應(yīng)用航測技術(shù)的電力線路工程勘測及精度評定研究

　　GPS技術(shù)以其可在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、聯(lián)系、實時的三維導(dǎo)航、定位、測時、測速的特點，在測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其相對定位的定位方式發(fā)展迅速，從最先的碼相對定位到現(xiàn)在的RTK，使GPS定位精度不斷提高，而絕對定位即單點定位發(fā)展相對緩慢。美國噴氣推進實驗室(JPL)的Zumberge提出了精密單點定位技術(shù)(Precise Point Positioning，PPP)技術(shù)，只要給定衛(wèi)星的軌道和精密鐘差，采用精密的觀測模型，就可以計算出接收機的精確位置。目前國際GPS服務(wù)組織(IGS)能夠提供衛(wèi)星的精密軌道和鐘差，衛(wèi)星軌道的精度能達到2cm～3cm，衛(wèi)星鐘差的精度優(yōu)于0.02ns。
　　隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，集成了高精度慣性導(dǎo)航定向系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的數(shù)碼航攝系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，其中最具代表性的是推掃式航空傳感器ADS系統(tǒng)，可無需進行外業(yè)控制測量就可以直接進行加密和測圖，不僅大大減少外業(yè)控制測量工作及成本，更可以提高工作效率，縮短成圖周期。國內(nèi)對ADS40傳感器的各類試驗也早已在測繪系統(tǒng)中展開，但多側(cè)重于區(qū)域網(wǎng)模式，而在國內(nèi)，諸如輸電線路一類的帶狀工程中的應(yīng)用較少。本文結(jié)合工程，對基于精密單點定位的ADS40航測技術(shù)在線路勘測工程中的應(yīng)用、精度和誤差情況做了一些深入研究。
　　1　ADS40航攝儀概述
　　
　　ADS40數(shù)碼航攝儀是由瑞士的LH公司和德國宇航中心DLR聯(lián)合研制的，是基于線陣CCD技術(shù)的，集成了GPS接收機和慣性測量裝置(IMU)的新型攝影測量儀器。ADS4411324af581d5469651608875c9cc8fd718db63b46f32a5b9d0dd916009b98c60傳感器為推掃式數(shù)字傳感器，由傳感器頭、控制單元、大容量存儲系統(tǒng)、操作界面、導(dǎo)航界面及陀螺穩(wěn)定平臺等組成。
　　SH40(sensor Head)中集成高性能鏡頭系統(tǒng)和慣性測量裝置IMU，鏡頭焦平面上安置7條波段CCD陣列探測器，可以生成黑白、彩色及彩紅外影像。3條全色CCD線每條是2×120000個像素，4條多光譜CCD線，每條是12000個像素，像素大小6.5mm，視場角為64°，焦距62.77mm，3條全色CCD角度分為14°／28°／42°。
　　ADS40航攝系統(tǒng)使用POS技術(shù)，以線陣CCD推掃的方式獲取地面的數(shù)字影像，并以WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，所獲取的影像需要在多種坐標(biāo)系中進行處理和轉(zhuǎn)換。
　　2　試驗實施及精度分析
　　ADS40推掃式數(shù)字航攝儀和傳統(tǒng)框幅式相機的布點方案完全不同。本次試驗利用揚州至鹽城輸電線路工程，主要研究了GPS精密單點定位技術(shù)下無基站的數(shù)據(jù)處理、像控布設(shè)方案及數(shù)據(jù)精度情況。該工程地形復(fù)雜，絕對航高2700m，GSD為0.25m。共實施有效航飛8條航帶，航飛長度約60公里，線路路徑基本成南北走向，飛行時未架設(shè)基站。
　　2.1外業(yè)控制測量
　　坐標(biāo)基準(zhǔn)：平面采用1954北京坐標(biāo)系，中央子午線105度，高程采用1956黃海高程系。共聯(lián)測了3個國家已知點，測設(shè)8個控制基準(zhǔn)點，約50個像控點，用于空三加密和精度檢測。
　　2.2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換(包括平面和高程)
　　電力線路工程應(yīng)用一般是基于克拉索夫斯基橢球的1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系。而ADS40系統(tǒng)獲取的坐標(biāo)信息主要是WGS84基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，本試驗測線長60km，區(qū)域較小，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用Bursa七參數(shù)轉(zhuǎn)換法，精度滿足工程要求。
　　2.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和精度檢測
　　(1)數(shù)據(jù)處理。
　　由于本工程未架設(shè)基準(zhǔn)站，因此事后收集IGS提供的精密星歷數(shù)據(jù)，采用PPP技術(shù)在WGS 84基準(zhǔn)下，進行GPS數(shù)據(jù)處理、GPS／IMU數(shù)據(jù)的融合和空三加密處理(LPS工作站處理)。
　　(2)內(nèi)符合精度情況。
　　試驗按照無控、26、6、3、2、1點不同像控點個數(shù)約束進行解算，其內(nèi)符合精度見表1所示。
　　(3)外符合精度情況。
　　由上面不同像控點個數(shù)約束下進行空三解算后，使用七參數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，在1954北京坐標(biāo)系下進行立體量測統(tǒng)計出的精度情況，平面檢測點45個，高程檢測點50個。(如表2)
　　表2中不同方案的外符合精度略有差別，但差別不大，平面中誤差在0.2m左右，不超過1個像素，高程中誤差不超過2個像素。其中26個像控點參與解算的高程精度相對最好。6點布設(shè)方案1的平面精度好于6點布設(shè)方案2。由表2還可以看出，1個像控點約束下的平面中誤差精度量好。這一結(jié)果體現(xiàn)了ADS40數(shù)據(jù)模型的剛性特征。為了保證工程數(shù)據(jù)的可靠性，根據(jù)工程長度和分布情況，不超過60km時建議使用六個點進行約束，即能滿足電力線路工程勘測要求。線路長度較長時，可根據(jù)情況分段使用七參數(shù)處理。
　　試驗結(jié)果說明，像控點的布設(shè)，對高程有一定的約束，對平面精度影響不大。
　　2.4ADS40數(shù)據(jù)和DMC相機數(shù)據(jù)精度比較
　　該工程的ADS40數(shù)據(jù)中的局部地方，有同時期的DMC航攝儀空三成果數(shù)據(jù)，選取重合區(qū)域，從ADS40數(shù)據(jù)立體模型中均勻找出了34個明顯特征點，同時在DMC數(shù)據(jù)中立體觀測其三維坐標(biāo)，進行比較分析，較差結(jié)果如表3所示。
　　2.5利用外業(yè)終勘數(shù)據(jù)進行精度分析
　　沿全線50公里線路方向，選取外業(yè)終勘數(shù)據(jù)平面特征點108點(清晰、無數(shù)遮擋、便于立體觀測)，高程特征點304個。在ADS40立體模型下測量其三維坐標(biāo)，統(tǒng)計結(jié)果如表4所示。
　　經(jīng)過統(tǒng)計分析，高程誤差的概率分別為：P(－σ≤△≤σ)=77％，P(－2σ≤△≤2σ)=97％，P(－3σ≤△≤3σ)=100％。由誤差統(tǒng)計及概率論可知，高程誤差分布符合正態(tài)分布。
　　3　誤差分析
　　3.1系統(tǒng)誤差
　　(1)硬件系統(tǒng)帶來的誤差。
　　IMU軸線偏差，GPS、IMU的偏心分量，GPS和IMU運行狀態(tài)(如IMU的系統(tǒng)漂移)等的影響所帶來的誤差，主要為系統(tǒng)誤差。
　　(2)使用七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時帶來的系統(tǒng)誤差。
　　像控點的精度會影響空三加密質(zhì)量，帶來系統(tǒng)誤差。另外，后期成圖時使用1954北京坐標(biāo)系坐標(biāo)主要基于七參數(shù)轉(zhuǎn)換，因此七參數(shù)質(zhì)量的好壞直接影響最終數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量。
　　3.2偶然誤差
　　飛行時受到不明氣流的影響，導(dǎo)致姿態(tài)不穩(wěn)，產(chǎn)生漂移。對于ADS40推掃式相機來說，飛行狀態(tài)的不穩(wěn)定對數(shù)據(jù)獲取影響較大。
　　3.3其它誤差
　　(1)人工量測像控點和檢測點時帶來的不確定誤差。內(nèi)業(yè)像控點量測是基于L0級影像，無法在立體下觀測刺點。因此L0級影像下的像控點轉(zhuǎn)刺主要依靠人工經(jīng)驗，受人為因素影響較大。(2)INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))精度、狀態(tài)等因素帶來的系統(tǒng)誤差外的其它誤差。
　　4　結(jié)語
　　單點定位技術(shù)的應(yīng)用可以在無基站的作業(yè)模式下最大限度地減少野外工作，同時縮短工期，節(jié)約成本。ADS40航空攝影系統(tǒng)集成了POS技術(shù)，采用單一的鏡頭獲取完整影像，從不同視角進行攝影，重疊度高，空三結(jié)果可靠，精度滿足工程需求。這幾項技術(shù)的綜合使用，配合高效計算機處理，將可以大大提高4D產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和工作效率，也將成為我國測繪行業(yè)新的主要作業(yè)模