张寒轩：听说三峡“歪了”？她怎么就“歪了”捏？？
【文/张寒轩】
每到夏季，关于三峡大坝的谣言总会随着强降雨一起到来，不是歪了变形了，就是决堤在即。今年，概莫能外。
一、三峡“歪了”？
先上个图吧。这就是“歪”了的三峡：
看上去真的歪了，量一下看看……
这……工程质量挺好啊……偏移8米都没事？
好吧好吧，不卖关子了，开始解密，到底怎么肥事？
要解释这个问题，我得说几个知识，才能说得明白。有意思的地方也就在这，写这篇文章的原因之一也是因为不苟同泰伯网上给出的解释：
用户看到的谷歌卫星图，并非卫星直接拍摄，而是经过一系列算法处理形成，由于谷歌地图和我国地图的某些算法不同，因此显示某些场景出现偏差。
甚至……
谷歌地图显示的三峡片区的地形，经常会出现不准确的地方，因为“坐标被处理过的”。
想笑。
卫星图不是卫星直接拍摄的是啥拍摄的？你自己定义了一个坐标偏移跟Google有啥关系？？谷歌地图和我国地图算法不同，难道是你把图卖给Google让它自己去做拼接叠加了？？？
这图是卫星拍的没跑，甚至可以知道是Maxar公司2019年拍摄的影像。泰伯网所谓的系列算法实际上是微分纠正算法。
那么啥是微分纠正咧？要说清这个问题，还有一个前置知识要说：
当我们说上帝视角时，其实就是在空中俯瞰大地，但说起正射影像时，我们希望得到的是一种直上直下的投影。如下图B（图网上找的，侵删哈）：
这大概是古希腊的古典美了，因为实际生活中，我们的采集影像设备不是这个原理，甚至包括我们的眼睛，也不是这个原理。正射投影有优美的数学关系，但是我们不能原生地采集到正射投影。
我们现在所使用的面阵相机成像原理如下图：
这种投影是中心投影，将相机镜头朝下装在飞机上，采集地面数据，类似于这样：
当地面非常平摊时，这种成像就可以当做是正射投影，因为看起来没啥区别。不过，让我们来看一下地面有较大起伏时的情况：
这时候拍出来的照片有点像这样：
这可不是我们所期望的，既能看见左边楼的立面，又能看见右面楼的立面，应该是都看不见才是正射投影啊！没有优美的数学关系。你甚至可以发现有很多卫星影像也有类似的效应：
如果说三峡“歪了”，为什么不说这些楼要倒了呢？
再给你们“康康”效果比较差的倾斜摄影模型的扭曲：
这个应该是只使用了正射影像做了倾斜模型，所以建筑物立面没有采集，导致全是拉花。左边的正射看上去很正常
只是告诉大家，成果也有扭曲的时候，不过这属于失败案例，一般人我不告诉他。（手动狗头）
像点位移的测绘学科解释
如上图，是框幅式相机的成像几何分析图。在理想状态下，相机底片与拍摄地面平行，地面地物所呈ABC位置如图。为了方便研究，我们把底片那个倒三角形根据全等三角形性质转到下面来，更方便，实际效果是一样的。
实际拍摄过程中往往相机底片不能与地面平行，有误差才是测绘中常见的情景。比如底片变成了红色那个面的样子，这就会在照片上，对ABC三点产生点位位移。我们再看高程有起伏的情况。
当地面E有起伏地形AA0，BB0时，在中心投影的相片上，会产生aa0，bb0线段，但其实在垂直投影时，AA0，BB0应该完全重合，是同一个点。这就是刚才我们在上面那些图看到的效果。
微分纠正就是用来消除投影差的。投影差有很多种，有高程引起的，有相机中心投影引起的，有飞机拍摄照片时的飞行姿态引起的。消除了投影差，我们就可以得到优美数学关系的正射投影图！
根据有关的参数（相片姿态或者飞机姿态，像元大小和像元数量，相机镜头焦距）与数字高程模型（DEM，也就是地面高度），利用相应的构象方程式，或按一定的数据模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行纠正，且使用的是数字处理方式，故叫做数字微分纠正。
因数字影像是由像元素排列组成，原理上最适合点元素微分纠正。但能否真正做到点元素微分纠正，它取决于能否真实地测定每个像元的物方坐标（XYZ）。
其实换成汉语说，就是如果能知道AA0，BB0的高程，就可以通过计算方法，将正射影像上点的位置改正过来；如果没有真实高程的话，计算机就不能分辨A和B到底是因为高程起伏变化，还是地面地物本身就是这样。
上两张图高楼倾斜，看上去是拍在地面的感觉主要是由于高程引起的，因为用来在微分纠正中计算投影差的高程是地面高程，不是楼顶高程！不用楼顶高程的原因大概是不易获取，即时获取了，也需要进行大量计算——互联网免费的影像还给你做这种计算？
或者大家可以这么理解，如果不能获得地面起伏的高程数据，就不能获得正儿八经的正射投影影像（注意这里不是正射影像）。（按正射影像DOM的定义，它并不是真正的正射投影，只是其中加了一些纠正。真正的正射投影叫真正射TDOM）这部分内容有点复杂，我已经尽量说汉语了（捂脸），如果实在不能理解也没关系。
啊，解释了半天，终于可以说回正题了。
三峡卫星影像“歪了”的原因，就是因为Google没有准确的高程数据，做微分纠正时，把影像拽偏了！
好，先印证一下我的想法，在Google earth里把地形加进去看看：
三维的东西通过照片很难看出立体感。
想法验证，三峡地区的高程乱得一批。坝南干脆起个大坡。
坝体变形位置与高程突变位置基本一致，印证了我的猜想。
再上等高线。
等高线的意思是，用一条封闭的曲线来表示高程相等的位置，用多个这样闭合的曲线表示不同高程。有时候我们研究的范围比较小，所以看起来等高线是断开的。等高线越密集的地方，表示这个地方越陡峭，等高线越稀疏的地方，代表这个地方越平摊。
我要验证的是谷歌地球的高程有异常，所以也是从谷歌地球上下载的数据，上面的数据仅代表谷歌的数据。出于众所周知的原因，我隐藏了等高线上的高程值。这样看好像是看不出来坝体在哪，我把影像和地形图片对比一下放上来。
这两个数据的范围是不一致的，叠加在一起，并把影像做个半透明的效果是这样：
可以看到，彩色的地形文件出现了明显的问题，所谓三峡大坝的弯曲与地形变化完全一致，这回能说明问题了吧。
从DEM的定义来说，是不包括水体的高程的，所以水体的地方高程为0或者no data或者-9999；但我们看实际上，这个DEM数据有着大量的错误：
再上个大图：
在本来不应该有表示高程的地方，“无中生有”地表示出了高程。而且仔细观察坝体位置，中间有蓝色的区域表示高程非常低，是整个图中高程最低的位置，这明显与现实情况不符。于是我怀疑，这个高程是三峡建设期间，长江节流时候的DEM数据。如果是这样，也就能解释为什么西边的水域部分显示出了水下的地形。
嗯……尝试了很久没有找到印证想法的方法，没有办法知道谷歌这个地形采集制作的年份。谷歌地球只有在刚打开历史影像的一瞬间能显示到1985年的影像，等完全加载完之后就只能显示2007年以后的了。那一瞬间倒是看出来跟这个地形很像，但是也没截上图了。
哎，都说到这了，信的人早就信了；不信的人啊，再咋说也不信。
本来这篇文章就想刺激一下泰伯网那不严谨的新闻，没想到收获了这么多浏览和赞。本文的留言加上注册测绘师群里发生的一些事情，让我想再更新一下内容，咱们还是用汉语先讲技术。
二、“开始说没变形，后来又承认变形”
近日有专家组在媒体上公开表示，三峡坝体变形处于“弹性状态”，被不少外媒和网民理解成“开始说没变形，后来又承认变形”。这当中其实也存在一定的误解。
建筑物变形这件事几乎是无法避免的，任何建筑物都会有变形，就像任何测量都会有误差。如果说三峡大坝一丁点变形都没有，那才是真正吓人的新闻了。
通常来说建筑物变形有个允许范围，只要不超过这个范围，建筑物都是安全状态。当变形量接近允许值时，建筑物监测队伍会发出预警——如果我没记错的话，50%、80%、90%允许变形量都会发出强预警；如果变形有进一步蔓延的趋势，肯定会选择关闭建筑物功能。
说起变形这件事，就离不开尺度和精度。比如说，建筑物允许变形量为10cm，即10cm内变形对建筑物的结构和功能不会产生任何影响。在大型或重点建筑物工程中，都会在建筑物运营阶段加入变形监测内容，定时地去观测建筑物的变形量。
一般来说，建筑物会在一段时间之后停止变形，即我们常说的“沉降到位”。除非发生地质变化，这样的建筑一般会延长变形观测间隔；相对的，如果发现了建筑物变形趋势，会缩短变形观测间隔。
像三峡大坝这样的重点大型建筑，想都不用想，肯定采用的是实时变形监测，利用GPS接收机（可跟你用的手机GPS不一样哦）全天候观测变形监测点变化，估计还有各式各样的传感器感知变形。
于是你问我，那三峡大坝到底有没有变形？
如果我是变形监测工作人员，我假如告诉你三峡大坝一丁点变形都没有，那是玩忽职守；但是假如允许变形量是10cm，现在的变形量是5mm，这样的变形量有影响吗？
这大概就是为什么一开始说没有变形，后来又“承认”了有变形。开始说的没有变形是说大坝运行没有问题；后面承认有变形是从专业技术角度说的，但是这个变形完全在可承受范围内啊！如果大坝真有卫星影像上的变形量，估计我们早该救灾去了，还在这谈什么吃不吃瓜的。
三、说点题外话
说点题外话，三峡这种军事重点关注区域地理信息数据非常敏感。虽然间谍卫星在天上实时拍照，但没有准确的高程数据，境外还是不能获得准确的空间三维坐标，没有准确的高程信息也会影响平面坐标精度。所以，阻止境外势力非法测绘依旧非常重要！希望大家积极举报非法测绘！！
另外，如果大家去看三峡的Google影像的话，会发现这个地方有多处拼接，颜色不一样，景物不一样，非常明显，这确实是拼接而成的卫星影像，不过都是用Google合作伙伴的数据啦——国内这个地方的数据如果卖给国外，判个通敌罪什么的一点不为过。
至于拼接的原因嘛，我就说不太好了，总之就是拼出最能表现地表地物地貌的内容了，可用不同图商的卫片拼接，也可用不同时期的卫片拼接。
三峡真的没有“歪”，这个锅三峡不背。
最后“熏疼”一下测绘工作者。
测绘工作技术性比较高，一环扣一环，有些东西确实不好解释，我解释这些问题也连带出来很多基础知识。对于非测绘专业的普罗大众，要全面理解测绘是很难的，也就造成了被人利用不懂专业知识，从而产生恐慌心理。
然而测绘工作量大，要求的技术高，常常在野外，既有体力劳动又有脑力劳动，缺一不可，撇家舍业的，最终得到的是外行们的不理解，收入也不高。可偏偏地理信息对于每个人都息息相关，甚至关乎国家利益、国土安全。赚着卖白菜的钱，操着卖黄金的心。
做slam的说我们做测绘的要求那么高精度干什么，精神病？
做计算机的说我们做测绘的这东西有什么难的，不是很简单么？
好女不嫁测绘郎。谁愿意嫁一个天天不着家的人呢？那我们测绘工作者在野外做的这些事情，又是为了什么呢？
（本文原载于知乎，作者为注册测绘师张寒轩，观察者网已获授权转载。）