研究精密單點定位在GPS輔助航空攝影測量中的應(yīng)用

劉愛萍+盧玉婷

摘要：近年來，在GPS技術(shù)不斷成熟的背景下，GPS/IMU輔助航空攝影測量技術(shù)得到了長足的發(fā)展并廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域中。精密單點定位技術(shù)是在IGS提供的精密星歷產(chǎn)品精度日益提高、GPS接收機(jī)性能不斷完善的條件下出現(xiàn)的，該技術(shù)為航空攝影提供了新的解決方案。本文分析了精密單點定位技術(shù)的基本原理，并對精密單點定位技術(shù)在GPS輔助航空攝影測量中的應(yīng)用實例進(jìn)行了深入地分析研究。

關(guān)鍵詞：精密單點定位；GPS輔助航空攝影測量；應(yīng)用

常規(guī)的航空攝影測量一般需要布設(shè)地面控制點和共線條件方程，以對所需攝影測量站點的坐標(biāo)進(jìn)行推導(dǎo)，GPS/IMU輔助航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用能實時的獲取攝站的空間坐標(biāo)點，不僅節(jié)省了大量的人力物力和財力，還大幅度的縮短了整個航空攝影測量的作業(yè)周期。然而，GPS定位仍存在一定的缺陷性，在航測是需要地面布設(shè)有一定密度的GPS基準(zhǔn)站才能確保動態(tài)基線結(jié)算的精密度與可靠性，這以要求給一些大范圍的、艱苦地區(qū)的航測帶來了較大難題。

一、精密單點定位技術(shù)的基本原理

精密單點定位技術(shù)主要是利用無電離層影響的載波相位觀測值和IGS等組織提供的高精度衛(wèi)星星歷鐘差（GPS精密星歷和精密鐘差文件），以及偽距組合觀測值等作為觀測資料進(jìn)行高精密度單點定位的方法。精密單點定位技術(shù)相對于一般的單點定位來說具有高精密度，能對測站的位置、接收機(jī)鐘差組合后的相位模糊度及對流層天頂延遲改正數(shù)據(jù)等參數(shù)進(jìn)行估算。用戶使用一臺GPS接收機(jī)（含雙頻雙碼觀測數(shù)據(jù)）即可實現(xiàn)對數(shù)千平方公里甚至全球范圍內(nèi)的實時或事后高精度定位，能滿足不同層次用戶的不同需要。精密單點定位的特點在于各站點的解算具有獨立性，因而其計算量較一般的相對定位而言更小，具有明顯優(yōu)勢。與差分定位相比，精密單點定位必須采用精細(xì)的模型加以改正，并在對參數(shù)的估計中需使用輔助參數(shù)（如固體潮改正、海洋負(fù)荷改正等數(shù)據(jù)），這也是其計算量小的主要原因。而差分定位各站的解算不具相互獨立性，其部分參數(shù)和誤差項需要通過站間和星間求差才能消除。此外，由于精密單點定位技術(shù)能直接得到ITRF的框架坐標(biāo)，因而在車船飛機(jī)等交通載體的精密授時、動態(tài)定位及對流層參數(shù)的估計中得到了廣泛應(yīng)用。由于精密單點定位技術(shù)的廣闊市場前景，國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)都對該項技術(shù)進(jìn)行了大量研究，武漢大學(xué)測繪學(xué)院在國內(nèi)首選成功研發(fā)出了精密單點定位數(shù)據(jù)處理軟件TirP，實現(xiàn)了精度高達(dá)mm-cm級的理論單點靜態(tài)定位和cm-dm級的動態(tài)單點定位。并且不需地面基準(zhǔn)站的支持，不會受到作用距離的限制便可直接得到ITRF的框架坐標(biāo)。目前對于精密動態(tài)單點定位的參數(shù)估計后處理主要由Kalman濾波和最小二乘法兩種主要的估計方法，上述軟件所采用的便是遞歸的最小二乘估計法。這一方法在很大程度上提高了數(shù)據(jù)處理效率，同時也提高了定位參數(shù)估計的精確度、可靠性。

二、精密單點定位技術(shù)在GPS輔助航空攝影測量中的應(yīng)用實例

（一）試驗區(qū)基本情況。該試驗區(qū)為帶狀測區(qū)，GSD為0.15m，成圖比例尺為1：2000，將精密單點定位技術(shù)應(yīng)用于GPS輔助航空攝影測量中。航空飛機(jī)使用SWDC攝航儀，主距50.2mm，飛行相片數(shù)目為322張，外業(yè)像控點共設(shè)置75個，對攝站點坐標(biāo)成果使用GPS精密單點定位輔助航空攝影技術(shù)進(jìn)行解算。采用wayPointG PS7.50系列GPS解算軟件與TirP單點定位解算軟件，對試驗區(qū)采用GPS輔助空中三角測量加密。

（二）試驗數(shù)據(jù)分析。精密清理與精密鐘差的計算采用IGS提供的快速精密星歷和快速精密鐘差，在航飛完成后1天即可對數(shù)據(jù)處理，對高精度攝站地心坐標(biāo)的計算得到攝站地心坐標(biāo)的坐標(biāo)準(zhǔn)換（分平面轉(zhuǎn)換和高程計算兩部分），最終得出攝站在國家坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

（三）結(jié)果分析

實踐結(jié)果證明，在GPS輔助航空攝影測量中，應(yīng)用精密單點定位技術(shù)無需布設(shè)地面基準(zhǔn)站，按照常規(guī)航空攝影技術(shù)規(guī)程進(jìn)行攝影作業(yè)具有可行性，試驗數(shù)據(jù)見表1。在利用SWDC數(shù)字航攝儀對航空攝影GPS輔助空中三角平差進(jìn)行測量時，在天線分量的測量精度較高的情況下應(yīng)按實際測量值輸入，但若天線分量的測量精度較低則應(yīng)將天線分量全部置零，而后設(shè)置漂移數(shù)據(jù)求出天線分量。應(yīng)用GPS輔助空中三角測量法，所得的加密點精度，均符合所處地形相應(yīng)比例尺航測業(yè)內(nèi)加密精度的要求。并且，在試驗中，區(qū)域網(wǎng)的四角僅布設(shè)了4各平面高程地面控制點，GPS輔助空中三角測量不隨區(qū)域網(wǎng)的大小而發(fā)生改變。但隨著地面控制點的減少，區(qū)域網(wǎng)平差的精度也有所下降，因此，應(yīng)采用合理的地面控制方案確保滿足測量規(guī)范所要求的精度。應(yīng)用精密單點定位技術(shù)的GPS輔助航空攝影測量，其空中三角測量中不需要大量的野外橡片控制點也能達(dá)到地形圖航空攝影測量所要求的規(guī)范精度，只需在測區(qū)網(wǎng)兩端布設(shè)少量的控制點即可。這樣一來不僅滿足了精度要求，還直接的去掉了橡片控制測量環(huán)節(jié)，使航測成圖的作業(yè)周期大大縮短，加快了地圖數(shù)據(jù)的更新速度。

結(jié)束語：精密單點定位技術(shù)在GPS輔助航空攝影測量中的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)相對定位測量模式，在單機(jī)作業(yè)模式下大大節(jié)約了投入成本，具有很強(qiáng)的靈活性，并且定位的精度不受到作用距離的限制，更具可靠性。此外，精密單點定位技術(shù)簡化了航空攝影階段和數(shù)據(jù)的處理階段的流程，使其操作都更加簡單，在本次試驗實例中，在GPS輔助航空攝影測量中應(yīng)用精密單點定位技術(shù)只需加入四角平面高程控制點，即可符合大、中、小三種規(guī)格成圖比例尺的要求。綜上，精密單點定位技術(shù)在GPS輔助航空攝影測量中的應(yīng)用在無地面基站和較少地面控點的航測中具有較高的應(yīng)用價值，值得進(jìn)一步完善應(yīng)用。