差分GPS輔助空三在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用

宋占軍 鄭玉鳳

摘 要：該文利用動(dòng)力三角翼搭載的光學(xué)像機(jī)和GPS接收機(jī)獲取的大比例尺光學(xué)影像和GPS數(shù)據(jù)，利用VirtuoZoAAT空三加密軟件和PATB平差軟件進(jìn)行GPS輔助空中三角測(cè)量實(shí)驗(yàn)，研究差分GPS輔助空中三角測(cè)量在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用，選用幾種布點(diǎn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從加密精度和減少外業(yè)像控點(diǎn)入手，找到最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

關(guān)鍵詞：差分GPS 空中三角測(cè)量 大比例尺測(cè)圖 數(shù)字城市

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（b）-0024-02

航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為人們高質(zhì)量地獲取城市數(shù)字信息提供了高效手段[1]，隨著我國(guó)數(shù)字城市建設(shè)的浪潮逐漸的掀起，對(duì)大比例尺航空攝影測(cè)量技術(shù)的需求也越來(lái)越劇烈，而傳統(tǒng)的空中三角測(cè)量需要大量的外業(yè)像控點(diǎn)才能保證空三加密的精度，從而導(dǎo)致了外業(yè)工作量大、周期長(zhǎng)，從而影響了攝影測(cè)量的作業(yè)效率，增加了生產(chǎn)成本。目前的研究結(jié)果表明：GPS攝站坐標(biāo)在區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差中是極其有效的，只需要中等精度的GPS數(shù)據(jù)即可滿足測(cè)圖的要求[2]，其次，外方位線元素的利用一般比角元素更有效。并且由于GPS差分技術(shù)的日益完善和精度的逐漸提高[3]，利用GPS差分技術(shù)已能準(zhǔn)確的獲取光學(xué)像機(jī)的三維坐標(biāo)，使其參與到空三中進(jìn)行聯(lián)合平差，可以減小大量的外業(yè)像控點(diǎn)，從而提高作業(yè)效率，節(jié)約時(shí)間和人力成本。差分GPS輔助空中三角測(cè)量已經(jīng)在許多生產(chǎn)實(shí)踐中得到了大量的應(yīng)用，尤其是在中小比例尺地圖測(cè)繪中的應(yīng)用十分廣泛，但隨著數(shù)字城市建設(shè)中對(duì)大比例尺航空影像的迫切需要，找到一種效率高、成本低的空中三角測(cè)量方法也十分必要。該文以此作為出發(fā)點(diǎn)，探討差分GPS輔助空中三角測(cè)量在大比例尺地圖測(cè)繪中的應(yīng)用，將選用幾種布點(diǎn)方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以找到一種高效的最佳的實(shí)施方案。

1 數(shù)據(jù)獲取

該次選用的涿州地區(qū)的1∶2000比例尺航空影像數(shù)據(jù)，航攝日期為2011年3月5日，地形以平原丘陵為主，共計(jì)3條航帶，每條航帶30余張影像，共計(jì)101張影像?？杖浖閂irtuoZoAAT，平差軟件為：PATB平差軟件。處理動(dòng)態(tài)差分GPS數(shù)據(jù)軟件為：Trimble Total Control。該次試驗(yàn)在測(cè)區(qū)架設(shè)兩個(gè)GPS地面基準(zhǔn)站，并保證飛機(jī)起飛前提前50 min開(kāi)機(jī)，在飛機(jī)飛行期間一直保持開(kāi)機(jī)狀態(tài)，并且兩臺(tái)地面接收機(jī)的數(shù)據(jù)接收頻率與飛機(jī)上GPS的頻率相同，都設(shè)置為2 Hz，飛機(jī)上的GPS天線安裝在飛機(jī)機(jī)頭的前部，確保飛機(jī)在遇到氣流產(chǎn)生搖晃的情況下機(jī)身不會(huì)遮擋GPS信號(hào)。獲得飛行數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行GPS差分解算。由于GPS天線與像機(jī)不在同一位置，故在平差前先將GPS的解算的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到像機(jī)中心的位置，最后獲得像機(jī)的準(zhǔn)確位置，依據(jù)的計(jì)算原理如公式1所示，其中XA，YA，ZA為GPS天線相位中心位置，XS，YS，ZS為光學(xué)像機(jī)攝影中心位置，R為像片姿態(tài)角所表示的正交變換矩陣，u，v，w為GPS天線相位中心位置在像片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

2 GPS輔助空三解算及分析

為了驗(yàn)證在有無(wú)差分GPS的輔助下，不同的布點(diǎn)方案對(duì)平差結(jié)果精度的影響，該次采用10種方案進(jìn)行比較，以獲得最佳的方案，10種布點(diǎn)方案的布點(diǎn)情況和檢查點(diǎn)中誤差如表1所示。

從表1可以看出，很明顯在測(cè)區(qū)布設(shè)很少的控制點(diǎn)的情況下，有GPS參與平差（如方案2）比沒(méi)有GPS輔助的情況下，平差結(jié)果精度能夠明顯的提高，這就說(shuō)明有GPS輔助下對(duì)平差的精度有了明顯的改善。隨著控制點(diǎn)數(shù)量增加到三排點(diǎn)的情況下（方案8），平面精度為0.19 m，高程為0.18 m，已經(jīng)能夠滿足1∶2 000比例尺空中三角測(cè)量的精度要求，要比沒(méi)有GPS輔助下的全野外布點(diǎn)方案大大減少了控制點(diǎn)數(shù)量，所以方案8為最佳方案。值得注意的是隨著控制點(diǎn)數(shù)量的增加，有無(wú)GPS輔助對(duì)平差精度并沒(méi)有明顯的提高，這就說(shuō)明該系統(tǒng)的GPS獲取的像機(jī)位置坐標(biāo)有待進(jìn)一步提高。

3 結(jié)語(yǔ)

該文為了驗(yàn)證差分GPS在大比例尺航空影像中的可行性，利用大比例尺航空影像，通過(guò)不同數(shù)量的控制點(diǎn)和有無(wú)GPS輔助的情況下進(jìn)行空三加密，經(jīng)過(guò)精度比較，從而得出了差分GPS在少量的地面控制點(diǎn)的情況下可以達(dá)到規(guī)范中對(duì)空三的精度要求，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在GPS輔助下可以有效的減小外業(yè)像控點(diǎn)數(shù)量，從而減輕外業(yè)工作量和資金投入。隨著大比例尺航空影像的需求與日俱增，傳統(tǒng)的空中三角測(cè)量的精度由于受各種條件的限制，加密成果精度難以達(dá)到大比例尺地形圖精度的需要，而GPS輔助空三加密技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)空三加密的缺陷，將空三加密成果精度進(jìn)一步提高，從而進(jìn)一步保證了大比例尺成圖精度，從而滿足我國(guó)數(shù)字城市建設(shè)中對(duì)大比例尺航空測(cè)圖的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 常歌.基于遙感數(shù)據(jù)的城市景觀建模技術(shù)研究與實(shí)踐[D].中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，2001.

[2] 孫曉華，朱長(zhǎng)春.GPS輔助空中三角測(cè)量原理及應(yīng)用[J].江西測(cè)繪，2010：30-31.

[3] 李學(xué)友.MU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量綜述[J].測(cè)繪科學(xué)，2005（5）：110-113.