基于航空測(cè)量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)獲取與處理方法探討

蘇永奇

摘 要：該文以POS輔助航空攝影測(cè)量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理為研究對(duì)象，論文首先分析了POS的工作原理，進(jìn)而探討了以內(nèi)蒙古某地區(qū)航攝測(cè)量為背景的POS輔助航攝測(cè)量試驗(yàn)，論文詳細(xì)探討了整個(gè)試驗(yàn)的流程和方法，給出了試驗(yàn)結(jié)論，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：POS 航空攝影測(cè)量 輔助 試驗(yàn) RC-30

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0066-02

隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)和慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，一種新的方法開始應(yīng)用于航空攝影測(cè)量——定位定向系統(tǒng)（Position and Orientation System，簡稱POS系統(tǒng)）輔助航空攝影。機(jī)載POS系統(tǒng)集GPS技術(shù)與慣性導(dǎo)航技術(shù)于一體，使準(zhǔn)確地獲取航攝相機(jī)曝光時(shí)刻的外方位元素（GPS測(cè)量得到位置參數(shù)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)得到姿態(tài)參數(shù)）成為可能，從而實(shí)現(xiàn)了無（或少量）地面控制點(diǎn)，甚至無需空中三角測(cè)量加密工序，即可直接定向測(cè)圖，從而大大縮短航空攝影作業(yè)周期、提高生產(chǎn)效率、降低成本。因此，POS系統(tǒng)的出現(xiàn)，將從根本上改變傳統(tǒng)航空攝影的方法，進(jìn)而引起航空攝影理論與技術(shù)的重大飛躍。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其慣性、GPS器件精度水平的提高，POS無論定位定向精度還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力都會(huì)有質(zhì)的提高，將會(huì)在航空攝影測(cè)繪方面發(fā)揮越來越重要的作用。POS系統(tǒng)高精度定位定向技術(shù)是POS系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，它的研究可以極大的推動(dòng)POS系統(tǒng)的發(fā)展。

1 試驗(yàn)概況

POSAV510輔助RC30相機(jī)在2006年內(nèi)蒙古地區(qū)進(jìn)行了兩次試驗(yàn)飛行。根據(jù)試驗(yàn)的目的和技術(shù)要求，結(jié)合實(shí)際工作的需要選定試驗(yàn)測(cè)區(qū)。測(cè)區(qū)內(nèi)分布有水系河流、城鎮(zhèn)市區(qū)、山區(qū)和主要交通道路等典型地形地貌，較有利于對(duì)設(shè)備精度的評(píng)估。選擇了1：10000和1：40000兩個(gè)攝影比例尺。如表1所示。

2 試驗(yàn)區(qū)控制點(diǎn)的布設(shè)

為了對(duì)POS的精度作出客觀的評(píng)估，在內(nèi)蒙古某試驗(yàn)區(qū)內(nèi)根據(jù)《GB/T13977-921：5000、1：10000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》、《GB/T13990-92 1：5000、1：10000地形圖航空攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)規(guī)范》、《P0S/TRACKER系統(tǒng)應(yīng)用航空攝影試飛方案》技術(shù)設(shè)計(jì)書進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)。

2.1 A區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)方案

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗(yàn)區(qū)航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書》要求，A區(qū)范圍覆蓋6幅（3x2）1：50000地形圖。依據(jù)關(guān)于1：50000比例尺成圖丘陵地和山地的區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)及構(gòu)架航線的布點(diǎn)要求，A區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

2.2 B區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)方案

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗(yàn)區(qū)航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書》要求，B區(qū)范圍覆蓋2幅（1*2）1：10000地形圖。關(guān)于1：10000比例尺成圖平地的區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)要求，同時(shí)結(jié)合檢校場(chǎng)控制點(diǎn)布設(shè)要求。B區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

為了提高量測(cè)精度，在像片上更準(zhǔn)確地判別出控制點(diǎn)的位置，本次試驗(yàn)在B區(qū)采用了先布控后飛行的方法。根據(jù)控制點(diǎn)周圍的環(huán)境情況，對(duì)B區(qū)100平方公里內(nèi)的42個(gè)控制點(diǎn)分別用埋石、砸木樁及鐵釘?shù)姆椒▽⒖刂泣c(diǎn)標(biāo)記到位，其中大標(biāo)石6個(gè)（預(yù)計(jì)作為檢校場(chǎng)控制點(diǎn)永久保留）、小標(biāo)石11個(gè)、木樁19個(gè)、鐵釘6個(gè)。為了使控制點(diǎn)在像片上容易判別，飛行前對(duì)測(cè)區(qū)100平方公里內(nèi)的42個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)志布設(shè)。根據(jù)控制點(diǎn)的情況，采用l m×l m的標(biāo)志布和刷漆等辦法，在飛機(jī)起飛前將標(biāo)布設(shè)到位。

3 基準(zhǔn)站布設(shè)

為保證POS輔助航空攝影飛行，需要在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)基準(zhǔn)站。考慮到基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)備份和檢核，根據(jù)測(cè)區(qū)大小和試驗(yàn)為中、小比例尺航攝的特點(diǎn)，按照GB/T18314與GJB2228-1994規(guī)定的GPS基準(zhǔn)站選址原則，結(jié)合已知大地測(cè)量控制成果，并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在攝區(qū)內(nèi)布設(shè)1個(gè)地面GPS基準(zhǔn)站。同時(shí)為了驗(yàn)證基準(zhǔn)站距離對(duì)測(cè)量精度的影響，在寶雞（距測(cè)區(qū)約200 km）和鄭州（距測(cè)區(qū)約500 km）地區(qū)分別布設(shè)長基線和超長基線GPS基準(zhǔn)站。

4 航攝飛行

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗(yàn)區(qū)航空攝影技術(shù)設(shè)計(jì)書》和《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗(yàn)區(qū)航空攝影實(shí)施計(jì)劃》，共飛行5架次，完成了試驗(yàn)區(qū)1：10000及1：40000的航攝工作，獲取了1：10000、1：40000有效黑白像片323片，l：10000彩色有效像片133片隨后再次完成POS輔助RC30相機(jī)B區(qū)1：10000飛行。

5 POS外方位元素解算

（l）偏心角解算。在1：10000黑白影像掃描完畢，獲得檢校場(chǎng)像控測(cè)量數(shù)據(jù)以及檢校場(chǎng)空三加密數(shù)據(jù)后，結(jié)合POS原始數(shù)據(jù)及基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，利用PosPac軟件中的PosGPs、PosPro及CalQc模塊對(duì)偏心角進(jìn)行解算，獲得了305 mm鏡頭進(jìn)行1：10000飛行時(shí)的偏心角。同時(shí)解算出152 mm鏡頭進(jìn)行1：40000飛行時(shí)的偏心角。（2）像片外方位元素的解算。將獲得的偏心角輸入PosPac軟件的PosPEO模塊進(jìn)行解算，獲得像片的外方位元素EO。

6 空三處理

由于現(xiàn)有的海拉瓦軟件和適普軟件都不支持POS數(shù)據(jù)的空三處理，因此數(shù)據(jù)后期的空三解算采用了Leica公司的LPS軟件。在LPS中建立與EO數(shù)據(jù)坐標(biāo)相一致的工程，進(jìn)行了直接定向法和POS輔助空三法兩種方法的試驗(yàn)。

直接定向法。在LPS中建立工程，輸入試驗(yàn)區(qū)影像，生成縮小片。在自動(dòng)完成內(nèi)定向后，在Fiducial orientation and Exterior Orientation Parameter Editor直接輸入EO解算出的外方位元素，將其作為確定值，試驗(yàn)區(qū)的立體即可完全恢復(fù)，最終進(jìn)行精度檢測(cè)。POS輔助空三法。前期與直接定向法一致，不過在輸入外方位元素后，將其設(shè)為初始值，再按直接定向法檢測(cè)出的精度給出一個(gè)外方位元素合適的標(biāo)準(zhǔn)方差。進(jìn)入Orima軟件，通過APM選點(diǎn)，判讀合適的控制點(diǎn)，進(jìn)行平差解算，最后將結(jié)果寫出。退回到LPS中，進(jìn)行精度檢測(cè)。試驗(yàn)進(jìn)行了僅有連接點(diǎn)無控制的平差、加入1個(gè)控制點(diǎn)的平差、加入4個(gè)控制點(diǎn)的平差。

7 POS數(shù)據(jù)直接定向精度分析研究

在內(nèi)定向結(jié)束后，輸入RC30的POS數(shù)據(jù)"按照LPS中影像的數(shù)據(jù)順序，依次將其對(duì)應(yīng)的EO數(shù)據(jù)拷貝到相應(yīng)的位置，獲得POSEO數(shù)據(jù)直接定向的結(jié)果。

（1）200X年B區(qū)直接定向，精度已經(jīng)可以滿足1：10000成圖要求；（2）200X年B區(qū)直接定向，平面精度可以滿足1：10000成圖要求，但高程精度超限。這是因?yàn)槲覈耐鈽I(yè)大地高均為ITRF97或與其相似的框架下的大地高，而我們所采用的EO數(shù)據(jù)的大地高是初始WGS84的大地高，兩者之間有固定差，在引入一個(gè)控制點(diǎn)平差后，高程精度馬上符合精度要求。

8 結(jié)論

通過本次課題試驗(yàn)精度分析，POS輔助RC3相機(jī)航攝，在成小于1：10000地形圖時(shí)，可采用直接定向的方法。在成1：10000或更大比例尺地形圖時(shí)，應(yīng)采用POS輔助空中三角測(cè)量的方法。

參考文獻(xiàn)

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[3] GB/T 13990-1992.1：5000、1：10000地形圖航空攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].