不同附加參數(shù)的POS輔助空三精度分析

張 恒,馮德俊

（1.西南交通大學(xué) 測量工程系，四川 成都 610031）

不同附加參數(shù)的POS輔助空三精度分析

張 恒1,馮德俊1

（1.西南交通大學(xué) 測量工程系，四川 成都 610031）

POS輔助空三的應(yīng)用，能夠減少傳統(tǒng)空三中為加密所需野外控制點(diǎn)的聯(lián)測工作量，縮短成圖周期，降低成本；然而選擇不同個數(shù)的附加參數(shù)，也會使得在POS輔助空三的過程中所采取的模型有所差異，所建立的誤差方程式亦不同。因此，在對精度要求比較高的情況下，附加參數(shù)的選擇就顯得尤為重要。通過使用不同的附加參數(shù)來建立模型，分析造成其精度差異的原因并對參數(shù)的選擇提出了建議。

定位定姿系統(tǒng)；POS輔助空三；附加參數(shù)；精度分析

傳統(tǒng)的航空攝影測量成圖方式需要進(jìn)行大量的地面像控測量工作。POS系統(tǒng)的出現(xiàn)，使準(zhǔn)確地獲取航攝儀曝光時刻的外方位元素成為可能，從而實(shí)現(xiàn)無（或少）地面控制點(diǎn)，甚至無需空中三角測量，即可直接定向測圖。然而，在進(jìn)行POS輔助空中三角測量的過程中，選用不同個數(shù)的附加參數(shù)，會使得區(qū)域網(wǎng)平差時選用的模型、誤差方程的建立有所差異。在精度要求較高的情況下，考慮到系統(tǒng)誤差的影響，是否選擇若干附加參數(shù)與區(qū)域中的其他未知數(shù)同時進(jìn)行平差，或者選用幾個附加參數(shù)更為合適，值得思考。

本文通過設(shè)計(jì)POS輔助空中三角測量實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)其能否達(dá)到大比例尺測圖的要求，并利用附加參數(shù)的區(qū)域網(wǎng)平差方法驗(yàn)證是否有必要使用附加參數(shù)以提高結(jié)果精度，給出了附加參數(shù)個數(shù)的選取建議。

1 POS輔助空中三角測量

POS輔助空中三角測量實(shí)際是將GPS與INS的結(jié)果通過卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，再加入經(jīng)過嚴(yán)密檢校的因IMU本體坐標(biāo)系與航攝儀本體坐標(biāo)系不平行所造成的視準(zhǔn)軸誤差[3]改正，然后將改正后的結(jié)果應(yīng)用到空三運(yùn)算中，最后將POS系統(tǒng)獲取的影像外方位元素視為觀測值，與像點(diǎn)坐標(biāo)一起進(jìn)行聯(lián)合平差，以此來獲得更高的精度。

POS輔助空三結(jié)合了傳統(tǒng)空三和直接地理參考法的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)[4]。通過自檢校平差，影像上的連接點(diǎn)和野外控制點(diǎn)能夠減小系統(tǒng)誤差，從而得到高精度和穩(wěn)定的外方位元素。而通過POS系統(tǒng)測得的外方位元素能夠?yàn)楣馐▍^(qū)域網(wǎng)平差和自動空三提供最好的初始值。使用POS輔助空中三角測量不僅能夠最大限度地減少所需野外控制點(diǎn)的數(shù)量，還能夠大大提高整個作業(yè)流程的效率和精度。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方案

本實(shí)驗(yàn)采用A2C水陸兩用輕小型飛機(jī)，航攝設(shè)備使用北航研發(fā)的POS、新型SWDC-4數(shù)字航空攝影相機(jī)和慣性穩(wěn)定平臺（見圖1），機(jī)載GPS和地面基站均采用Trimble 5700型雙頻GPS接收機(jī)同步配合，采樣頻率均為10 Hz。航攝的具體情況見表1。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

表1 航攝具體情況

其中，SWDC-4數(shù)字航空攝影相機(jī)的參數(shù)為：焦距50.2 mm，影像分辨率10 000×14 500像素，像元分辨率6.8 μm[5]，使用其所獲取的影像是真彩色而非融合彩色，這為高質(zhì)量影像成果獲取奠定了基礎(chǔ)。另外，在航攝飛行方面開發(fā)并集成了一系列的新技術(shù)以保證航攝飛行質(zhì)量，如采用定點(diǎn)曝光技術(shù)確保高精度航拍，采用慣性穩(wěn)定平臺來有效地控制航片俯仰、側(cè)滾和旋偏角等。

本次實(shí)驗(yàn)的標(biāo)志采用圓形黑白相間（內(nèi)黑外白）的標(biāo)志，其中內(nèi)圈采用黑色回光反射材料，直徑為0.8 m的圓，外圍采用白色回光反射材料，邊長為1 m的正方形。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，分別于2012-05-23下午和2012-05-27下午進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)飛行，得到相關(guān)影像、POS與平臺數(shù)據(jù)。為了檢驗(yàn)POS輔助空中三角測量精度的影響因素，使用空三TG-AT軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別使用不同的附加參數(shù)進(jìn)行平差處理。

其中，采用POS輔助空中三角測量技術(shù)加密的流程如下：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備-影像數(shù)據(jù)(相機(jī)信息文件、地面控制點(diǎn)坐標(biāo)、攝站點(diǎn)坐標(biāo))-內(nèi)定向-轉(zhuǎn)刺外控點(diǎn)（選刺加密點(diǎn)）-相對定向-修測地面控制點(diǎn)和加密點(diǎn)粗差剔除-POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差-相鄰測區(qū)接邊-輸出最后結(jié)果。

本實(shí)驗(yàn)主要使用不帶附加參數(shù)的模型、帶3個附加參數(shù)的Bauer模型、帶12個附加參數(shù)的Ebner模型和帶18個附加參數(shù)的Brown模型，進(jìn)行平差處理，并對檢查點(diǎn)的坐標(biāo)精度進(jìn)行了對比，如表2所示。

表2 5月23日平差結(jié)果/m

表3 5月27日平差結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：

1）使用POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的定位精度較高，從2組實(shí)驗(yàn)來看，其檢查點(diǎn)的結(jié)果滿足我國規(guī)范對于1∶500比例尺平地地形測圖航測內(nèi)業(yè)加密檢查點(diǎn)坐標(biāo)不符值平面不大于0. 175 m、高程不大于0.15 m的精度要求[7]；

2）2組實(shí)驗(yàn)均表明，采用附加參數(shù)的方法求得的結(jié)果比直接平差的結(jié)果精度高；

3）理論上X方向和Y方向的精度應(yīng)該相當(dāng)，然而實(shí)驗(yàn)表明Y方向的精度要高于X方向，這有可能是因?yàn)轱w行方向所致；

4）高程方面的精度要低于平面精度；

5）23日的實(shí)驗(yàn)表明，隨著附加參數(shù)個數(shù)的增加，平面和高程精度都有所提高，而27日的實(shí)驗(yàn)卻在使用18個附加參數(shù)的Brown模型時精度不如12個附加參數(shù)的Ebner模型，說明選用的附加參數(shù)過多，有可能導(dǎo)致模型不穩(wěn)定，究其原因，可能是27日飛行時天氣情況不佳以及未能實(shí)時飛行檢校場所帶來的誤差引起的；

6）選用3個附加參數(shù)時，相較不使用附加參數(shù)而言，精度提高很多；而選用18個附加參數(shù)相較12個附加參數(shù)時，精度提高不大，甚至有可能下降。

4 結(jié) 語

將POS系統(tǒng)所獲得的影像外方位元素的結(jié)果代入空三運(yùn)算，可獲得較高的定位精度，滿足我國現(xiàn)行規(guī)范對于1∶500比例尺平地地形圖的航測要求。另外，本次實(shí)驗(yàn)也表明，在進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差時，有必要使用附加參數(shù)的模型來進(jìn)一步提高精度，但在選取參數(shù)的個數(shù)時，并非是參數(shù)越多精度越高。隨著附加參數(shù)個數(shù)的增加，精度提高的速度會逐漸放慢，所帶來的運(yùn)算量會隨之增加，模型也會變得更加復(fù)雜和不穩(wěn)定，因此推薦在使用POS輔助空三時，選取3個或12個附加參數(shù)來進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。

[1] 李學(xué)友,趙榮軍,李英成,等.IMU/DGPS輔助航測技術(shù)在大比例尺航測成圖中的應(yīng)用[J].測繪科學(xué),2006,31(1):60-61

[2] 李學(xué)友.IMU/DGPS輔助航空攝影測量綜述[J].測繪科學(xué)，2005(5)：111-114

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Precision Analysis of POS-supported Aerotriangulation Based on Different Additional Parameters

byZHANG Heng

The application of the POS-supported aerotriangulation can not only effectively reduce the workload of field GCPs’ translocation in the traditional aerial triangulation, but also shortening the mapping cycle. However, in the process of POS-supported aerotriangulation,it may lead to different models and error equations by choosing diverse additional parameter. As a result, in the situation of highly required precision, it becomes such important by selecting additional parameters. In this paper, models were built by picking different additional parameters and analyzed reasons. And it may give some help on selecting additional parameters.

position and orientation system (POS), POS-supported aerotriangulation, additional parameters, accuracy analysis

P231.5

B

1672-4623（2013）02-0080-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.025

2012-07-01。

項(xiàng)目來源：國家863計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2008AA121301)。

張恒，碩士，研究方向?yàn)榇蟮販y量學(xué)與測量工程。