激光雷达之前：早期航空制图

记录在案的第一批利用空中视角绘制的地图，是在南北战争时期联邦军热气球军团的支持下，从热气球甲板上绘制的草图。美国内战期间经常进行空中侦察演习，绘制粗略地图在战略上至关重要。1822 年，人们首次试验了在化学变化的表面上印制明暗图像的方法。这些以法国人路易斯-达盖尔（Louis Daguerre）命名的 "达盖尔照相法 "现在被称为照片，可以用一种全新的方式观察地球的许多不规则之处、轮廓和形状。新兴的摄影领域很快与测量仪器和摄影测量原理相结合。从同一制高点但从不同角度拍摄的一系列照片为绘制地形图提供了必要的数据，美国于 1921 年首次编制了地形图。这是地图绘制领域的一项重大发展，它使得有时长达数年的长途越野勘察变得不再必要。本文探讨了从早期的飞行摄影实验到航空制图的发展轨迹。

早期的机载摄影很混乱

19 世纪初，几乎没有可靠的空中飞行工具。1857 年，一位名叫加斯帕德-图尔纳雄（Gaspard Tournachon，又名纳达尔）的法国人爬上了热气球的吊篮，目的是记录巴黎的影像，他是一位先驱。显然，空中的视角值得记录，但这是一项棘手的工作。摄影师组装设备和冲印照片的柳条篮子一直在移动，经常会随着一阵风疯狂摆动。此外，早期的摄影被称为铁版摄影或 "湿版 "摄影，要求在曝光前立即在黑色薄金属板的一面涂上一层胶乳-硝化纤维素溶液。粘板需要保持在完全黑暗的环境中，直到摄影师将其浸入硝酸银溶液中，使其感光。照片拍摄完成并曝光后，需要在几分钟内进行显影。

气球、风筝和信鸽

纳达尔认为可以简化摄影过程，他把一条防光毯子带上气球，遮住所有设备，凭感觉准备照片。第一次尝试时，他发现热气球燃料中的氢化硫烟雾抵消了化学试剂的效果。照出来的照片一片空白。为了纠正这一缺陷，他尽可能地将身体探出气球篮外来准备照相底版。1858 年，他终于拍出了第一张巴黎街区的照片，清晰度足以辨认出街角的一名警察。多年来，人们还尝试了其他空中摄影方法。有人将鸽子送上天空，鸽子胸前装有小型相机，相机内部装有计时器。1906 年，一架悬挂在风筝上的相机从空中记录下了旧金山的一场大火。

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第一架飞机的航空摄影作品

热气球是一种棘手的野兽，由此产生的拼凑图像往往对制作地图毫无用处。1909 年，威尔伯-莱特在意大利上空拍摄了第一张航拍照片。不出所料的是，好的结果并不多见。飞行员常常被迫既要驾驶飞机，又要管理相机。他的一只眼睛盯着地平线，在（希望）正确的时刻拉动连接到飞机支柱上的相机的绳索。在其他时候，乘客则通过驾驶舱地板上的一个小孔拍摄照片。第一批飞机的驾驶舱是开放式的，因此飞行员、乘客和相机都暴露在严寒和其他干扰下。尽管早期面临挑战，但在第一次世界大战期间，越来越多的国家抓住机会将航空摄影用于军事目的。1918 年，法国军用侦察机仅在一天之内就为西线拍摄了约 10,000 张航拍照片。

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早期的航空测量

1921 年，美国地质调查局 (USGS) 使用其最好的航空摄影师、美国空军上尉阿尔伯特-W-史蒂文斯 (Albert W. Stevens) 拍摄的 274 张航空照片，绘制了密歇根州卡拉马祖附近 225 平方英里的地图。勘测地图绘制者于 1921 年绘制了密歇根州 Schoolcraft 四边形地图。这是美国历史上第一张完全根据航空摄影绘制的地图。早在约翰-韦斯利-鲍威尔时代美国地质调查局（USGS）的任务是绘制一本地图集，其中包括统一尺寸的地图，将这些地图拼接起来就能绘制出一幅全国地图。为了测量和绘制地图，美国被划分为四边形。最基本的 "四边形 "地图由 15 分经纬度或大约 197 到 282 平方英里组成，比例尺为 1 英寸比 1 英里。在开发地理信息系统和卫星数据之前，"四边形 "地图是项目工程师进行土地分析时使用最多的地图。

摄影与航空旅行的结合为地图绘制领域带来了新的可能性。二十世纪二三十年代，围绕着航空测量的需求，商业企业迅速发展起来。通过使用同步相机（每台相机配备多个 10 英寸镜头，从多个角度记录景象），可以高效地绘制地图。几十年来，这些地图一直是工程师的 "面包和黄油"。作为早前文章毫无疑问，激光雷达技术从根本上改变了工程师的工作方式，但在地理信息的处理和分析方面，航空摄影也是一个里程碑。