基于ADS100數(shù)碼航空攝影系統(tǒng)航測(cè)數(shù)據(jù)的精密單點(diǎn)定位技術(shù)研究

李志文 劉元志

摘 要：本文介紹了精密單點(diǎn)定位的基本原理，提出了用數(shù)碼航空攝影系統(tǒng)徠卡ADS100航測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行研究，比較了基站差分、CORS站差分與精密單點(diǎn)定位技術(shù)處理POS結(jié)果的差異，分析了產(chǎn)生差異的一些原因，同時(shí)也比較了用這三種方法處理后的POS進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差的精度。實(shí)驗(yàn)表明，在有控制點(diǎn)的情況下，三種方法獲得的平差精度基本一致，能滿(mǎn)足1：2000正射影像圖制作要求；即使在無(wú)控的條件下，用精密單點(diǎn)定位處理ADS100初始POS也能滿(mǎn)足1：5000正射影像圖制作要求。

關(guān)鍵詞：精密單點(diǎn)定位；基站；CORS站；差分；ADS100；精度

0 引言

精密單點(diǎn)定位PPP（Precise Point Position）就是所謂的非差相位單點(diǎn)定位。該方法是先用全球IGS（國(guó)際GPS地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)局）站數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星軌道參數(shù)和鐘差，再采用單點(diǎn)的雙頻載波相位和偽距觀(guān)測(cè)值進(jìn)行非差定位處理。由于IGS精密星歷精度可達(dá)到厘米級(jí)，航空攝影時(shí)無(wú)需在測(cè)區(qū)架設(shè)地面差分站就可獲得0.2～0.4m級(jí)的定位精度[1]。

精密單點(diǎn)定位技術(shù)在航攝時(shí)無(wú)需架設(shè)地面基站。這對(duì)于大范圍的航空攝影來(lái)說(shuō)，大大減少了人力、物力和財(cái)力的投入，特別是對(duì)一些條件艱苦無(wú)法架設(shè)基站的地區(qū)，具有非常重要的意義。近幾年來(lái)，精密單點(diǎn)定位技術(shù)在航空攝影中被大量的實(shí)驗(yàn)研究和推廣應(yīng)用。

這里利用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的數(shù)碼航空攝影系統(tǒng)徠卡ADS100航測(cè)相機(jī)對(duì)精密單點(diǎn)定位技術(shù)在寧遠(yuǎn)縣攝區(qū)進(jìn)行研究，并與基站差分技術(shù)、CORS站差分技術(shù)進(jìn)行比較分析，證實(shí)精密單點(diǎn)定位技術(shù)在ADS100航空攝影測(cè)量應(yīng)用中的可行性?；舅悸啡鐖D1。

1 精密單點(diǎn)定位基本原理

精密單點(diǎn)定位采用雙頻載波觀(guān)測(cè)值的組合觀(guān)測(cè)值，設(shè)某一歷元t觀(guān)測(cè)值誤差方程為

式中，為觀(guān)測(cè)誤差，j為衛(wèi)星號(hào)，為信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星位置到信號(hào)接收時(shí)刻接收機(jī)位置之間的幾何距離，為接收機(jī)鐘差，為對(duì)流層延遲影響，為消除了電離層影響的組合觀(guān)測(cè)值的整周未知數(shù)，為相應(yīng)觀(guān)測(cè)歷元時(shí)消除了衛(wèi)星鐘差、電離層影響的組合觀(guān)測(cè)值，為相應(yīng)的波長(zhǎng)，為多路徑和觀(guān)測(cè)噪聲誤差。

雙頻接收機(jī)可利用LC相位組合消除電離層延時(shí)的影響。在進(jìn)行精密單點(diǎn)定位時(shí)，首先要利用偽距測(cè)量值確定載波相位觀(guān)測(cè)值的模糊度，再按照已知的衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差，加入各項(xiàng)誤差改正，逐歷元進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)解算。

采用精密單點(diǎn)定位技術(shù)，單臺(tái)雙頻接收機(jī)可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度單點(diǎn)定位，而無(wú)測(cè)站間距離的限制。隨著星歷數(shù)據(jù)精度的不斷提高，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)。

2 ADS100數(shù)字航空攝影測(cè)量應(yīng)用研究

2013年12月，利用徠卡ADS100線(xiàn)陣數(shù)字航測(cè)相機(jī)及集成POS系統(tǒng)（IMU/GPS）對(duì)寧遠(yuǎn)縣區(qū)域獲取優(yōu)于0.2米地面分辨率的航空影像數(shù)據(jù)。寧遠(yuǎn)攝區(qū)地形起伏較大，為盡量滿(mǎn)足高低處的旁向重疊度，旁向重疊度設(shè)在35%左右。

POS數(shù)據(jù)的處理中，采用徠卡的IPAS TC軟件系統(tǒng)對(duì)定位定姿數(shù)據(jù)分別進(jìn)行基站差分處理、CORS差分處理及精密單點(diǎn)定位計(jì)算。其中，基站接收頻率為0.5s，CORS站接收頻率為1s，PPP計(jì)算中采用了IGS提供的事后精密星歷數(shù)據(jù)，其衛(wèi)星軌道PDOP（位置精度強(qiáng)弱度）值比較好，最大不會(huì)超過(guò)3，精度能夠達(dá)到2～3cm，衛(wèi)星間隔30s的鐘差精度優(yōu)于0.1ns，滿(mǎn)足精確定位的要求。

3 與差分定位技術(shù)比較和分析

基站差分定位技術(shù)是利用已有的點(diǎn)位或現(xiàn)測(cè)的高精度GPS點(diǎn)為基準(zhǔn)站，為流動(dòng)站提高改正參數(shù)；CORS-GPS差分定位技術(shù)是利用CORS系統(tǒng)提供的修正信息來(lái)確定流動(dòng)站的精確點(diǎn)位。

用IPAS TC軟件對(duì)ADS100初始POS數(shù)據(jù)進(jìn)行基站差分計(jì)算、CORS-GPS差分和PPP計(jì)算后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較。

精密單點(diǎn)定位技術(shù)和兩差分技術(shù)對(duì)POS的處理結(jié)果存在一定的差異，表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）基站和CORS站差分處理結(jié)果在三個(gè)方向上幾乎一樣，這是因?yàn)椋m然CORS精度比基站精度要高，但是這次實(shí)驗(yàn)CORS接收頻率為1s，而基站接收頻率為0.5s，所以最終得到的pos數(shù)據(jù)差不多。（2）PPP技術(shù)和CORS站處理結(jié)果對(duì)比，X方向坐標(biāo)差范圍為-0.18～-0.05，Y方向差值范圍為0.30～0.55，Z方向?yàn)?0.28～0.00。這種差異是因?yàn)椋孩俦M管IGS提供的衛(wèi)星鐘差和軌道信息精度已經(jīng)很高，與衛(wèi)星有關(guān)的誤差可以得到改正，但由接收機(jī)和信號(hào)傳播帶來(lái)的誤差對(duì)GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)仍然存在一定的影響，而差分模型中，各種誤差大都能被雙差過(guò)程消除。②由于地球表面板塊運(yùn)動(dòng)和潮汐影響，參考?xì)v元和觀(guān)測(cè)歷元的站坐標(biāo)是有不同的，從中國(guó)大陸速度場(chǎng)得知，點(diǎn)向東南方向順時(shí)針運(yùn)動(dòng)速度一般為3～5cm/年，從2002年WGS84最近一次更新至今已有十幾年的歷史，所以點(diǎn)在Y方向上有0.5m的運(yùn)動(dòng)是可以理解的，因此精密單點(diǎn)定位技術(shù)最終需要控制點(diǎn)將觀(guān)測(cè)坐標(biāo)歸算到參考?xì)v元下的坐標(biāo)系。

在作業(yè)區(qū)布設(shè)20個(gè)控制點(diǎn)、10個(gè)檢查點(diǎn)，利用三種技術(shù)對(duì)POS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算處理，再用徠卡的空三軟件XPro進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，各種情況下的平差結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，精密單點(diǎn)定位和兩差分技術(shù)的平差結(jié)果主要表現(xiàn)為：①無(wú)控制點(diǎn)平差差別最大，特別是Y方向，這與前面解算的POS結(jié)果相一致；②利用20個(gè)控制點(diǎn)對(duì)POS結(jié)果進(jìn)行約束糾正，這三種方法結(jié)果精度差不多。所以，利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)和差分定位技術(shù)一樣，都可用于GPS輔助攝影測(cè)量，在無(wú)控制點(diǎn)的情況下，滿(mǎn)足1：5000成圖比例尺要求；在有控制點(diǎn)情況下，可滿(mǎn)足1：2000成圖比例尺要求。

4 結(jié)論

研究表明，利用ADS100航測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)需地面差分站，只需少量地面控制點(diǎn)，利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)可滿(mǎn)足1：2000正射影像圖制作要求，節(jié)約了生產(chǎn)成本，解決了地形復(fù)雜區(qū)難以設(shè)基站的問(wèn)題。

GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在高精度動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位及衛(wèi)星定軌方面有不可限量的應(yīng)用前景；但由于IGS獲取的精密星歷存在時(shí)間上一般幾天的延遲，且用于精密單點(diǎn)定位功能的商用軟件不多，所以精密單點(diǎn)定位在生產(chǎn)單位沒(méi)有得到很好的推廣應(yīng)用。本次實(shí)踐證明，精密單點(diǎn)定位在數(shù)字航空攝影測(cè)量中有著重要的意義，減少了外業(yè)工作量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，值得大量推廣。

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