楊靜

(湖南省第一測繪院，湖南衡陽 421001)

航測新技術在大比例地形圖測繪中的應用與分析

楊靜?

(湖南省第一測繪院，湖南衡陽 421001)

結合長沙星沙新城測區(qū)實例，介紹了利用IMU/DGPS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術進行內(nèi)外業(yè)一體化測制數(shù)字化地形圖的工藝流程，并對測繪成果進行了分析。

IMU/DGPS輔助數(shù)碼；航空攝影測量；內(nèi)外業(yè)一體化

1 引 言

IMU/DGPS輔助空中三角測量突破傳統(tǒng)航空攝影測量需在測區(qū)實地逐一測量地面像控點的作業(yè)模式，僅需在航攝區(qū)域施測一個或幾個基準站點和少量的對空地標點，利用安裝在飛機上的GPS接收機與地面上一個或幾個基準站點上的GPS接收機同步連續(xù)觀測GPS衛(wèi)星信號，連續(xù)采集GPS數(shù)據(jù)，同時獲取航空攝影像片瞬間航攝儀快門開啟脈沖，通過GPS載波相位測量差分定位技術，處理解算機載GPS軌跡，從而獲取航攝儀曝光瞬間攝站的三維坐標，直接測定每張像片的6個外方位元素。這項技術應用于長沙星沙新城測區(qū)1∶1 000航測項目，其技術、經(jīng)濟指標優(yōu)于預期，與傳統(tǒng)航空攝影測量作業(yè)模式相比，外業(yè)地面控制的工作量大幅減少，作業(yè)效率極大提高，優(yōu)勢十分突出。

2 項目設計的基礎與工藝特色

2.1 項目概況

測區(qū)位于長沙市星沙新城，屬丘陵地貌，最低高程約28 m，最高高程約110 m，平均高程約50 m，攝區(qū)總面積414 km2。測量面積350 km2，航攝區(qū)范圍如圖1所示。

2.2 航攝種類

IMU/DGPS輔助數(shù)碼航空攝影，使用UCXp數(shù)碼航攝儀，鏡頭焦距為100.5 mm，CCD像幅尺寸為103.86 mm×67.86 mm(17 310像元×11 310像元)，像元尺寸為6 μm。相對飛行高度為1 300 m，航攝比例尺1∶12 200，攝影地面分辨率0.078 m。水平能見度5 km，拍攝間隔6.5 s，航速180 km/h。航線敷設方向為東西方向，旁向重疊率按29%設計，航向重疊率按65%設計。定位定向設備使用APPLANIX POSAV510型高精度系統(tǒng)及TRACK′AIR飛行管理系統(tǒng)。

圖1 長沙星沙新城航攝區(qū)范圍示意圖

2.3 IMU/DGPS基準站布設

DGPS工作的基本原理是利用參考站計算出誤差或誤差對定位結果的影響，供運動站修正自己的觀測值或定位結果。DGPS工作模式如圖2所示。

圖2 DGPS工作模式示意圖

為了通過差分處理GPS數(shù)據(jù)解算得到精確航攝飛行軌跡，飛行期間，利用GPS連續(xù)跟蹤站進行同步數(shù)據(jù)觀測，GPS連續(xù)跟蹤站采樣間隔設置為1 s。飛行完畢，及時下載及備份每個GPS基站的觀測數(shù)據(jù)，并通過約定的傳輸方式發(fā)送至航攝處，以檢查DGPS數(shù)據(jù)質(zhì)量是否滿足精度要求。

UCXp數(shù)字影像的預處理工作主要是采用UCXp配套軟件對影像進行幾何糾正、多波段配準、輻射糾正、影像融合(真彩色影像、彩色紅外影像分別與全色波段的影像融合)，將攝影得到的原始圖像轉(zhuǎn)換整合成標準的中心投影的數(shù)字圖像。

2.4 控制點布設

(1)檢校場控制點:位于檢校場每條航線的第3、6、9張航片處各布設一個平高控制點。同時，在檢校場內(nèi)布設兩個檢查點以用于對檢校場空三的精度進行檢查。

(2)基準站坐標:提供GPS連續(xù)跟蹤站的精確WGS－84坐標成果。

(3)精度驗證區(qū)檢查點:根據(jù)實際情況，在測區(qū)內(nèi)選定精度較弱區(qū)域作為驗證區(qū)，布設適當?shù)目刂泣c作為檢查點，抑或利用已有的在該區(qū)域的控制點成果和其他成果作為精度驗證檢查點。

2.5 坐標轉(zhuǎn)換

差分GPS解算基準是WGS－84坐標系，而測圖所需坐標系為1980西安坐標系。因此，需對WGS－84成果進行坐標轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換方式有兩種:

(1)由覆蓋該區(qū)域的準確坐標轉(zhuǎn)換七參數(shù)進行坐標轉(zhuǎn)換；

(2)由覆蓋該區(qū)域的最少5個控制點進行坐標轉(zhuǎn)換，每個控制點有WGS－84和1980西安坐標系的兩套坐標成果。

2.6 外方位元素解算

采用集成傳感器定向方法進行外方位元素解算，IMU/DGPS數(shù)據(jù)處理的基本流程為:

(1)IMU/DGPS數(shù)據(jù)預處理；

(2)載波相位差分GPS測量解算，得到每個采樣時刻的GPS準確坐標；

(3)引入DGPS結果，進行IMU/DGPS數(shù)據(jù)后處理；

(4)對檢校場進行計算，得到相機安裝時候的安裝偏心角結果；

(5)利用安裝偏心角結果和IMU/DGPS數(shù)據(jù)后處理得到的檢校場外方位元素，進行系統(tǒng)檢較得到系統(tǒng)差改正參數(shù)，對測區(qū)外方位元素進行改正；

(6)根據(jù)測區(qū)大小將測區(qū)進行加密分區(qū)劃分，以加密分區(qū)為單元，將檢校后的外方位元素作為帶權觀測值，同時引入加密分區(qū)四角控制點進行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，得到每張像片的高精度的外方位元素；

(7)利用上述解算得到的外方位元素進行前方交會，量測地物點物方坐標，與實測坐標比較，進行精度評定。

2.7 空三加密

(1)在進行像控點布設及測量之前，從測區(qū)中任選8航線14基線作為一個區(qū)域，先采用2航線進行像控點測量，采用靜態(tài)GPS測量，高程采用2005年湖南省似大地水準面精化成果應用插值軟件進行高程內(nèi)插，高程系為1985國家高程基準，最后得到像控點平面坐標及正常高。

實驗區(qū)像控點布設如圖3。

圖3 長沙星沙新城實驗區(qū)像控點布設圖

(2)通過采用自動空中三角測量軟件Geolord－AT，進行各基線與各航線搭配的空三加密實驗，自動空三加密實驗結果顯示，當采用6航線6基線時，經(jīng)檢測，航線航空攝影精度、數(shù)字化影像內(nèi)定向、航線相對定向精度、測區(qū)多項式整體平差精度、測區(qū)光束法整體平差精度、各模型絕對定向殘差、測區(qū)加密點大地坐標較差及每個區(qū)域網(wǎng)接邊精度均達到了《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》的要求。

2.8 “內(nèi)外業(yè)一體化”成圖

(1)利用GPS輔助航空攝影時獲取的航空像片影像數(shù)據(jù)，采用Geolord－AT空中三角測量軟件，導人攝站的外方位元素、其他參數(shù)及控制點的平面坐標和高程，完成框標量測自動內(nèi)定向、加密點自動匹配、旁向連接點自動轉(zhuǎn)點、加密點和地面控制點輸入定位，人工選刺觀測、自動相對定向模型連接、多項式區(qū)域網(wǎng)整體平差、光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差計算測區(qū)加密點平面坐標及高程，得到這16個加密分區(qū)的空三加密成果。

(2)利用一體化地理信息影像綜合判調(diào)軟件Geo-MapUpdate V3.0測制數(shù)字化地形圖。

3 成果的技術、經(jīng)濟指標分析

3.1 自動空三加密實驗精度數(shù)據(jù)(如表1所示)

自動空三加密實驗精度數(shù)據(jù)表(單位/m) 表1

注:單位為m，P002 P007，P034，P039，P002，P005，P026，P029為已知點，其他點為檢查點。

由表1比較得知，當采用8×10自動空三加密實驗其高程精度達不到規(guī)范要求，而采用6×6自動空三加密實驗結果顯示，其平面及高程精度均優(yōu)于規(guī)范要求。

通過實驗比較，采用6×6方案進行整個星沙新城測區(qū)布像控點，因測區(qū)不規(guī)則，共布設包括實驗區(qū)40個點在內(nèi)共130個像控點。航攝區(qū)空三加密分為16個加密分區(qū)，面積約350 km2。

3.2 成品圖野外檢測精度統(tǒng)計結果

成品圖經(jīng)野外實地檢測，地物、地貌點精度統(tǒng)計如表2所示。

點位精度統(tǒng)計結果 表2

3.3 作業(yè)效率與經(jīng)濟效果

長沙星沙新城航測項目采用IMU/DGPS輔助數(shù)碼航測技術及“內(nèi)外業(yè)一體化”成圖，總計用時約90天，與傳統(tǒng)航測、全野外數(shù)字化測繪比較，內(nèi)外業(yè)工作量減輕、減少，特別是外業(yè)工作大量壓縮，人、財、物配置得到充分合理優(yōu)化，工作效率、項目利潤較大幅度提升。

4 結 語

采用IMU/DGPS輔助數(shù)碼航測新技術，工藝流程自動化程度高，工作量較大幅度減少，成圖周期短，生產(chǎn)成本低，測繪成果精度好，在未來測繪領域具有廣闊的應用前景。

[1] 袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應用.北京:測繪出版社.2001

[2] 李學友.IMU/DGPS輔助航空攝影測量綜述.測繪科學，2005，5(30):110～113

[3] 袁修孝.當代航空攝影測量加密的幾種方法[J].武漢大學學報，2007(11):1001～1006

Application and Analysis on Aerial Survey of New Technology in Large Scale Topographic Mapping

Yang Jing
(The First Surveying and Mapping Institute of Hunan Province，Hengyang 421001，China)

Combined with changsha city star sand，the surveyed area using IMU/DGPS supplemental aerial photogrammetry digital technology integration process CeZhi digital topographic surveying and mapping results，and analyzed.

IMU/DGPS supplemental digital；Aerial photogrammetry；The integration

1672－8262(2010)06－79－03

P231

B

2010—05—18

楊靜(1967—)，男，工程師，主要從事信息化測繪技術與GIS應用、攝影測量與遙感等工作。