時先在紙上畫出空間直角座標系示意圖,利用空間向量共線關係,搭配三維旋轉矩陣將地面座標轉換至像片空間,最後透過比例常數消去法,嚴謹地導出最終方程式並詳列參數定義。

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【解題思路】利用空間向量共線原理,結合三維正交旋轉矩陣,將地面(物空間)座標轉換為像片(像空間)座標,透過比例關係推導出共線條件式。 【詳解】 (建議作答時繪製共線幾何示意圖:標示物空間座標系 $O-XYZ$、像空間座標系 $S-xyz$、透視中心 $S$、像片上的像點 $p$、以及對應的地面物點 $P$,並畫出連線 $S-p-P$)

小題 (三)

說明如何以共線式解算後方交會,那些是未知數、那些是觀測量、那些是已知,至少需要多少個控制點。(5分)

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本題考查單張像片空間後方交會的基礎理論。看到題目應直指共線方程式的幾何意義(像點、投影中心、物點三點共線),清晰劃分數學模型中的觀測量、已知數及外方位元素(未知數),最後依據未知數總數推導所需的最少控制點數。

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【破題】 空間後方交會(Space Resection)係利用已知地面控制點及其對應之像點坐標,透過共線方程式反求像片拍攝瞬間攝影機之空間位置與姿態(即外方位元素)之過程。 【論述】

小題 (四)

說明如何以共線式解算前方交會,那些是未知數、那些是觀測量、那些是已知。(5分)

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看到前方交會,應立即聯想其目的為『已知內外方位,藉由同名像點求算地面點三維座標』。作答時先列出共線方程式,直接將變數對號入座分為未知數、觀測量與已知數,最後簡述線性化與最小平方法的解算邏輯即可穩拿這5分。

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【破題】 空間前方交會(Space Intersection)係指在相鄰兩張(或多張)重疊影像之內、外方位參數已知的情況下,利用觀測同名像點的像座標,透過共線條件方程式交會出對應地面點的三維空間座標。 【論述】

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