遥感——RS
战争促进了RS的发展
小J最喜欢的藏品就是一本精美的相册。相册不仅装帧豪华，最珍贵的是相册记录了小J出生以后各个年龄段的写真。自从他来到人间的那一刻起，首张刚张开眼睛的裸体相片就醒目地装在扉页，现在念到高中了，回过头来看这张相片时，虽然有点羞涩，但他喜欢自己来到人间以后用清澈的双眸审视世界的纯真笑容，还有那圆嘟嘟的小手和小脚，透出鲜嫩的活力。他感谢爸爸和妈妈给了自己鲜活的生命，他也感激爷爷，正是日夜期盼新生命诞生的爷爷，给他留下了这张清纯自然的相片。
小J还常常翻看爷爷的相册，早期黑白风景相片，有些已经泛黄，但每张相片的构图都很精美，这些都是爷爷在野外工作时，顺便拍摄的，相片背面都留有蝇头小楷记下的地点，循着这些相片，可以发现爷爷在山野里走过的脚印，将这些轨迹勾勒出来，爷爷的足迹遍及大半个中国。使小J奇怪的是，爷爷退休后在各地旅游时留下的彩色相片，有些是双份的。说双份吧，还有些差别，就是两张相片中的景色，重叠的部分大概有2/3左右。开头小J并不在意，以为爷爷多按了一次快门，印相片时未经挑选，全印出来了，有点浪费，觉得怪可惜的，要是自己拍摄，绝不会出现这样的疏忽。可是，看得多了，小J发现这样的相片不在少数，这就把好奇心给逗出来了，方才意识到，其中可能藏着一些奥秘，他想单独探索其中的诀窍，好给爷爷一个惊喜，可多次左看右看，始终看不出门道。
有一天，小J终于忍不住了，他在爷爷的相册中，抽出一对彩照，只好向爷爷虚心地请教了：“爷爷照相为啥老是重复呀？”
爷爷看了看相片，漫不介意地说：“没有重复呀！你再仔细瞧瞧。”
小J将两张相片合在一起，再留出一条缝，仔细一比较，原来重叠的只是大部分，有些部分还是不一样的，两张相片的阴影有微小的差别。他终于发现了一个秘密，便脱口而出：“看出来了，这两张相片不是在一个地方拍摄的，我说得对吗？”
“嗯。”
“为啥？”
“可以看立体影像。”
“我咋看不出来呢？”
爷爷将两张相片平铺在茶几上，使相片中心的间隔接近小J双眼的距离，然后对小J说：“你看相片时，左眼看左相片，右眼看右相片，觉出有啥变化？”
小J瞅了半天，没感觉有啥不一样的地方，瞅到后来，眼珠鼓得像牛一样，还是直摇头。
“你还是没有改变习惯，老是用双眼在看同一张相片。”爷爷说完，便找来一张白纸，竖着放在两张相片的中间，然后突然将纸抽出，就在这一瞬间，小J惊叫了一声，他突然发现相片上有些物体凸了出来，有些快触到了他的鼻尖，就像身处宽银幕立体电影院一样，他看到眼前的图像是立体的。
“爷爷，我为啥能在平面的图片上看到立体影像？”
“当两张重叠约70％的相片用眼睛分别去看时，相片重叠部分的影像就会重叠在一起，构成虚拟的立体模型，这就是你刚才看到的影像。”
“原来是这样，让我再看一看。”当小J再去看相片时，立体模型又消失了，他失望地摇摇头。
爷爷笑了笑说：“用双眼分别去看两张相片，这是航测野外人员的基本功，那是练出来的硬功夫，在一般情况下，可以借助桥式立体镜去观察立体模型，但看到的模型，在景深方向上比例尺比较大，那是因为透镜有放大的作用。用于测绘的摄影相片，像幅都比较大，所以又有一种判读的工具，叫做‘反光立体镜’，在左及右两条光路中各加入一块折光棱镜，这样就可以放置像幅较大的相片了。”
“爷爷，这种立体感觉是怎么形成的呢？”
“我们平常看物体时如何能分出远近呢？这是因为生理视差的缘故。物体表面的光线反射到两眼，构成了交会角，物体越远，交会角就越小，反之，交会角就越大。假如在眼前放置两个远近不同的物体时，人的生理视差使双眼分清了物体的远近。这时，我们不妨在物体与人眼之间各放置一块玻璃，在玻璃片上分别绘出物体的影像，此时，将物体拿开时，人眼同时观察左右两块玻璃上的影像，也能产生与实物相同的生理视差，分辨出物体的远近。所以，将摄影机装在经纬仪上，在地面上的两点设测站，作为摄影基线，让摄影机的镜头与基线保持垂直，摄取一个像对，这叫正直摄影。凭着基线的长度及测站的坐标，就可以通过视差产生的立体模型，测绘出每个像点的坐标及高程。这就是地面摄影测量的原理。”
“爷爷，是不是发明了照相机便立即应用到测绘方面了？”
“法国科学家达盖儿在1839年8月19日就发明了摄影技术，但真正用于摄影测量却是十多年以后，法国的陆军上校劳赛达于1851—1859年将摄影相片用于测量地面的建筑物。而几乎同时，从空中拍摄地面相片的试验已经开始，最早是达纳于1858年在气球上实现的。但直到20世纪初，莱特兄弟发明飞机后，航空摄影才能得到实际应用。第一台航空摄影机是在第一次世界大战期间诞生的，当时的航空摄影机，相框没有超过18厘米的，用于地面摄影的摄影机，相框的尺寸也相似。测图用的航摄相片，航向的重叠度也以65％较合适，重叠度太大要抽片，因为测图用的有效面积小了，不经济。但也不能过小，小于53％就算航摄漏洞，影响测图了，航线互相之间也要合理重叠，一般以30％的重叠度较经济，旁向重叠度小于15％也算航摄漏洞，需要补充摄影。所以，早期的航空摄影，都需要优秀的领航员来领航，要不然，准保摄出来的航空相片，不是重叠过大，就是出现航摄漏洞或相对漏洞，甚至要补充几次才能勉强符合要求。”
“爷爷，我听出来了，参加航空摄影的领航员，要有过硬的技术，对吗？”
“一般是经过专门训练的，航摄飞机用于大比例尺摄影，一般采用老式的双翼飞机，速度慢，续航时平稳，如采用单翼飞机时，也选用低速飞机。担任航空摄影用的飞机，在机舱两侧开有瞭望孔，孔旁装有简易的对地瞄准器，并安上玻璃罩，老远看上去，就像鱼的眼睛，这就是航空摄影飞机与一般飞机不同的地方。”
“干吗要通过鱼眼去领航呀？”
“每当测图的面积确定以后，就要根据航摄的比例尺计算出飞机的航行高度，并计算出空中摄影站的间隔和航线之间的间隔。然后将设计的每条航线标在小比例尺的领航图上，在摄影之前，领航员要熟悉即将摄影的航线中有哪些重要的地标，比如河流的拐弯、道路的交叉点、居民地中的街区以及具有方位物意义的独立地物等。因为飞机再慢，也比地面的车辆速度快，上了天以后再拿领航图去对就不赶趟啦，领航员上天以后，要引领驾驶员进入摄影航线，当摄完一条航线以后，又要引导驾驶员切入下一条航线，在每条航线飞行中，要不断用机舱两侧的瞄准器核对地标，发现偏离后要立即通知驾驶员修正航向，在航空用的导航GPS出现以前，领航员就是空中摄影的真正指挥员，驾驶及航空摄影中偏流值的修正，都得听领航员的。”
“在飞机上，驾驶员才是机长呀！”
“那没错！机长指的是职务，一般由正驾驶担任，我说的是专业飞行，特别是航空摄影，领航员是航摄专业飞行中的灵魂！”
“听爷爷这么说，是不是驾驶员的工作在空中摄影时要比领航员轻松呀？”
“驾驶员的工作也不轻松，在进入摄影航线以后，飞机必须保持平稳飞行的状态，飞行轨迹必须保持直线，这些都很难做到，因为空中的气流变化无常，经常会遇上大气湍流，不仅会造成机身颠簸，改变航行高度，而且会经常改变飞行姿态。对于航空相片来说，机身的俯仰或倾斜，都会使相片产生倾斜角，这倾斜角一般不能超过3度。另外，当机身与航线不一致时，会产生旋偏角，反映在相片上，这旋偏角一般不能大于6度，如果连续出现三张相片的旋偏角超限时，就会影响到室内的测图工序，所以在航摄专业飞行中，驾驶员的担子也不轻，这可不像客机上的驾驶员，在进入正常航线以后就轻松多了，如果有自动驾驶设备，驾驶员只要将飞行数据输入仪器，仅对自动驾驶仪进行监控就行了，在执行航摄专业飞行任务时，一旦进入摄影区，工作都是非常紧张的。”
“那航摄员也很忙吗？”
“对呀，当在耳机中听到领航员切入航线的指令后，必须立刻打开航摄机的开关，摄影间隔是按计划设定的，在正常情况下，航摄机会自动曝光，但当出现意外颠簸时，航摄员有必要手动按钮进行补充曝光，避免出现航摄漏洞。航摄机一般在机舱腹部开洞，在起飞及降落时，洞口的舱盖是关闭的，只有进入摄影区时才打开，而退出摄影区时必须关闭。在航摄机的基座上，装有水准管，凭基座螺旋可以将航摄机置于水平状态。所以，当飞机改变飞行姿态时，航摄员必须随即利用基座螺旋将航摄机置平，航摄与地面立体摄影最大的区别在于，航摄是动态的，而地面摄影则是静态的。除了置平之外，航摄员在胶片快用完时还要换暗盒，另外，还要根据领航员的指令改正偏流，使航摄机的摄站轨迹与航向保持一致。所以，航摄员在空中也是很忙的。”
“爷爷，航摄质量是否合格，如何才能知晓呢？”
“在进行航摄时，劲都往一处使，领航员、驾驶员、航摄员都是同样的目标，那就是拿到优秀的航空摄影相片，可他们在空中是无法知道航摄质量的好坏，这谜底要想揭开，全凭地面的暗室处理人员。每天航摄飞机刚落地，保存在暗盒中的胶片立即以最快的速度从机场送到暗室，这里另一场流水作业的冲印工作就拉开了序幕。首先，胶片从暗盒中取出后，立刻进行显影，显影药液配好后，经过显影，基本上可以看出影像是否清晰，然后立即放入另一溶有定影液的水槽，进行定影。定影后，将成卷的胶片绕在卷片轴上，使胶片晾干，这胶片的冲洗算是完成了，这是负片。下一步就是正片的晒印，一般是采用接触晒印的方法，就是采用晒印机，将裁好的相纸与胶片重合在一起进行曝光，然后再将相纸进行显影并定影，晾干后成为一张张的航摄相片，这时候显示在相纸上的图像是正像，跟我们从飞机舷窗往下看的景色是一样的，是否清晰很容易鉴别。”
“这只是航摄资料中的图像部分，其余部分呢？”
“首先要检查每张相片的倾斜角是否超限，在相片的角隅印有曝光瞬间圆盒水准气泡的图像，圆盒水准器上面有同心圆的刻划，每圈有固定的格值，可以很直观地看出倾斜角的概略值。第二步就得看旋角，这时要用玻璃铅笔将每张相片的中心绘出。相片的四边都有框标，将对应的框标标志连接起来，其交点就是相片中心，然后将相邻相片上的框标交点转绘过来，如果偏离了飞行方向的框标标志连线，就产生旋角，在检查旋角的同时，应该查看相对应的航向重叠度是否合格？将整条航线按相片中心的重叠位置依次排列起来，可以很清晰地看出飞行轨迹，实际上，每条航线的飞行轨迹是一条由折线组成的链条。检查完航向的重叠度，还得检查旁向的重叠度是否合格，这时，就要将相邻的航线按影像重叠依次排列好，看是否有航摄漏洞。只有全部检查合格才算完成。当然，检查人员用的是简单的工具，精确的倾斜角及旋角只有在内业仪器上才能测出，所以，检查人员对接近限差的情况要格外细致。如果有不合格之处，要将需补充摄影的航线段告诉机组。”
“这能忙得过来吗？”
“适合于航空摄影的季节，在一年中本来就很短，你想想看，我们在地面上拍摄风光照片，是树叶越密越好，在航摄相片上，树叶越密，遮挡的地面构筑物就越多；再有，一到庄稼长起来了，相片上黑糊糊一片，看不清地面，地表高程测不准，所以，夏季不是航摄的好季节。而到了冬季，太阳位于南回归线附近，因为航空摄影是中心投影，由于投影差，高大物体的阴影很长，不但影响相片的清晰度，也影响内业测量，所以，冬季也不是航摄的好季节，得充分考虑摄影区的纬度，慎重选择。因此，比较好的航空摄影季节是春季和收割完庄稼的晚秋。而春季在南方多雨，雨天自然不能进行航空摄影，北方则风沙大。风力太大也影响保持飞行姿态，而云量太大会遮挡地面景观，不适合航摄，在西南又多雾，往往整月等不来一个好天气。所以即使是适合于航摄的季节，要等来一个好天气也不容易。如果摄影区离空军基地近，空军训练任务忙，要匀出一个好天气供民用航摄也不容易。所以，机组到了摄影区附近的机场，就得争分夺秒，力争一次完成。在这种情况下，地面处理摄影资料的作业人员，往往拿到暗盒就要通宵达旦地工作，各工序排开流水线，平行作业，这真叫一环紧扣一环！”
“听爷爷这样说，这紧张的程度简直跟战斗差不多。”
“谁说不是哩！如今有了导航用的GPS，领航员的工作轻松多了，出现航摄漏洞的机会少了，特别是针对铁路、高速公路及石油管道建设的线状航空摄影，一次成功的把握更大了，这也是科技进步带来的硕果！”
“为啥说是战争促进了航空摄影的发展？”
“你想呀，打仗离不开地图，如果派人到敌方去测图，那肯定会被捉住的。所以，派飞机去偷偷地进行航空摄影，自然就成了首选的手段。”
“那不怕被高射炮给击落吗？”
“有矛就有盾，高射炮的射程是有限的，但航高是可以控制的，如果保持所需要的相片比例尺，只要选择焦距比较长的航空摄影机就可以避开高射炮的射程。你看，相片比例尺1/M=f/H，所以，当航高H提升时，只要是用焦距f较长的航摄机就行了，你说对吗？另外，还有一种比较保险的航空摄影方法，那就是沿边境线飞行，在摄影时，将机身侧过来，这样做，既不违反国际法，又可以将别国边境内的地面景观侦察得一清二楚，如果定期做重复摄影，不但能看清敌方在边境线纵深的防御工事，而且可以看出其中的变化。航空相片在军事侦察方面的作用，很快就被军方认同了。1909年，赖特从飞机上拍摄了第一张相片以后，德国很快就装备上2000台航空摄影机，并在1910年研究出航空摄影测量的立体测图仪。而到了1915年，英国的一名空军上校每天要拍摄1000张航空相片，法国空军则每天拍摄1万张。当彩色摄影技术刚出现，1937年，美国就将彩色航空相片应用在海岸和浅海地形测绘，以满足海、陆两个方面的作战需要。第二次世界大战以后，侦察飞机可以飞得更高，如RB-57高空侦察机飞行高度一般为18000米，上面装有2台瑞士产的RC-8航空摄影机，1台焦距为305毫米的德国蔡司RMK航空摄影机，还有1台由6部哈萨布莱特相机构成的相机组，可以分别提供1∶12万、1∶6万、1∶45万和1∶225万比例尺的图像。另外，U-2高空侦察机的飞行高度一般为2万米，装备1台焦距为152毫米的瑞士RC-10航空摄影机，可以提供1∶13万的彩色红外片，另外还装有1台由4部日本尼康相机组成的摄影机组，可以取得1∶44.5万的多光谱图像。”
“爷爷，您说的U-2飞机，其残骸我在军事博物馆看到过，机翼很长，像只黑色的大鸟，那是被咱们的空军击落的。”
“知道这些残骸的来龙去脉吗？”
“记得军事博物馆的解说词是被我们的导弹打下来的。”
“想听听‘西方公司’与‘黑蝙蝠中队’及‘黑猫中队’的故事吗？”
“这些组织跟侦察机的残骸有关系吗？”
“那当然，这事还得从头说起。抗战时期，有位小伙子一心想当飞行员，去抗击日寇，他高中还没毕业，便拿着亲戚的证件去报名，没承想还真的录取了，那年，他还不满18岁，他的名字叫衣复恩。录取以后，他被空军派到美国接受秘密训练，1943年训练结束，便驾机越过大西洋经欧洲进入印度，再由世界屋脊的驼峰通道飞抵成都，这次经历99小时的长途单机飞行创造了一个奇迹，震惊中外，后来就参加了‘飞虎队’。”
“咦！我知道‘飞虎队’是一支由志愿者组成的空军，全是美国人呀，队长叫陈纳德，我没记错吧？”
“这么说吧，‘飞虎队’里美国人大概占1/3左右。在空勤和地勤人员中，有很多是经美国秘密培训的中国人。由于衣复恩对敌作战勇敢，加上飞行技术出众，后来在陈纳德组建的民航空运队中当了大队长。抗日战争结束后，他还是蒋介石和宋美龄座机‘中美号’及‘美龄号’的机长。1949年12月19日下午2时，蒋介石就是在成都凤凰山机场乘‘中美号’撤离大陆飞往台湾的，驾机的机长就是衣复恩。
“1949年8月，美国总统杜鲁门发表白皮书，说国民党政府是因腐败导致垮台的，这是咎由自取。暗地里，曾想踢开蒋介石，让国民党政权易主。”
“但1950年6月朝鲜战争爆发后，美国政府开始重视台湾，想让台湾成为太平洋中一艘不沉的航空母舰。于是，美国中央情报局CIA派遣雷•克莱恩为首的小组在台湾成立了西方公司，开始时帮助台湾当局以东海中的岛屿马祖、金门等作为据点，派遣间谍前往大陆，但上岸不久间谍们纷纷被擒，迫使西方公司在1953年后转向对大陆的空中侦察。此时，曾任国民党政府驻美国大使馆武官的衣复恩奉命调回台湾，担任空军情报署长，为西方公司物色飞行员，先成立‘黑蝙蝠中队’，总部设在台湾新竹，侦察机全部由西方公司从美国装箱运来，机型有PBY-5A、P2V-7N、P3-A等，其中，P2V-7N乘员达14名，除进行空中摄影外，还可进行电子侦察，机载雷达很灵敏，被发现后可以超低空飞行，侧身下滑，悄悄从超低空溜掉，这伙人曾一度洋洋得意。”
“真是太狡猾啦！”
“后来，中国人民解放军也找出了窍门，在歼击机上安装了探照灯，发现目标后，就用灯光紧紧罩住，就这样，有一架侦察机被灯光照得雪亮，被地面的火力击落了。”
“看他们还敢偷偷摸摸进来不！”
“打那以后，黑蝙蝠中队的活动不那样嚣张了，大陆上空总算消停了一阵子。可是，自从U-2飞机出现以后，侦察飞行又活跃起来，这种飞机是由CIA设计，交洛克希德公司生产的，能飞到23200米的高空，机翼很长，驾驶舱很小，仅能容纳一人操纵，飞行员得穿太空服，由于前后只有两组轮胎，所以起落时得格外小心。以前U-2型飞机在全球的侦察全由美国飞行员亲自操纵，自从1960年，美国飞行员包尔斯驾驶的U-2飞机在苏联上空被击落以后，CIA这才将U-2飞机交给西方公司。于是，经美国培训后的台湾当局飞行员就又成立了‘黑猫中队’。当然，这些飞行员也是经过衣复恩严格挑选的，衣复恩在台湾的公馆，名副其实地成了‘黑猫中队’飞行员和西方公司美国人的俱乐部。”
“爷爷，这‘黑猫中队’到大陆窃取过情报吗？”
“当然，他们仗着U-2飞得高，常常趁着夜幕，偷偷地溜进来，在高空拍照，其中，有我国第一枚原子弹爆炸的试验场，还有内地的空军机场和导弹基地等。U-2拍摄的相片，在CIA的解析仪器下面，最大可以放大250倍，可以看清地面上的报纸。可是，没过多久，U-2的飞行员就向衣复恩报告，说解放军的歼击机就在U-2飞机的附近发出了警告。衣复恩大吃一惊，便赶紧向西方公司的美国老板反映，要求增加新的对抗措施。可那位老板不屑地说：‘放心，解放军根本没有对付U-2高空侦察机的装备。’衣复恩明知西方公司的老板在骗人，可也没办法。”
“后来呢？”
“没过多久，‘黑猫中队’的队员陈怀生在山东半岛侦察时被导弹击落，陈怀生弹射出座舱时，被飞机爆炸的碎片击中后丧命，这是在大陆上空被击落的第一架U-2飞机，时间就是1962 年9月9日。”
“这下，总算把西方公司和‘黑猫中队’给镇住了吧？”
“没呢，后来还接二连三地派U-2飞机来侦察。不久，又有两架U-2飞机先后被击落。这两位‘黑猫中队’的队员运气比较好，飞机被导弹击中后都弹出座舱安全乘降落伞保住了性命。叶常棣落地后，被一位邮递员模样的百姓骑车追撵，当了俘虏。而张立义在包头附近的草原上落地后，等到清晨看见蒙古包在冒烟，便主动迎上去了。这二人在一年后才在监狱里见了面。叶常棣后来在湖南劳动改造时，自杀未遂，总算活下来了。”
“当间谍是最可恶的，为啥不枪毙这两个U-2飞行员？”
“他们是被别人指派的，不是主谋，再说，手上又没有血债，干吗杀他们？劳动几年，就把他们放了。”
“那太宽大啦。”
“宣布释放时，北京空军的有关人员曾问他们打算去哪？他们异口同声要回台湾。当时曾提醒他俩，他们的太太已经改嫁，让他们思想上有个准备。他俩听了将信将疑，便打算经香港回台湾。谁知到了香港以后，台湾当局不允许他俩回台湾。”
“为啥？”
“因为，当年U-2被击落后，这两人的名字已经刻在台湾新碧的空军公墓。在‘黑蝙蝠中队’和‘黑猫中队’成立后的14年中，对大陆进行过838次侦察，共有142名空勤人员的衣冠冢在空军公墓。其中，也有叶常棣和张立义这两位大活人的衣冠冢。台湾当局大概是埋怨他俩不成功未成仁，再有就是害怕这两位被洗了脑以后回来搞策反的。”
“这也太不像话啦！”
“在香港待了一段时间，经过诸多媒体多方呼吁，台湾当局只是硬着头皮不搭理，倒是原先的西方公司脸上挂不住了，建议美国政府将叶常棣和张立义接到美国居留。”
“看来哥们还真够意思！”
“他俩直到1990年才获得台湾当局批准，回到台湾。”
“‘黑蝙蝠中队’和‘黑猫中队’的故事就是这样结束啦？”
“是的，1975年，台湾当局与美国的情报计划就画上了句号。而U-2侦察机又多了个外号——‘飞行棺材’！”
“爷爷，这底细您咋知道得这么详细？”
“那是旧档案解密以后才公开的，上面你听到的故事，在凤凰卫视2007年3月的专题节目中公开播出过，节目名称就叫《台湾天空的秘密》。”
“爷爷为啥不叫我一块看呢？”
“首播时间是在深夜，我怕影响你休息，所以没叫醒你。”
“往后遇上这样的节目，可别忘了我，求您啦，爷爷！”
“好吧。”
“U-2这支矛从此就不灵啦！”
“是呀，至少不敢再朝大陆飞了。有矛就有盾，然后新的矛又开发出来，这就又研究更新的盾。军备竞赛总是寻找最新的科学理论加以应用，形成新的工艺和技术，可以说，是军事目的促进了科学技术的发展。就拿测绘科学技术来说，经典的方法用了很长时间，白纸测图，从15世纪以来，用了将近500年。但在20世纪以来，用摄影方法测绘地形图，得到迅速的发展。这项为军事目的发展起来的科学技术，可以转化为民用，现在，大量应用在大比例尺地形图的测绘和中、小比例尺地形图的更新方面，而经济建设应用航空摄影测量已经成为快速测绘的手段，如高速公路和高速铁路勘察、机场的建设及扩建工程、石油及天然气的输送管道工程、港口工程等，这些大型建设工程往往需要多种方案进行论证、比较，航空摄影测量就成为最好的帮手，确实是做到了多、快、好、省！”
“那下一步，矛又在哪里？”
“已经有了，自从高空侦察飞机多次被击落之后，有些地区已经不敢再用了，这就将目光盯在更高的空间，那就是太空。自从航天技术发展以后，人造卫星又被派上了用场，这回，可以对整个地球进行不间断地侦察了，那就是五花八门的遥感技术。只要将传感器装入人造卫星，那就是真正的千里眼，人类在地球上的活动，再也逃不脱千里眼的监视。”
“爷爷，有些国家可以发射火箭去撞击某些星球，我国也在2007年1月11日发射火箭去击毁已经报废的早期气象卫星，这难道不是新的盾吗？”
“对呀！这就是新的盾，那是针对星球大战的，我国的宗旨非常清楚，就是和平利用先进的科学技术，我们拥有核武器和先进的运载设备，但绝不首先使用这些尖端的武器，那是用来防止某些国家的讹诈！爷爷小的时候，曾亲眼目睹日本鬼子的狂轰滥炸。咱们那些手无寸铁的老百姓，被炸得血肉横飞，爷爷至今回忆起来都惊心动魄呀！孩子，你想想，没有真家伙，那些豺狼就会找上门来呀。”
说到这儿，爷爷的双手直颤。小J心里明白，爷爷这时想得很多，也很远。
用相片生产地图
自从小J开始关注相片以来，他觉得在这光与影的世界里，有许多奇妙的东西。但从爷爷保存下来的风光和人像的摄影资料中，就有小J从来没有见过的，比如，有将感光材料涂布在玻璃板上的负片，有用手工在黑白正片上着色的所谓彩色相片，而有些彩色相片叫人看了有点纳闷，比如，树叶明明是绿色，但在相片上却是红的。
还有个最大的疑问，一张普普通通的相片，怎么能变成地图呢？每当想起这些问题，小J就忍不住要问爷爷。但爷爷一提到太空战的话题，就憋着一股闷气，这样的时候，小J自然懂得回避，便忙着自己的作业。
直到有一天，爷爷的脸上终于露出了笑容。
小J立刻凑了上去，迫切地提出了闷在心里已久的问题：“爷爷还没说怎么把相片变成地图。”
“那可不是一句话两句话能说清楚的。”
“爷爷就挑最主要的说，行吗？”
“好吧，先跟你说说怎样确定相片的地理位置。先说航空摄影获得的相片吧，相片上的影像，就跟从飞机舷窗往下看的情景是一模一样的，非常直观。只是由于相片的比例尺不一样，地表形态的大小有所不同而已，这样，我们就可以根据内业成图的方法，分别进行相片联测，直接的方法就是用全野外测量来确定所需相片控制点的坐标和高程，这道工序好比是平板仪测图时布置测图用的控制点，野外测量的方法是完全一样的，所不同的是，在平板仪测图时，测图控制点应布置在视野辽阔的制高点上，即使在平坦地区，也应布置在展望宽广之处，这样能测绘更多的面积。而相片控制点不需要顾及这些条件，仅需满足各种内业测图方法对相片控制点的要求就行。举例说，影像图成图对相片控制点的基本要求是，每幅图的四角图廓点附近需要用全野外方法测出地理位置，用这种方法生产影像图时，航空摄影时应按图幅中心线飞行，并需要加大航向的相片重叠度，一般保持在85％左右，以便抽片后能保持一张相片覆盖一幅地图，不然就麻烦了，需要用2～4张相片来纠正放大成图，这样一来，相片控制点的数量相应就得增加。做成了影像图，如果再加测一些高程注记点，并调查完地理名称后注在图上，这样的影像图也可以制版印刷，图上地物的影像非常直观，读图非常方便，而且生产过程比较快。所不便的是，航空相片是中心投影，高耸的地物及地面的高差，会影响影像的位置，例如，在城镇中有许多高耸的建筑物，这些建筑物的影像是沿相片中心的辐射方向倾斜的，而地形图投影方法是垂直投影，也就是说，高耸建筑物的顶部与底部是在同一铅垂线上。这些高耸建筑物的影像在相片上会遮盖周围一部分地物的影像，而地面又不可能都是一样平坦的，即使处在平原地带，由于地表有糙度，对于相片摄影中心投影在地表上的位置，有高出或低下之处，而高出的地面，其影像同样沿辐射线向外侧倾斜，低下部分则沿辐射线向内倾斜，这叫投影差，必须根据摄影中心在地面上投影点的高程与其他部位地物点的地面高程求出高差，按辐射方向加以改正，这当然会给使用相片图带来不便。将中心投影改变成垂直投影，可以通过航测内业纠正仪来处理，以前限于仪器的功能只能分带纠正，就是将需要纠正的部分按高差区间分成几个投影带，逐带纠正相片的影像，这样就把纠正的带数按误差的容忍度来划分，纠正后的影像仍包含投影误差，但应小于允许范围。目前，经过改进的纠正仪可以采用缝隙纠正，将投影误差进一步缩小，使之接近垂直投影的效果，这种影像图，使用起来就跟地图一样方便了。”
“这种影像图渐渐多起来了，我有时在一些大社区的导引图上就看到过，而且是彩色的，那比用线画的地形图直观多了，一看就明白。”
“确实是这样，如果确定整座城市要生产影像图，那最好选择长焦距的航空摄影机，这样，相片影像的投影差也随着缩小，纠正起来也比较省事。但影像图也有短处，就是事无巨细，所有的地面影像全都反映到相片中了，除了投影差以外，还有地物本身的阴影，而有些细小的地物就不容易分清，比如，通信线与低压输电线就不易区分，而城区的检修井，当摄影比例尺较小时就很难判读了。而最主要的是，在影像图上仅有少量的高程注记点，要想从图上全面了解图内地表高程的变化是困难的，所以，地形图仍然具有不可替代的作用。”
“爷爷刚才介绍的影像图，是将相片与地理位置联系起来的最简单方法。我猜想，肯定还有很多方法，能将相片转化成地形图。”
“猜对了，刚才介绍的影像图，是单一的地图品种，大部分应用在中、小比例尺的地图方面，资料来源根据飞行器的不同，有航空遥感及航天遥感两大类。在航天遥感方面，主要有人造卫星、航天飞机及太空实验室等。而将影像图转化成地形图，主要用在大比例尺的地形测量中。刚才提到的是固定比例尺的影像图，这种图已经与地理位置密切地联系在一起了，也就是说，影像图上的每个点，都可以直接从图上测量出经度和纬度。当然，量取平面位置时，采用纵坐标或横坐标更方便。也就是说，纠正好的影像图上，任何点都可以当做测站点用，这样一来就方便多了，对于没有影像或影像被遮盖的微小地物，还有地下管网，可以就近补测。而影像清楚的地物点，就可以按其基底的位置用黑色线条绘出轮廓线，线状地物按其走向也用黑色线条绘出，这个步骤叫野外调绘，还有一项主要的工作是测绘等高线，在影像图上对地性线及坡度转折处标出位置，用任何方法在野外测定其高程，并在野外实地勾绘出等高线，先用铅笔在影像图上勾绘，经过修饰后再用棕色清绘，这时要注意的是，在清绘用的墨汁及颜料中，要添加胶合剂，这样做，清绘时可能不太流畅，但这很重要。”
“为啥？”
“因为，在进入制版印刷之前，先要对影像图进行漂白，使相片上原来的影像淡化，而突出用黑色清绘的地物线划和注记，还有棕色的等高线，这样一来，用影像图测绘的图就成为一幅地形图的原图，这比用平板仪白纸测图更方便，因为，影像图上的影像，已经提供了地表形态的平面位置。这种方法叫做综合法测图。”
“爷爷，我觉得这种测图方法要比传统的方法好。”
“何以见得？”
“我认为影像图测图，对作业员来说，技术的熟练程度成为了次要的因素，而平板仪白纸测图，对新手来说，不但容易手忙脚乱，而且容易出错，这当然要影响地形图的质量。而相片图测图，地表的影像清清楚楚，质量是有保证的。”
“说得有道理，衡量地形图的质量，主要看地理精度和数学精度，这两项指标，影像图测图的优势都比较明显，特别在数学精度方面，平板仪测图，离测站点近的碎部点，数学精度比较高，随着距离的增长，误差成等比级数增长，而在影像图上，点位的精度是均匀的。所以，图上目标轮廓容易判读的点位，都可以当成测站点用。但综合法测图也有局限性，就是必须通过航空遥感，才能取得摄影资料，这要受季节的制约，另外，这只能适用于地势较平坦的地区来测绘大比例尺的地形图，固定比例尺的影像图先要做野外相片控制点，回到内业通过纠正晒印做成影像图，再拿到野外测绘成地形图，这要经过两次野外作业，是否合适，得算算经济账。”
“难道不能想想法子，把两次野外作业变成一次吗？”
“有呀，那就是综合法测图中的一种特例——单张相片测图，也就是说，相片控制点测量和地形测量都在单张的相片上进行。航空摄影一结束，拿到相片就可以去野外作业，可也有不便之处，你想呀，未纠正成固定比例尺的相片，万一要补测隐蔽的地物或测量目标又不明显的地表高程点时，首先要计算相片比例尺，正因为有投影差的影响，在相片上量取像点之间的长度与实地量的距离计算的比例尺不可能都是一致的，测量时，要选择大致通过像主点的两侧目标，且要选择另一组大致垂直的目标再计算相片比例尺，在误差范围之内才能取中数采用。对需要测量的目标，要按计算出来的平均比例尺换算成相片上的长度后，才能展绘在单张相片上，你说麻烦不？”
“爷爷，听您这么说，我倒觉得用航测方法测绘地图反而更加麻烦了，又要先照相，又要拿到野外去做相片控制点，然后再拿到内业做成影像图，又回到外业去调绘和测绘等高线，最后才能测绘出地形图原图，这不是在穷折腾吗？古典的平板仪测图，裱好图纸去野外就能测绘，多痛快呀！”
“要是航测的办法没有优越性，在近百年来也不会发展得那么快了，正因为在发展中越来越明显地展示出优越性，所以，不仅应用在军事上得到迅猛的发展，而且在民用方面，也越来越广泛。总体来说，航空摄影测量经历过两个发展阶段，即初期的模拟测图阶段和如今的解析测图阶段。”
“爷爷说的解析阶段是不是就是数字化阶段，这些词汇听起来都很熟悉，好像跟电子行业接近！”
“数字化是信息时代的必然归宿，各行各业最终都要向数字化靠拢，那是时代的潮流。”
“我猜想，解析测图阶段刚刚起步，而模拟化测图却经历了很长的阶段，我估计得没错吧？”
“没错，科学技术的发展离不开基础，水涨才能船高，这么说吧，模拟测图阶段是跟手摇或电动计算机相联系的，而解析测图阶段得电子计算机诞生以后才能发展起来。”
“我明白了，电子计算机是近代带动科学技术迅猛发展的火车头。”
“在模拟测图阶段，欧美等西方国家开始是采用全能法成图，主要仪器是多倍仪，这种仪器必须将航摄底片缩小，做成透明的缩小片，安放在仪器的投影镜箱内，借助微动螺旋，使透明缩小片恢复到空中摄影时的光束，然后将等高线测绘在图纸上，这时可按固定比例尺的图纸测绘，也可按自由比例尺。若采用自由比例尺，则测绘后需纠正成固定比例尺，再用测绘好等高线的图纸安放在平台上，将野外调绘片经漂白后也缩小成透明缩小片，然后经分带投影纠正，将地物线划转绘到图纸上，这就成为航测的地形原图。测绘等高线及投影转绘地物线划都用多倍仪来完成，所以叫‘全能法’。”
“我明白了，这内业仪器多倍仪，主要是指可以把航摄相片任意缩小成透明缩小片，经过仪器纠正后，使缩小片在仪器内等于恢复到航摄机在空中摄影时的状态，然后将影像投影到图纸上进行测图，这样理解对吗？”
“可以这样理解。另外，还要说明的是，将多倍仪按相片的摄影次序排列起来，可以恢复一条短航线的摄影状态，这就可以在多倍仪上进行单航带空中三角测量，这时，仅在航线两端的相片控制点需由野外测定。这就是初期采用的按图解辐射的方法来加密相片控制点的平面位置。”
“这种方法不是更方便吗？”
“这种在室内加密相片控制点的方法叫‘空中三角测量’。”
“为啥叫‘空中三角’呢？”
“在地面，根据两个控制点上观测的方向，可以交会出一个新点的位置，航空摄影相片的摄影中心，同样可以根据摄影光束，再根据地面已测出地理位置的相片控制点反求出空间摄站的地理位置，而根据两张相片的空间摄站地理位置，就可以再求出地面影像中任意点的地理位置，包括用作相片控制点的影像地理位置。”
“原来是这样！”
“由于苏联有16个加盟共和国，幅员辽阔，当时是全球国土面积最大的国家，如果一律采用多倍仪进行内业测图，影响效率，所以就将全能法的作业流程分解为两步，那就是用立体量测仪来测绘等高线，所谓立体量测仪实际上是经过改进的反光立体镜，只是立体镜可以在滑槽上左右移动，在立体镜的透镜上有一条直线刻划，作为测标，将测标切在影像的立体模型上逐渐移动，其轨迹就是一条等高线。等高线测绘完毕后，将相片漂白，留下等高线，经过放大后成为固定比例尺的等高线图。第二步就用投影转绘仪将野外调绘片分带投影转绘到等高线图上，这个过程跟多倍仪分带投影转绘的过程是一样的，所不同的是，投影转绘仪是将全能仪的投影镜箱固定在斜轴上，看上去好像一架独臂的台灯，俗称‘歪脖子’，这比悬挂在支架上的多倍仪要方便多了，可以随意安放在工作台上。这种方法就叫‘微分法’，将两道工序分解开，可以由不同的作业员来完成，又称为‘分工法’。中华人民共和国成立初期，在西方国家长期进行经济封锁的情况下，曾全面学习苏联，所以在航测的起步时期，也曾大量采用分工法来测绘地形图。这都属于模拟法测图。”
“爷爷刚才介绍的是模拟测图的初期阶段，那肯定还会有发展，到后来又怎样呢？”
“刚才介绍的属于模拟法测图使用的普通立体测图仪，这些仪器构造不够精密，逐渐向全能的精密仪器发展，其基本原理是建立在用光学、机械或光学机械等模拟方法来重建或恢复与摄影时相似的几何关系基础上，来实现摄影光束的几何反转，所以又将模拟法测图归入经典的摄影测量方法，经历了将近一个世纪的历程。精密的立体测图仪基本上可以分为两类，一类是光学投影类，另一类是机械投影类。在1960年以后，精密立体测图仪的发展趋势是以机械投影为主，加大投影主距的变化范围，可包括常角至特宽角摄影相片的使用。这些仪器主要是由瑞士和德国生产，在德国统一以前，蔡司公司分联邦德国和民主德国两家，后来联邦德国的改为欧波同公司。而瑞士是以光机产品驰名世界，在徕卡公司成立以前，生产航测仪器的厂家以威特及克恩为主。在全球使用较广泛的精密立体测图仪采用光学投影的有民主德国生产的C1；而采用机械投影的就多了，有瑞士生产的B8S、A8、A10，苏联生产的CPЛ-3，联邦德国生产的D2及F2，民主德国生产的托普卡B等。有些仪器还配有外围设备，如正射投影装置，可以生产正射相片；有些可配电子相关器，可以自动扫描；还有些可加微处理机和自动绘图桌，成为半自动的绘图系统。在精密立体测图仪发展的全盛时期，真是五花八门，琳琅满目，可共同的特点就是，这些仪器加上绘图仪，体积十分庞大，搬运、安装都很麻烦，人们就开始往解析法测图方面考虑了。”
“解析法测图的发展应该跟计算机的发展关系特别密切吧？”
“可以说是这样吧。在20世纪三四十年代，美国的学者Church曾从空间光线束角锥体的数学关系来求解空中三角的后方交会、前方交会及双点交会等方法，当时限于计算工具，计算过程是采用齿轮式手摇计算机进行的，证明方法是可以的，但由于效率的制约，使这种方法难以推广。但这种理论研究还是很有益的。正因为有人开始了解析法的探索，后继者必然会很快跟上来，这探索首先在空中三角的加密方面开始，所以，当电子计算机出现以后，首先就引入单航带空中三角测量的解析过程，并且，将构成的各航带整体地进行非线性改正，使之成为航带法区域网平差，我国的学者王之卓教授在20世纪60年代初就倡导利用电子计算机进行航带法空中三角测量，在国内得到广泛应用。在解析法空中三角测量方面，还有20世纪50年代末由Schmid教授提出来的光束法及由英国军械测量局于1962年开始应用的独立模型法。随着电子计算机的飞速发展，航空摄影测量解析法的改进也相应地跟进并迅速地发展起来。”
“爷爷，电子计算机的发明，是不是也让战争给逼出来的？”
“对呀！在20世纪最具影响力的两大发明都跟战争有关，一项是核武器，另一项就是电子计算机。这两项在第二次世界大战中，同盟国和协约国都在研究。前者是大规模的杀伤性武器，后者是为了快速地进行弹道的分析计算。电子计算机在德国发明于1941年，美国的发明稍后两年。当出现电子计算机之后，测量学者海拉瓦（Helava）于1957年曾提出了解析测图仪的构思，就是说，利用电子计算机通过解析的方法来实现同名光线对地相交和物方空间点的交会，取代光学导杆或机械导杆，而采用数学导杆。但当时响应者却寥寥无几。”
“为啥？”
“你想呀，一种新发明在开始的时候并非完美无缺，电子计算机也一样。当初刚发明电子计算机时，作为‘门电路’的基本元件是电子管，一台电子计算机得有多少‘门电路’！组装成很多的电子柜，将这些电子柜排列起来，再紧凑也得塞满大厅。爷爷曾经在20世纪70年代接触电子计算机，当时已经用晶体管代替电子管组成‘门电路’，那在大厅中也占据着整整一堵墙，输入数据及操作机器都得通过穿孔纸带或卡片，且机器的价格非常昂贵，难怪欧洲的仪器制造商当时对解析测图仪望而却步，只有意大利OMI公司及美国的Bendix公司大胆进行了尝试，生产出AP型解析测图仪。”
“我猜想一定是微型电脑大量普及以后才发生了巨大变化。”
“可不！到了1976年，台式电子计算机及微处理器普及以后，计算机转入商用，这就使解析测图仪雨后春笋般地迅速发展起来，主要产品有德国欧波同生产的PlanicompC100系列、瑞士克恩生产的DSR系列等，解析测图仪与数控正射投影仪相结合已成为当代最时尚的摄影测量方法。”
“爷爷，我国在航测解析法的仪器制造方面有哪些新成就？”
“这里要特别提到中国工程院院士刘先林，这位摄影测量与遥感学家毕生从事航测仪器的研制，如今国产的航测仪器占据市场95％以上，改变了20多年前欧洲产品一统天下的局面，使国内航测生产能力提高了数十倍。刘先林院士自1984年以来的主要科研成果有ZS正射投影仪、JX系列解析测图仪、全数字摄影测量系统、SWDC数字航空摄影仪等。”
“哇——刘爷爷的功劳真大！”小J不由得惊呼起来，“这电子计算机真是一股冲击波！”
“不但各行各业深受影响，电子计算机还开创了一个崭新的信息时代，测绘专业还是新时代的开路先锋！”
太空巡礼
就在2007年3月初，小J拿着一份当天的晚报，喜滋滋地走到正在看书的爷爷面前，将报纸往爷爷跟前一放，大声说：“看！新华社的消息——中国第一颗人造月球卫星‘嫦娥一号’已研制完成，正整装待发，有望在今年内飞向38万千米以外的月球。瞧这儿，还有一张发射步骤示意图呢！”
爷爷摘下老花镜，冲孙子笑了笑：“这消息早就是意料中的事，告诉你吧：接下来将要发射‘神州七号’飞船，用不了几年，我国还要研制出用于发射空间站的新一代大型火箭——‘长征五号’，这种火箭的动力装置‘120吨级液氧煤油发动机’已经整机试车成功，将使中国长征系列运载火箭的运载能力从9吨提高到25吨。这航天事业发展得真快！”
“爷爷，如果在‘嫦娥一号’内装上传感器，我国也能得到月球表面的清晰图像啦？”
“当然。在航空摄影测量中，人们最常用的是框幅式摄影机，影像是通过摄影时将软片盒保持真空状态，在开启快门的瞬间，使软片曝光，将地面的影像留在负片上，通过摄影处理，获得图像。这类图像又因为感光材料的不同而有差异，如黑白片和彩色片。后者因胶片上需要涂布三层乳剂，价格较昂贵，这三层乳剂分别对可见光中的蓝、绿、红光敏感，经冲洗后，可显示被摄物体的自然彩色。还有一种是彩色红外图像，简称CIR，这种胶片也有三层乳剂，分别对绿光、红光和反射红外波段（700～950纳米）敏感，在摄影时一般要采用黄色滤光片滤掉大气中散射产生的蓝光，彩色红外图像的彩色是不真实的。”
“为啥？”
“因为植被能大量反射红外波段，所以在彩色红外片上显示出来是红色，而红波段显示的是绿色，绿波段显示出蓝色。”
“这种彩色红外片究竟有啥用处呢？”
“这对农作物和森林中的树种判别很重要呀，另外，对土壤的湿度和温度反映很明显，这不仅对土地调查有用，而且对矿产资源的调查也非常有用。在我国目前，对环境污染方面的调查都很重要，所以，应用的范围越来越广泛。”
“爷爷的话，听起来好像在变魔术。”
“还有呢，如果将不同的胶片与滤光片组合起来，可以得到不同类型的图像，因为这种组合能记录下不连续的电磁波谱部分，合成后就形成多波段的图像。这种摄影，不仅应用在高空的航空摄影方面，而且广泛地应用到航天摄影中，这种多波段摄影简称为MB。”
“我记得爷爷曾经说过，通过摄影机获取图像，主要是采用光学的方法，这必须依赖天气的好坏，难道获取图像没有别的招吗？”
“有呀，雷达的原理你知道吗？”
“这在电视中不是经常能见到吗？抛物面天线不停地转动着，那是将电磁波通过天线向空间发射，如果遇上移动的目标，一部分电磁波就会从移动的目标反射回来，这些反射回来的电磁波通过抛物面天线再传递到屏幕上，屏幕就会显示出物体的形状。我说得对不对？”
“大体上说对了，但那种巨大的抛物面天线，一般是安装在地面上，是一种固定的雷达站，也可以安装在舰船上。如果想获取地面上的图像，就只能安装在飞行器上，这就不可能像雷达站那样，采用巨大的天线了，图像的分辨率跟天线的长度有关，而天线的长度得受飞行器本身长度的制约，所以，合成天线出现了，这种天线是刀形射线天线，安装在飞行器两侧，因此，又称为侧视雷达。除天线外，机载雷达必须有产生电磁振荡并加以发射的装置，即发射机，发射机将波长为0.85～3.3厘米的无线电脉冲信号送往天线转换器，转换器在探测脉冲瞬间接通发射天线，向空间发射，而在其余时间，则使天线接收机与输入端接通，雷达目标反射信号对于探测脉冲的延迟就是无线电波的传播时间t，而t =2R/C，式中，R是雷达至目标的距离，为倾斜距离，而C是电磁波的传播速度，为了得到目标的图像，探测脉冲必须通过显示器进入摄影镜箱，显示屏上的图像借助物镜投影到软片上并使之曝光，经过化学摄影处理后就得到目标的雷达图像。为了使用短天线，一种新的天线被广泛利用，那就是合成孔径天线，使用这种天线，既能缩短天线的长度，又能提高雷达图像的分辨率。这些电磁波信号也可以进行远距离传输，所以，图像的处理既可以在飞行器上完成，也可以在地面设站进行。比较一下获得图像的设备，可以看出，摄影是采用光学原理制成的摄影机，而雷达图像的获取工具是由电磁波发射与接收装置组成的传感器，又可以远距离传输电磁波信号，所以，这种方式，应该名副其实地称为遥感。英文名词为Remote Sensing，这就是缩略词RS的由来。”
“爷爷，这种雷达图像有啥优点呢？”
“优点就明显了，既然叫侧视雷达，就可以不必如摄影机那样垂直摄影，这在航空飞行器上用于军事目的去获取图像时，不必飞临对方的上空，而在边境线外轻而易举地就获取边境纵深的情报。而最大的优点是受气候条件的干扰较小，即使在夜间也可以获取清晰的图像。所以说，这是一种全天候的遥感设备，不论军用还是民用，都得到广泛应用。由于这种方法可以远距离传输，所以，在采用的飞行器方面，已扩展到航天飞行器。”
“在遥感方面，还有别的方法吗？”
“有呀，还有CCD。”
“CCD是啥意思？”
“CCD是Charge Coupled Device的简略词，译成中文就是由电荷耦合器件构成的线性阵列传感器。这种传感器是由一排垂直于轨道方向排列的CCD阵列组成，每阵列可以包含几千个像元，电荷耦合器件是20世纪70年代生产的固体器件，主要由三层组成，最厚的一层是半导体，为N-Si单晶或P-Si单晶，中间为绝缘层（SiO2），表面为金属铝电极（Al），这相当于一个模拟移位寄存器。用电荷耦合器件做成的CCD排列在垂直于轨道的方向上，当光线照在电荷耦合器件上便会产生电荷，这种产生于半导体内部的光生电荷，在每一个存储电极下面的电势就将电荷聚集成电荷包，并存储在该电极下面的势陷中，电荷数与入射到电极附近的光强成正比，因此，整个CCD中存储的电荷分布便与所摄景物的光强分布相对应。在积累周期末，通过扫描控制驱动系统，CCD的电荷便开始传输，电荷包作为光信号被依次传送到输出器，进行放大，变成视频电信号输出。如果将信号加到载波上便可远距离传送，这种信号通过模—数转换便可得到数字影像。CCD阵列随着飞行器运行的速度不断进行航向扫描，就可以获得被摄地区的连续图像。”
“CCD有啥优点呢？”
“这种CCD线性阵列传感器的优点是分辨率高，输出效率快，与别的扫描器相比，几何性能比较稳定。”
“CCD已经装在航天飞行器上开始应用了吗？”
“听说过Spot卫星吗？”
“知道，那是法国发射的卫星。”
“Spot卫星是法文词组Systeme Probatoired Observation de la Terre的缩写，第一颗卫星从1986年2月23日起就可以大量提供地球表面的图像，每幅图像由6000行组成，即像幅为6000×6000像元，实地为60千米×60千米，相片比例尺为1∶40万，像幅尺寸为15厘米×15厘米左右。而Spot-2在1990年升空，卫星的高度为832千米，重复周期是28天。这种卫星就采用了有CCD阵列的传感器，这CCD阵列就分别装在两台电子光学扫描仪（HRV）上，利用镜面反射装置每台仪器可作侧向倾斜，倾角最大达±27度，利用这种方式可在±475千米宽的范围内对地球表面进行扫描，当倾角为0度时，扫描的宽度为60千米，当倾角为±27度时，扫描的宽度为81千米。由于每台HRV仪器均可侧向倾斜扫描，因此可以得到地球表面的立体图像，并提高重复速度，这个特点很重要，不但能及时得到多时相的数据，也为解析法立体测图提供了可能性。但Spot图像要构成立体像对需要从不同的轨道上对同一地面进行侧向扫描，虽然在中等纬度地区，两次摄影的间隔在一天左右，但为了得到无云覆盖的图像，有时要等待很长的时间，这就容易造成左右相片的时差太长，而影响立体效应。为了提高立体像对的时效性，德国MBB公司和慕尼黑工业大学航测研究所研制出三行的CCD摄影机，称之为DPS数字摄影测量系统，这种系统已应用在MBB和美国宇航研究中心联合研制的MOMS-02扫描仪中。”
“看来这三行的CCD摄影机就解决了单行CCD摄影机立体像对的时差问题。”
“是的，三行的CCD摄影机就可以在同一地面获得时差极小的3条重叠图像带A、B、C，用A和C构成立体像对进行立体测图，而中间的B相片用来制作正射相片，这样就方便多了。”
“爷爷，在500年前，欧洲人还没能证明地球是圆的，更不知地球上还有比大西洋更辽阔的太平洋。有了卫星，地球的大小及形状，可以说一览无余了！”
“当然，现在不会再有人去宣传地球是方的了。但500年后的今天，全球南北之间，贫富差别的悬殊不但没有缩小，反而越拉越大，人口数量占绝大多数的第三世界国家，不少仍然挣扎在饥饿线上，艾滋病及各种传染病在这些贫穷的国家中迅速蔓延，有些还没有准确地测制过地图。因此，Spot卫星提供的图像，可以用来测绘1∶20万比例尺的地形图，这是联合国关于世界测图状况报告中指出的。”
“那对于已经准确测过地图的国家就没有什么用处了吗？”
“你可要知道，地图不会总是一成不变的，必须经常更新，所以对于已经覆盖大比例尺地形图的地区，Spot地球观测卫星图像可以用来更新1∶5万比例尺的地形图。”
“爷爷，除了Spot卫星以外，还有其他卫星装有CCD阵列扫描仪吗？”
“美国地质调查局发射的Mapsat卫星和联邦德国的航天飞机STS上都装有CCD阵列扫描仪。”
“那其他卫星呢？”
“第一颗地球资源卫星是美国于1972年7月23日发射的，起初称为‘ERTS’，后来改名为陆地卫星（Landsat），这颗卫星重量为953千克，绕地球一圈需时103.2分，每天绕地球运行14圈，18天可以摄满地球一遍。在轨道上卫星观测到地球表面185千米宽的条带，2条轨迹间相隔2400千米，每隔一天，卫星轨迹向西移动约159千米，所以，在赤道附近，隔天的相邻条带之间有14％左右的重叠。卫星上的传感器有两种，一种是反束光导摄像管（RBV）相机，由3台光谱带不同的相机排成一行组成，光谱带分别对蓝绿、绿黄和红—红外敏感，可以观察185千米见方的地球表面；另一种传感器为‘多光谱扫描仪（MSS）’。到陆地卫星-3号发射时，采用的是五光谱段扫描仪，就是用5个光谱段同时通过同一光学系统对地球表面进行摄影的方法获取数据，这5个光谱段以微米为单位，分别为0.5～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8、0.8～1.1、8～14，这两种遥感设备的数据传输到地面后，经过处理，最后产生70毫米的胶片或相纸产品和计算机兼容磁带（CCT），也可以提供将70毫米胶片放大成为9.5英寸×9.5英寸（幅面）的胶片，此时比例尺为1∶100万。”
“比例尺这么小的图像，能有用吗？”
“可以用来测制1∶50万的地形图或航空图，也可以修测小比例尺地形图。在1973年春，美国发射了第三颗陆地卫星，卫星上装有两台反束光导管摄像机，透镜焦距236毫米，两台相机平行安装，每台相机覆盖面积达98×98平方千米，两个条带之间重叠13千米，这样，获取的图像和每幅多光谱扫描仪图像的幅面相一致。美国在1982年及1984年分别发射了第四颗和第五颗陆地卫星，这两颗卫星上安装的主要传感器是第二代多光谱扫描仪，名称为‘专题绘图仪（TM）’，主要部件是由摆动扫描镜、主成像望远镜、光谱滤光片、接收器阵列、辐射制冷器、电子控制器及电子处理器组成。光谱段增加到7个，通过这些窄的光谱段同时记录电磁可见光和非可见光的辐射能量，并把获取的信息记录在磁带上，这些数据流通过电子处理器可以把记录的能量转变为光强形成图像上不同的强度。各个光谱段可以进行彩色编码或合成彩色图像。陆地卫星图像的用途，主要用来为全球的农作物评估产量、进行土壤调查、洪水灾害估计、野生资源考察、地下水和地表水资源研究等，这7个谱段中，2.08～2.35微米谱段还可以用作地质探矿。”
“听爷爷的介绍，现在可以获取图像的设备是越来越多了。”
“可不！除了刚才提到的航天飞行器上携带的获取图像设备以外，还有一种叫做‘天空实验室’，这是美国为了考察人在长期空间飞行条件下的生活和工作能力而研制的，作为‘阿波罗计划’的扩充部分，‘天空实验室’1号于1973年5月14日发射，装备有六波段照相机组，仪器代号为‘S-190’，红外光谱仪（S-191），十三波段扫描仪（S-192），微波辐射系统（S-193）和微波雷达（S-194）。其中，S-190六波段照相机组是第一套摄影试验装置。第二套试验装置是焦距为460毫米的海康照相机。有这么多获取图像的设备，除了对地球资源进行探测外，主要是侦查地面的军事目标。”
“爷爷，还有航天飞机哩，这上面能装备摄取图像的设备吗？”
“当然能呀，航天飞机是运载人员及设备到太空站的飞行器，在大气层以下是飞机；出了大气层，就是太空飞船了，美国的航天飞机‘哥伦比亚号’在1981年4月12日发射成功，其形状像一架三角翼飞机，长37米，高17米，翼展24米，机舱共3个，乘员可载7名，机上装有大幅面相机，焦距为300毫米，图幅尺寸为23厘米×46厘米，胶卷盒的容量为1200幅，在300千米的轨道拍摄时，每幅图像覆盖的面积是225千米×450千米，比例尺是1∶100万，地面分辨率是15米，前后重叠达80％，且飞行方向的幅面较横向长，因此，图像可以构成立体像对，并能绘制出等高距为20米的地形图。航天飞机曾因发生过空难停飞过一段时间，现在又继续在使用。曾经爆炸解体的有‘发现号’，最近的是‘亚特兰蒂斯号’。”
“我看通往太空的运载工具，各国也各有偏爱。”
“大家都在探索，思路当然是拓宽一点为好！”
“爷爷，难道除了军事目的以外，太空遥感系列在科学研究方面仅仅是为了了解地球的陆地吗？”
“当然不只是陆地，还有大气研究和海洋监测等。”
“您说是控制温室气体的危害？”
“全球气候变暖与温室气体无节制地排放密切相关，各国科学家的目标是将大气中温室气体的聚集稳定在一个不危害气候系统的水平上。在1992年，160多个国家签订了气候条约，世界气象组织（WMO），国际海洋委员会（IOC），联合国环境署（UNEP）和国际科学联合会（ICSU）共同发起了全球气候观测系统（GCOS）的研究，重点是要开发一个用户友好的数据系统，这个系统与别的全球观测系统密切合作，特别是与全球海洋观测系统（GOOS）和全球地形观测系统（GTOS）。因为，这些系统之间是密切相关的。过去研究海洋，仅仅依靠少数海洋考察船，在有限的洋面上采集一些少得可怜的数据，这怎么能行呢？广袤的海洋是巨大的热和碳元素的库存地，传输着巨量的机械能与化学能，这些能量的释放，又直接影响着气候的长期变化。所以这些研究都是互相渗透的，支持这些系统的研究，没有太空传感器能全面进行吗？科学家们根据已掌握的观测数据，在计算机上模拟出地球上各种变化的数学模型，用来推测变化的发展趋势，给全球人类提出有益的建议。但这种数学模型，必须不断利用新的观测数据加以修正，才能逐步接近事物变化的本质。所以，要想找到规律，绝非一朝一夕能够完成的，而且，仅仅根据某时某地的数据，难以得到地球变化的全貌，这就是太空传感器需要长期监测，积累更多数据的道理。”
“爷爷，我有时在电视的气象节目中看到过卫星云图，气象预报准多了。”
“是呀！我国1988年9月7日发射了‘风云1号’气象卫星（FY-1），在1990年9月3日，又发射了FY-1B，1995年5月，第三颗气象卫星FY-1C升空；后来又发射了‘风云2号’卫星，卫星上载有高分辨率的扫描辐射仪，共有5个探测通道，能同时获取5个波段的影像资料，其中一、二、五波段用于拍摄可见光和红外云图，可以预报天气；波段一和二的测量数据可提供地球表面的植被指数并可区分云和雪。波段四和五用于海洋水色观测，取得中高浓度海洋叶绿素的分布图。图像数据还可用于分析积雪、海洋、大面积的洪涝灾害等。‘风云1号’卫星资料的传输采用与美国NOAA卫星兼容的体制，有高分辨率图像传输（HRPT）和4千米分辨率的自动图像传输（APT）两种。卫星上装有磁带机，可以储存观测资料，当卫星通过地面观测站时，将资料发送下来。”
“我记得报上登载过，咱们国家与巴西联合发射过卫星。”
“那是‘资源卫星1号’，是用‘长征3号’火箭发射的，卫星中装载的探测仪器中包括3台成像传感器，分别是广像成像仪、高分辨率CCD相机、红外多光谱扫描仪。其中，CCD相机的功能与美国‘陆地卫星’上的相机有类似的波段，而CCD相机有侧视立体观测的功能，与Spot卫星的侧视功能类似。”
“爷爷，我国还发射过哪些卫星？”
“我国发射过一批小卫星，如1994年2月发射的‘实践4号’和1999年5月发射的‘实践5号’，是用来监测空间质子、离子、电子和单粒子翻转的小卫星。”
“为啥选择小卫星呢？”
“近20年来升空的小卫星是现代化高性能的结晶。这是为特定功能而设计的卫星，采用高新技术，总体水平高，研制费用低，周期短，一般使用两年左右，大体区分是这样的，重量在0.5～1吨，造价2000万～5000万美元的叫小卫星；重量在0.1～0.5吨的，造价400万～500万美元的叫超小卫星；微型卫星重量为10～100千克，而纳米卫星重量小于10千克，现在主要选择前两种。今后，微型卫星和纳米卫星可以说前途无量！”
“爷爷知道我国总共发射了多少卫星吗？”
爷爷起身，在书柜底层翻出一本剪报，翻到后面，终于找出了一块从《参考消息》上剪下来的‘豆腐干’文章，指给小J看：“喏，据这份研究报告估计，目前太空中运行的卫星有845枚，其中，美国拥有443枚，占53％，中国只占4％，不足美国的1/10。”
“爷爷，这些太空飞行器少带些军事侦察的仪器，多装些有益于人类和平发展的探测仪器该多好啊！”
“咱爷俩想到一块去啦。孩子，你可要记住，古语说得好，‘害人之心不可有，防人之心不可无！’第二次世界大战时，中国死伤的人最多，为啥？就因为咱们落后呀，落后就容易被别人欺侮，这是血的教训哪！”
“爷爷，从第二次世界大战到现在，咱们这个地球上，局部战争从来没停止过，人类为啥要不停地互相残杀？”
“世界处在一个纷争的状态中，大国的崛起，带来了奴役和掠夺，殖民与反殖民，种族歧视，压迫与反抗，饥饿和瘟疫……人类的财富集中在少数人的手中，弱肉强食的现象随处可见，加上人类的政治理念、宗教信仰和文化习俗存在差异，互相之间深藏着猜疑，在缺乏沟通的情况下，这种猜疑发展成诅咒和仇恨，就像干柴遇到了火花，一点就着。这就叫‘树欲静，而风不止’。记住，不管别人有多利的矛，咱手中得掌握结结实实的盾！到了人类再也闻不到硝烟，大家都心平气和地分享文明带来的硕果时，那就是和谐世界来临了。为了这一天，人们还得做出巨大的努力，这就应了屈原的一句话‘路漫漫其修远兮’！”
地面摄影测量的应用就在我们周围
听爷爷介绍了几次摄影测量的知识以后，小J再见到相片，就不单纯是欣赏构图是否完美，有没有艺术意境，他想得更多的是图像的应用。他惊奇地发现，从地下到天上，获取图像的途径千变万化，而摄影竟能跟测绘结合得如此完美！这个奇妙的图像世界深深地吸引着他。所以，课余时间他又开始在爷爷的书柜里漫游。当然，首选的是关于摄影测量方面的教科书和学术著作。王之卓教授的《摄影测量原理》，他也翻了一遍，可许多地方他看不懂，很多公式的推导都属于高等数学的范畴，比如，平面坐标的变换他曾经学过，可那本经典著作里动辄就是立体坐标的换算，他暗自下定决心，总有一天，他要看懂这本经典著作。当然，有些教科书里有不少插图，有摄影相片，既有黑白也有彩色的，而彩色相片中，也有红外彩色片，另外还有相应的地形图，从这些图片和文字说明中，小J对爷爷介绍的知识增加了印象。
有一次，小J在一本教科书上看到一幅汉阳归元寺释迦牟尼塑像的等值线图。这幅图是由一圈一圈的等值线组成的，既不是工笔画中的白描手法，也不属于速写，确切地说，这是一幅集科学性与艺术性于一体的作品。
小J看到这幅画，爱不释手，便忍不住拿去请教爷爷，“这种图片也跟相片有关系吗？”
“对呀！这叫近景摄影测量，你看，图上注明了，这是用地面立体摄影机UMK拍摄的，测图仪器是托普卡B型，属于模拟测图仪。”
“要测绘这样的图，也得拍摄两张相片，对吗？”
“那当然，要不，咋能构成立体呀！”
“这跟爷爷过去拍的那些风景照片一样吗？”
“那要严格多了，你见到过的风景照片只要能产生立体效应就可以了，而书上的佛像图是需要供测量的，所以，得按规矩办。首先，要选择一条基线，量出长度，在基线两端安置摄影机，然后，对目标进行正直摄影。”
“啥叫正直摄影？”
“就是摄影机的镜头，要跟基线保持垂直。”
“那能做得到吗？”
“能呀，因为这种用于地面立体摄影的相机都是跟经纬仪一体组装的。正直摄影好比是航空及航天飞行器上的相机对地球表面进行垂直摄影。”
“非得正直摄影不可吗？”
“那得看测图的用途及作业的条件。正直摄影，在相片处理上比较简单，所以，应用得比较普遍，特别是将立体摄影测量用在测绘地形图时，连续的基线一般采用正直摄影。尤其在喀斯特地区，像广西及贵州，类似的喀斯特地貌较普遍，蚀余的石灰岩山峰，有时峰顶面积甚至比底部还要大，攀登十分危险，这种地貌用地面立体摄影测量方法来测绘是很方便的。在平坦地区，地面立体摄影测量就没有什么用武之地了。也就是说，正直摄影在内业处理时要简单得多。但迫于作业条件，倾斜摄影也是可以的，这比航空或航天飞行器要方便，飞行器要改变姿态或摄影机改变摄影方向才能进行倾斜摄影，而地面立体摄影相机在摄取立体像对时，只要在摄影基线两端同时安置偏离的水平角就可以了，很方便的。”
“可是，从空中获取的图像，要处理的是地表平面，而从地面获得的图像，要面对的是地表的垂直面，这能一样吗？”
“是这样的，相片的外方位元素是X、Y、Z和φ、ω、К，属于物空间坐标系，前三项是空中摄站曝光瞬间相机节点在空中的大地坐标，其中X是纵坐标，Y是横坐标，而Z是高程。在地面立体摄影时，这就是摄站的大地坐标，这是一样的。但在内业处理相片时，地面摄影中的相片坐标，含义就不同了，相片中的坐标系，Y是测量高差的，而视差数据是用来测量景深的。这里要注意的是，相片中的坐标系与大地测量坐标系是有差别的，相片中的坐标系，x是横坐标，y是纵坐标，与数学坐标一致，为右手系坐标。在大地坐标系中，X是纵坐标，Y是横坐标，坐标方位角是顺时针方向旋转的，为左手坐标系。”
“爷爷，航片上的外方位元素还有后面三项，那表示什么？”
“前两项是倾斜角，在垂直摄影时，倾斜角都很小，第三项是旋偏角，这都是未知的，需要在内业处理时，用空中三角后方交会的办法计算出来。在地面立体摄影中，可以将其缩小到最低程度。”
“既然有外方位元素，就一定有内方位元素啰。”
“有呀，相片主点应该与框标连线的交点重合，但相机安装时难免有微小的偏差，所以，主点坐标可以在摄影机鉴定时测出，其数据便是x0及y0，这主点坐标和摄影机焦距f就是内方位元素，称为像空间坐标系统。”
“我以前听爷爷说过，大地测量坐标系与数学坐标系是不一致的，没承想相片坐标系与数学坐标系相同。真有意思！在数据处理中不会混淆吗？”
“不会的，因为公式推导时，就注意了不同坐标系的对应关系。”
“难怪我在摄影测量的经典著作中，看到的主要公式，绝大部分是立体坐标系的变换。”
“对了，就是将小相片上的坐标放大，旋转，与地面的大地坐标系相互拟合，根据对应关系，可以模拟摄影瞬间的光束，用空中三角交会出相片的外方位元素。再根据立体像对的空中摄影基线，用前方交会求出每个像点位置。所以这种交会法与地面大地测量和控制测量的观测元素是绝对不同的，地面测量中的交会法，观测元素是用经纬仪测出来的交会角，而摄影测量交会法的观测元素是用坐标量测仪（单张或立体）测出来的相片坐标和视差读数。但地面立体摄影测量有个好处，就是相片的外方位元素是已知的。”
“我明白了，既然在地面摄影，各个摄站的三维坐标当然可以用常规的方法测出来。可是，现在有了GPS，在航空飞行器上安装GPS，那航摄相片的外方位元素不就有了吗？”
“孩子，你的想法如今已经实现了，那就是将组合导航技术设备装载在航空飞行器上，也就是说将差分GPS和IMU组合在一起，这样就可以直接获得摄影机外方位元素和飞行器的绝对位置。”
“对呀，这样一来，航空相片的处理不就跟地面摄影相片的处理一样简单啦！”
“确实是这样。在航空摄影测量的起步阶段，相片控制点通常采用全野外布点法，这项工作跟地形测量的测图控制工作同样烦琐，而且相片控制点在相片上的标准位置是有规定的，即使联测很困难也得想法测出来，所以，难度更大。后来，随着摄影测量从模拟法测图向解析法测图发展，在野外的布点方案逐步向稀疏布点过渡，就是说，利用空中三角加密的相片控制点越来越多，但再节省，总还得到野外去实测最低限度的相片控制点。实现组合导航技术以后，可以不必再到野外去实测相片控制点了。这对广袤的荒漠地区的测图是一大贡献。还有一个好处就是，可以采取定点摄影的方式，比如，按图幅中心定点摄影，这样做，内业测图也方便，两个像对可以测完一幅图，无论制作线划图或正射影像图，都比较方便。否则，一幅图采用多个像对拼接而成，容易增加拼接误差。而用于城镇大比例尺测图时，相片放大倍数最多采用4倍较合适，按定点摄影，一张相片可以覆盖4幅地形图，也就是说，每个立体像对可以测绘两幅地形图，这就比较划算，从摄影到测图，都很经济。”
“我看航天遥感中有许多获取影像的手段都挺好，要是在航空遥感上加以应用，不是也挺好吗？”
“说得好！有一种机载激光雷达（LIDAR），将激光、GPS和惯性导航系统装在整个系统内，能获取地表的高精度三维信息。另外，将数码相机安装在可以旋转的平台上，分多条航带拍摄城市影像，再结合地面车载或手持的数码相机影像作整体处理，就可以生成可视的城市三维图像。”
“这些图像有时可以从电视节目中看到，就像从高处俯瞰市容一样。”
“对呀，看起来就好比是身临其境的感觉。”
“爷爷，您刚才说，新的摄影方法特别适合荒漠地区，咱们国家难道还存在没有地形图的地区吗？”
“我国小比例尺地形图已经全部覆盖了。但西部大约有200万平方千米面积没有测过1∶5万比例尺的地形图，这就用得着航空和航天的遥感手段，包括数字航空摄影、航空航天合成孔径雷达、卫星导航定位、无控制点或稀少控制点测绘等，将西部的空白填满1∶5万比例尺的地形图。”
“如果用解析法处理空中摄影测量的资料能跟地面摄影测量的资料一样简单，用相片来制作地图就方便多了。”
“对呀，在处理航片的作业流程中，将许多需要到野外进行的工作省掉了。原先相片控制点要全野外布点，现在只需要稀疏布点，甚至完全可以通过室内处理。过去地图上需要展示的各种地物、地貌要素，需要直接拿着航片在野外实地调查，白天跑了一天，晚上还得在昏暗的灯光下用小笔尖分色绘到相片上，现在绝大部分可以通过室内判读来解决。这些都是科技进步带来的好处。你看，不但减轻了劳动强度还提高了效率。”
“爷爷，这摄影测量最早是从地面开始的，后来发展到航空，又从低空发展到高空，最后进到太空，不但对地球进行测绘，还测绘月球、火星、木星等其他星球。人类的测绘能力已经越来越高超！”
“孩子，过去在《西游记》里描写过，孙悟空和神仙们都可以腾云驾雾，一个筋斗就是十万八千里，神仙中还有千里眼、顺风耳，可那都是神话，说着逗乐的。可如今呀，人类的本事早就超过书上的神仙了。”
“那摄影测量在地面上除了测绘地形图就没啥用武之地啦？”
“这倒不见得。你看，物理的发展基本上经历4个阶段，最初是观察宏观世界的低速运动，再发展就是宏观世界的高速运动，再往前迈一步，就研究起微观世界的低速运动，现在研究的是微观世界的高速运动。测绘科技的发展大体上也差不多。如今，地面摄影测量已经超脱传统的模式，应用范围更广泛了，不仅可以作为基础科学在探索微观世界高速运动中测量变化的轨迹，使运动的轨迹量化，而且跟我们日常生活的关系越来越密切了。”
“是吗？”
爷爷从书柜中又翻出了一本画册《测绘为您服务》，那里有一页刊载了3张工作照片，第一幅是用地面摄影的方法对西安大雁塔进行形变测量；第二幅是用地面摄影机对乐山大佛进行拍摄；第三幅照片是在陕西临潼的秦始皇陵对兵马俑进行摄影测量，旁边还有一幅乐山大佛的画，这幅画既不是速写，更不是素描，而是大佛的等值线图，就跟汉阳归元寺的释迦牟尼像差不多。
“爷爷，形变测量是测量物体形态的变化吗？”
“对呀，比如意大利的比萨斜塔，本来就是斜的，可人们后来发现倾斜得更厉害了，到底变化有多大，这得用数字准确地表示出来，如果定期进行形变测量，就可以计算出变化的速度，这对文物的保护很重要，人们可以根据这变化的速度来寻求保护的措施。当然，测绘的方法有很多种，但地面摄影测量不失为一种快捷而又准确的方法。你从照片上看到的是大雁塔进行形变监测的工作照。”
“爷爷带我去过西安，大雁塔和小雁塔我都记得，特别是大雁塔，玄奘从印度取经回来，把经卷藏在雁塔寺内，那可是重要的文物呀！得好好保护。”
“咱们国家历史悠久，文化遗产多得很，前些年苏州虎丘的塔也进行过形变测量，那里还有出土的春秋时代的铜剑，像这些文化古迹，在全世界人民中都很瞩目。除了历史遗址以外，现代的大型建筑建成以后，也需要进行形变观测，葛洲坝的船闸，你是坐船经过的，船闸的大门经常要启闭，形变的情况咋样？光用眼睛观察是不行的，地面摄影测量就用得上了，经常拍个立体像对，对门上的固定标志用三维坐标来分析，这形变就量化了，让数字说明一切。再举个例子，露天矿的开采，每天的产量是多少？用立体像对每天量测一次，剥离量就可以很准确地测量出来。还有，海港的码头，轮船靠岸时的冲击力有多大？这可以用码头岸边悬挂的成排的废轮胎作为介体，用像对测量变形的数据，来计算船体撞击时的冲击力。难怪有人将撞车后损坏的部件拍摄出像对，按变形部位测量的数据来计算撞击的方向和力度，用以分析交通事故，这是最直接的证据。”
“等一等，爷爷说了一大堆，尽是在说明地面摄影测量对损坏的物体可以测量出变化的数据，那能不能在建设方面发挥作用呀？”
“肯定能！我先给你讲一讲造铜佛的故事吧。要知道，浇铸金属件首先得做出沙模，因为这铜佛太大了，整体浇铸是不可能的，只有分体进行，也就是说，先按雇主的设想，浇铸出一个小的佛像模型，然后对这座小佛像拍摄立体像对，通过坐标量测仪，测出分块铸造时拼装点的三维坐标，再根据这些坐标做成沙模，分成202块，分块浇铸后，将分块的部件运到组装地点，再一块块地组装起来，使之成为整体。就这样，巍峨的铜佛像就矗立在风光旖旎的景点上了，这难道不是在建设上发挥作用了吗？”
“爷爷说的是香港的大铜佛，对吗？”
“对呀！这些地面摄影测量又可称为近景摄影测量。这近景摄影测量根据对象，除正直摄影外，还可以采用等偏角摄影和交向摄影，这都属于水平摄影。除水平摄影外，也可以采用等倾摄影，倾斜角若是仰角，符号为正，如果是俯角，则为负，等倾摄影时也可以采用正直摄影和等偏摄影两种方式。上面介绍的给建筑物测垂直面图，给塑像绘等值线图，这都出了地形测量的范畴，所以又称为非地形摄影测量，这应用的范围可就广泛多啦！”
“爷爷！快讲给我听，非地形测量的应用范围还有哪些？”
“听说过给人体的外形进行测量的事吗？”
“没听说过。”
“其实，这方面的应用也很早，欧美在19世纪下半叶就开始用近景摄影的方法对人体的外形进行研究，这项研究可以积累人体发育的科学数据，到了近代尤显得重要，例如通过宇航员的躯体截面来研究空间飞行前后人体各部分面积和体积的变化，从而研究人体对太空旅行的承受能力及体质的变化。而在美容手术前对头部进行近景摄影可以取得脸面的外形数据。自然，这种研究也可以推广到除人类以外的其余动物。”
“也就是说，对植物生长规律的研究也可以采取近景摄影测量的手段。”
“这是毫无问题的。特别是在培育新的植物品种时，定点定期进行立体摄影，就可以将生物的发展过程数字化。”
“爷爷，非地形摄影测量也得采用测量专业用的相机吗？用普通相机行不行？”
“用测量用的相机更好一些，因为，这类相机有框标，便于在坐标仪上测量。但普通相机也可以用。别说普通相机，连电影摄影机和X光机甚至电子显微镜都可以采用。”
“X光机和电子显微镜也能进行近景摄影测量吗？”
“当然能！X光摄影测量可以观测物体内部的变化，而电子显微镜摄影测量可以观测和研究物体的微观世界。别忘了，都需要将研究对象拍摄立体像对。目前，将这些立体像对在测量后交由电子计算机来进行数据处理，就可以观测到微观世界的高速运动轨迹。”
“听爷爷这么说，我好像看到了一个万花筒，眼花缭乱。”
“我还没有说到近景摄影测量与我们日常生活的关系。假如，你要订做一套称心如意的服装，不妨留个立体像对，根据你的体型特征，可以做出非常得体的衣裳。运动员想要改进自己的技巧，可以对运动状态做一个动态分析，找出薄弱环节加以改进，肯定可以创造出更好的成绩；当火山将爆发或岩体将要崩塌前需要监测时，在无法贴近现场的情况下，可以采用定期的近景摄影立体像对进行监测。类似的例子，到处都是。这么说吧，这跟我们的日常生活关系太密切啦。”
“哇——”
爷爷看得出来，孙子听到这里，惊奇得打心眼里服了！
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