联合多种特征进行摄影测量平差不仅可以减少对特征点的依赖性,而且可以增加冗余,增强摄影测量平差的几何稳定性,从而提高解算精度。但目前的多特征几何定位模型存在以下几个问题:(1)将空间坐标变换分解为旋转和平移两部分,旋转量通常采用欧拉角描述,旋转量与平移量是分开求解的,这会造成旋转平移在时域上的断裂,引入耦合误差。(2)平差形式与点摄影测量一致,没有充分利用直线、曲线等特征的几何拓扑关系。针对目前多特征几何定位模型存在的问题,本文提出以螺旋运动为几何基础进行后方交会的全新理论和方法。在深入研究空间直线表达以及其空间拓扑关系数学描述的基础上,建立基于螺旋运动的多特征后方交会几何模型。分别将成像光线和控制直线用Plücker坐标表示,利用对偶四元数实现成像光线的螺旋运动,根据成像几何原理,对点特征建立基于螺旋运动的共线条件方程,对直线特征建立基于螺旋运动的共面条件方程,点线联合平差实现了位置参数与姿态参数的一体化解算。实验表明,本文提出的方法针对模拟影像、加入高斯白噪声的模拟影像和实际影像均能够获得正确、稳定的定位结果,相比于传统的空间后方交会方法,能获得更高的精度,此外,它还克服了传统后方交会方法像方和物方需要同名点的缺陷。本文研究成果为城区等直线特征丰富地区的影像后方交会提供了一种新思路。